Sve supstance su metali. Metali

Struktura atoma metala (vidi Dodatak br. 1).

Metalne grupe.

II. Fizička svojstva metala.

III. Koncept legura.

IV. Hemijska svojstva metala.

V. Korozija metala.

VII. Upotreba metala.

VIII. Biološka uloga metala.

I. Položaj metala u periodnom sistemu.

Struktura atoma metala (vidi Dodatak br. 1).

Metalne grupe.

Trenutno je poznato 118 hemijskih elemenata, od kojih su većina metali. Potonji su vrlo česti u prirodi i nalaze se u obliku različitih spojeva u utrobi zemlje, vodama rijeka, jezera, mora, okeana, sastavu tijela životinja, biljaka, pa čak i u atmosferi.

U periodičnom sistemu D.I. Mendelejeva, svaki period, osim prvog (obuhvata dva nemetalna elementa - vodonik i helijum), počinje aktivnim hemijskim elementom-metalom. Ovi početni elementi čine glavnu podgrupu grupe I i nazivaju se alkalnim metalima. Ime su dobili po nazivu odgovarajućih hidroksida, koji su vrlo topljivi u vodi - alkalije.

Atomi alkalnih metala sadrže samo jedan elektron na vanjskom energetskom nivou, koji lako doniraju tokom hemijskih interakcija, jer su najjači redukcioni agensi. Jasno je da se, u skladu sa povećanjem radijusa atoma, redukujuća svojstva alkalnih metala povećavaju sa litijuma na francijum.

Nakon alkalnih metala, elementi koji čine glavnu podgrupu grupe II su takođe tipični metali sa jakom redukcionom sposobnošću (njihovi atomi sadrže dva elektrona na vanjskom nivou). Od ovih metala, kalcijum, stroncijum, barijum i radijum se nazivaju zemnoalkalni metali. Ovi metali su dobili ovo ime jer njihovi oksidi, koje su alhemičari nazivali "zemljama", formiraju alkalije kada se rastvore u vodi.

Metali uključuju elemente glavne podgrupe III grupe, isključujući bor.

Od elemenata glavnih podgrupa sledećih grupa, metali uključuju: u IV grupu germanijum, kositar, olovo (prva dva elementa su ugljenik i silicijum su nemetali), u grupu V antimon i bizmut (prva tri elementa su nemetali), u grupi VI samo je posljednji element polonijum poseban metal. U glavnim podgrupama grupa VII i VIII, svi elementi su tipični nemetali.

Što se tiče elemenata sekundarnih podgrupa, svi su to metali.

Dakle, uslovna granica između metalnih i nemetalnih elemenata ide duž dijagonale B (bor) - Si (silicijum) - As (arsen) - Te (telur) - At (astatin).

Atomi metala imaju relativno velike veličine (radijuse), stoga su njihovi vanjski elektroni također značajno uklonjeni iz jezgre i slabo su vezani za nju. A druga karakteristika koja je svojstvena atomima najaktivnijih metala je prisustvo 1-3 elektrona na vanjskom energetskom nivou.

Iz ovoga proizilazi najkarakterističnije svojstvo svih metala - njihova redukciona sposobnost, odnosno sposobnost atoma da lako odustaju od vanjskih elektrona, pretvarajući se u pozitivne ione. Metali ne mogu biti oksidanti, odnosno atomi metala ne mogu vezati elektrone za sebe.

II. Fizička svojstva metala.

Po svojim svojstvima metali se oštro razlikuju od nemetala. Po prvi put ovu razliku između metala i nemetala utvrdio je M. V. Lomonosov. “Metali”, napisao je, “čvrsta, savitljiva, sjajna tijela.”

Klasificirajući ovaj ili onaj element kao metal, mislimo da ima određeni skup svojstava:

1) Gusta kristalna struktura.

2) Karakterističan metalni sjaj.

3) Visoka toplotna provodljivost i električna provodljivost.

4) Smanjenje električne provodljivosti sa povećanjem temperature.

5) Niske vrijednosti jonizacionog potencijala, tj. sposobnost lakog doniranja elektrona.

6) Savitljivost i duktilnost.

7) Sposobnost formiranja legura.

Svi metali i legure koje se trenutno koriste u tehnologiji mogu se podijeliti u dvije glavne grupe. Prvi od njih uključuje crne metale - željezo i sve njegove legure, u kojima je glavni dio. Ove legure su liveno gvožđe i čelik. U mašinstvu se često koriste takozvani legirani čelici. To uključuje čelik koji sadrži hrom, nikal, volfram, molibden, vanadijum, kobalt, titan i druge metale. Ponekad legirani čelici uključuju 5-6 različitih metala. Legiranje se koristi za dobijanje različitih vrijednih čelika, koji u nekim slučajevima imaju povećanu čvrstoću, u drugima - visoku otpornost na habanje, u trećima - otpornost na koroziju, tj. sposobnost da se ne uništi pod uticajem spoljašnje sredine.

U drugu grupu spadaju obojeni metali i njihove legure. Ovo ime su dobili jer imaju drugu boju. Na primjer, bakar je svijetlocrven; nikl, kalaj, srebro - bijelo; olovo je plavkasto bijelo, zlato je žuto. Od legura su našle veliku primenu u praksi: bronza je legura bakra sa kalajem i drugim metalima, mesing je legura bakra sa cinkom, babit je legura kalaja sa antimonom i bakrom itd.

Ova podjela na crne i obojene metale je uslovna.

Uz crne i obojene metale postoji i grupa plemenitih metala: srebro, zlato, platina, rutenijum i neki drugi. Nazvani su tako jer praktički ne oksidiraju na zraku čak ni na povišenim temperaturama i ne uništavaju se djelovanjem kiselih i alkalnih otopina na njih.

Izvana, metale, kao što znate, odlikuje, prije svega, poseban "metalni" sjaj, koji je zbog njihove sposobnosti da snažno reflektiraju svjetlosne zrake. Međutim, ovaj sjaj se obično opaža samo kada metal formira kontinuiranu kompaktnu masu. Istina je da magnezij i aluminij zadržavaju svoj sjaj čak i kada se pretvore u prah, ali većina metala, kada su fino podijeljeni, imaju crnu ili tamno sivu boju. Tada tipični metali imaju visoku toplotnu i električnu provodljivost, a po svojoj sposobnosti da provode toplotu i struju su istog reda: najbolji provodnici su srebro i bakar, najlošiji olovo i živa. S povećanjem temperature, električna provodljivost se smanjuje, a s padom temperature, naprotiv, raste.

Vrlo važno svojstvo metala je njihova relativno laka mehanička deformacija. Metali su duktilni, dobro se kovaju, uvlače u žicu, valjaju u limove itd.

Karakteristična fizička svojstva metala povezana su sa posebnostima njihove unutrašnje strukture. Prema modernim pogledima, metalni kristali se sastoje od pozitivno nabijenih jona i slobodnih elektrona odvojenih od odgovarajućih atoma. Cijeli kristal se može zamisliti kao prostorna rešetka, čije čvorove zauzimaju joni, a u prazninama između iona nalaze se lako pokretni elektroni. Ovi elektroni se neprestano kreću od jednog atoma do drugog i kruže oko jezgra jednog ili drugog atoma. Pošto elektroni nisu vezani za određene jone, već pod uticajem male potencijalne razlike počinju da se kreću u određenom pravcu, tj. javlja se električna struja.

Prisustvo slobodnih elektrona je takođe odgovorno za visoku toplotnu provodljivost metala. Budući da su u neprekidnom kretanju, elektroni se stalno sudaraju s jonima i s njima razmjenjuju energiju. Zbog toga se vibracije jona, koje su se u datom delu metala pojačale usled zagrevanja, odmah prenose na susedne jone, sa njih na sledeće itd., i toplotno stanje metala se brzo izjednačava; cela masa metala ima istu temperaturu.

Po gustoći, metali su uvjetno podijeljeni u dvije velike grupe: laki metali, čija gustoća nije veća od 5 g / cm 3, i teški metali - svi ostali. Gustina, kao i tačke topljenja nekih metala, date su u Dodatku br. 2.

Čestice metala u čvrstom i tekućem stanju povezane su posebnom vrstom hemijske veze - takozvanom metalnom vezom. Određena je istovremenim prisustvom običnih kovalentnih veza između neutralnih atoma i Kulonovom privlačnošću između jona i slobodnih elektrona. Dakle, metalna veza nije svojstvo pojedinačnih čestica, već njihovih agregata.

Neki metali kristaliziraju u dva ili više kristalnih oblika. Ovo svojstvo tvari - da postoji u nekoliko kristalnih modifikacija - naziva se polimorfizam. Polimorfizam za jednostavne supstance poznat je kao alotropija.

Kalaj ima dvije kristalne modifikacije:

α - stabilno ispod 13,2 ° C (ρ = 5,75 g / cm 3). Ovo je sivi lim. Ima kristalnu rešetku poput dijamanta (atomski);

β - stabilno iznad 13,2 ° C (ρ = 6,55 g / cm 3). Ovo je bijeli lim.

Bijeli kalaj je srebrno bijeli vrlo mekani metal. Kada se ohladi ispod 13,2°C, raspada se u sivi prah, jer se pri prelasku sa β na α njegov specifični volumen značajno povećava. Ova pojava se zove limena kuga.

Metali imaju različite interakcije sa magnetnim poljem. Metali poput gvožđa, kobalta, nikla i gadolinijuma ističu se po svojoj sposobnosti da se magnetiziraju i ostanu magnetizirani dugo vremena. Zovu se feromagneti. Većina metala (alkalni i zemnoalkalni metali i značajan dio prelaznih metala) su slabo magnetizirani i ne zadržavaju ovo stanje izvan magnetnog polja - to su paramagneti. Metali koji potiskuju magnetno polje su dijamagneti (bakar, srebro, zlato, bizmut).

III. Koncept legura.

Karakteristična karakteristika metala je njihova sposobnost da formiraju legure međusobno ili sa nemetalima. Da bi se dobila legura, mješavina metala se obično podvrgava topljenju, a zatim hladi različitim brzinama, što je određeno prirodom komponenti i promjenom prirode njihove interakcije ovisno o temperaturi. Ponekad se legure dobivaju sinteriranjem tankih metalnih prahova bez pribjegavanja topljenju (metalurgija praha). Dakle, legure su proizvodi hemijske interakcije metala.

Kristalna struktura legura je na mnogo načina slična čistim metalima, koji u interakciji jedni s drugima tijekom topljenja i naknadne kristalizacije formiraju:

a) hemijska jedinjenja koja se nazivaju intermetalna jedinjenja;

b) čvrsti rastvori;

c) mehanička mješavina komponentnih kristala.

Ova ili ona vrsta interakcije određena je odnosom energije interakcije heterogenih i homogenih čestica sistema, odnosno odnosom energija interakcije atoma u čistim metalima i legurama.

Međutim, neke nečistoće smanjuju kvalitetu metala i legura. Poznato je, na primjer, da liveno željezo (legura željeza i ugljika) nema snagu i tvrdoću koja je karakteristična za čelik. Osim ugljika, na svojstva čelika utječu i dodaci sumpora i fosfora koji povećavaju njegovu lomljivost.

Od obojenih legura izdvajamo bronzu, mesing, bakronikl i duraluminij.

Bronza je legura na bazi bakra sa dodatkom (do 20%) kalaja. Bronza dobro lije pa se koristi u mašinstvu, gdje se od nje prave ležajevi, klipni prstenovi, ventili, okovi itd. Koristi se i za umjetničko livenje.

Mesing je takođe legura bakra koja sadrži 10 do 50% cinka. Koristi se u mašinogradnji.

Kupronikl je legura koja sadrži oko 80% bakra i 20% nikla, po izgledu slična srebru. Koristi se za proizvodnju relativno jeftinog pribora za jelo i umjetničkih proizvoda.

Duralumin (duralumin, duralumin) je legura na bazi aluminijuma koja sadrži bakar, magnezijum, mangan i nikl. Ima dobra mehanička svojstva i koristi se u avionima i mašinstvu.

Metalni predmeti oko nas rijetko se sastoje od čistih metala. Samo su aluminijske posude ili bakarna žica čiste oko 99,9%. U većini drugih slučajeva ljudi imaju posla sa legurama. Dakle, različite vrste željeza i čelika sadrže, uz metalne dodatke, male količine ugljika, koji odlučujuće utiču na mehaničko i termičko ponašanje legura. Sve legure imaju posebnu oznaku, jer. legure s istim imenom (na primjer, mesing) mogu imati različite masene udjele drugih metala.

Za izradu legura koriste se različiti metali. Među svim legurama najveći značaj imaju čelici različitih sastava. Jednostavni konstrukcijski čelici sastoje se od željeza relativno visoke čistoće sa malim (0,07-0,5%) dodacima ugljika. Tako liveno gvožđe proizvedeno u visokoj peći sadrži oko 10% drugih metala, od kojih je oko 3% ugljenik, a ostalo su silicijum, mangan, sumpor i fosfor. A legirani čelici se dobijaju dodavanjem silicijuma, bakra, mangana, nikla, hroma, volframa, vanadijuma i molibdena u gvožđe.

Nikl je, zajedno sa hromom, esencijalna komponenta mnogih legura. Daje čelicima visoku hemijsku otpornost i mehaničku čvrstoću. Dakle, poznati nehrđajući čelik sadrži u prosjeku 18% kroma i 8% nikla. Za proizvodnju hemijske opreme, mlaznica za avione, svemirskih raketa i satelita potrebne su legure koje su stabilne na temperaturama iznad 1000°C, odnosno nisu uništene kiseonikom i zapaljivim gasovima i istovremeno imaju čvrstoću najbolji čelici. Ove uslove ispunjavaju legure sa visokim sadržajem nikla. Veliku grupu čine legure bakra i nikla.

Legura bakra poznata od davnina - bronza sadrži 4-30% kalaja (obično 8-10%). Brončani proizvodi majstora starog Egipta, Grčke i Kine preživjeli su do danas. U srednjem vijeku alati i mnogi drugi proizvodi lijevani su od bronce. Čuveni Car-top i Car-zvono u Moskovskom Kremlju takođe su izliveni od legure bakra i kalaja. Trenutno se u bronzima kositar često zamjenjuje drugim metalima, što dovodi do promjene njihovih svojstava. Aluminijske bronze, koje sadrže 5-10% aluminija, imaju povećanu čvrstoću. Od takve bronce kovani su bakreni novčići. Vrlo jake, tvrde i elastične berilijumske bronce sadrže oko 2% berilija. Opruge od berilijum bronze gotovo su vječne. Bronce izrađene na bazi drugih metala, kao što su olovo, mangan, antimon, gvožđe i silicijum, našle su široku primenu u nacionalnoj ekonomiji.

Legura bakronikla sadrži od 18 do 33% nikla (ostatak je bakar). Tačka topljenja bakronikla je 1170 °C. Predivan je izgled. Kupronikl se koristi za izradu posuđa i nakita, kovanog novca („srebro“). Legura slična bakroniklu - nikl srebro - sadrži, pored 15% nikla, i do 20% cinka. Ova legura se koristi za proizvodnju umjetničkih proizvoda, medicinskih instrumenata. Legure bakra i nikla konstantan (40% nikla) i manganin (legura bakra, nikla i mangana) imaju vrlo visoku električnu otpornost. Koriste se u proizvodnji električnih mjernih instrumenata. Karakteristična karakteristika svih legura bakra i nikla je njihova visoka otpornost na procese korozije - gotovo da se ne uništavaju čak ni u morskoj vodi. Legure bakra i cinka sa sadržajem cinka do 50% nazivaju se mesing. Mesing "60" sadrži, na primer, 60 težinskih delova bakra i 40 težinskih delova cinka. Cink livenje pod pritiskom koristi leguru koja sadrži oko 94% cinka, 4% aluminijuma i 2% bakra. To su jeftine legure, imaju dobra mehanička svojstva i lako se obrađuju. Mesing je, zbog svojih kvaliteta, našao široku primenu u mašinstvu, hemijskoj industriji, kao iu proizvodnji kućnih potrepština. Da bi mesingi dali posebna svojstva, često im se dodaju aluminijum, nikl, silicijum, mangan i drugi metali. Od mesinga se izrađuju cijevi za automobilske radijatore, cjevovodi, čahure, spomen medalje, kao i dijelovi tehnološkog aparata za dobijanje raznih supstanci.

Prema sljedećim recepturama mogu se dobiti legure niskog taljenja. Njutnova legura: 31 maseni deo olova, 19 delova kalaja i 50 delova bizmuta. Tačka topljenja 95 °C. Legura drveta: 25 delova olova, 12,5 delova kalaja, 50 delova bizmuta i 12,5 delova kadmijuma. Tačka topljenja 60 °C. Kašika napravljena od takve legure će se otopiti ako se njome promiješa vruća kafa. Ranije se ovo pokazalo kao igrivo iskustvo. Međutim, ovako pomiješan napitak je otrovan zbog soli olova i bizmuta!

Industrijske legure bakra i nikla mogu se uvjetno podijeliti u dvije grupe: strukturne (ili otporne na koroziju) i električne (legure termoelektroda i otporne legure).

Strukturne legure uključuju cunial, bakronikl, nikl srebro, itd. Kupronikl se nazivaju dvostruke i složenije legure na bazi bakra, čija je glavna legirajuća komponenta nikl. Da bi se poboljšala otpornost na koroziju u morskoj vodi, dodatno su legirani željezom i manganom. Nikl srebro u poređenju sa bakroniklom karakteriše visoka čvrstoća zbog dodatnog legiranja cinkom. Cunials su legure Cu-Ni-Al ternarnog sistema. Nikl i aluminijum se na visokim temperaturama otapaju u bakru u velikim količinama, ali sa smanjenjem temperature, rastvorljivost naglo opada. Iz tog razloga, legure Cu-Ni-Al sistema su efikasno kaljene kaljenjem i starenjem. Legure za kaljenje se zagrevaju na 900-1000 o C, a zatim podvrgavaju starenju na 500-600 o C. Ojačanje tokom starenja obezbeđuje se dispergovanim taloženjem Ni3Al i NiAl faza. Kupronikl, nikl srebro, cunials odlikuju se visokim mehaničkim i korozijskim svojstvima, koriste se za proizvodnju izmjenjivača topline u pomorskoj brodogradnji (kondenzatorske cijevi i termostati), medicinskih instrumenata, dijelova precizne mehanike i hemijske industrije, dijelova instrumenata u elektrotehnici, radio inžinjering i za proizvodnju posuđa. Kao otporne legure koriste se bakronikl MN19 i nikl srebro MNTs15-20.

Elektrotehničke legure uključuju otporne legure - manganin (MNMts3-12) i konstantan (MNMts40-1b5) i legure za termoelektrode i kompenzacijske žice: kopel (MNMts43-0,5).

Njutnova legura: 31 maseni deo olova, 19 delova kalaja i 50 delova bizmuta. Tačka topljenja 95 °C.

Drvna legura: 25 delova olova, 12,5 delova kalaja, 50 delova bizmuta i 12,5 delova kadmijuma (kadmijum se najbolje dobija u galvanskoj radnji). Tačka topljenja 60 °C. Kašika napravljena od takve legure će se otopiti ako se njome promiješa vruća kafa. Ranije se ovo pokazalo kao igrivo iskustvo. Ovako pomiješan napitak je otrovan zbog soli olova i bizmuta!

U našoj maloj pećnici možemo nabaviti malo mesinga. Da bismo to učinili, rastopit ćemo bakar Bunsenom ili, bolje, staklenim puhačem, a zatim dodati komadiće cinka; možete odmah staviti komade oba metala u lončić. Mesing 60 sadrži, na primer, 60 težinskih delova mlevenog i 40 težinskih delova cinka (U SSSR-u su takozvani dupli mesingi takođe označeni sadržajem bakra. Marka L80, na primer, znači da mesing sadrži 79- 81% bakra, a ostatak je cink (pribl. prijevod).

Cink livenje pod pritiskom koristi leguru koja sadrži oko 94% cinka, 4% aluminijuma i 2% bakra.

IV. Hemijska svojstva metala.

Glavno hemijsko svojstvo metala je sposobnost njihovih atoma da lako doniraju svoje valentne elektrone i transformišu se u pozitivno nabijene ione. Tipični metali nikada ne prihvataju elektrone; njihovi ioni su uvijek pozitivno nabijeni.

Lako donirajući svoje valentne elektrone tokom hemijskih reakcija, tipični metali su energetski redukcioni agensi.

Sposobnost doniranja elektrona manifestuje se u pojedinačnim metalima nikako u istoj mjeri. Što se metal lakše odriče svojih elektrona, što je aktivniji, energičnije stupa u interakciju s drugim supstancama.

Umočite komad cinka u otopinu olovne soli. Cink se počinje otapati, a olovo se oslobađa iz otopine. Reakcija se izražava jednačinom:

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

Iz jednačine slijedi da je ova reakcija tipična redoks reakcija. Njegova se suština svodi na to da atomi cinka doniraju svoje valentne elektrone dvovalentnim olovnim jonima, pretvarajući se na taj način u ione cinka, a ioni olova se reduciraju i oslobađaju u obliku metalnog olova. Ako učinite suprotno, odnosno uronite komad olova u otopinu cinkove soli, tada neće doći do reakcije. Ovo pokazuje da je cink aktivniji od olova, da njegovi atomi lakše doniraju, a ioni teže prihvataju elektrone od atoma i jona olova.

Izmještanje nekih metala iz njihovih spojeva drugim metalima prvi je detaljno proučio ruski naučnik Beketov, koji je metale rasporedio prema njihovoj opadajućoj hemijskoj aktivnosti u takozvanoj "seriji pomjeranja". Trenutno se Beketovljev red pomaka naziva niz napona.

U Dodatku br. 3 prikazane su vrijednosti standardnih elektrodnih potencijala nekih metala. Simbol Me + /Me - označava metal Me, uronjen u rastvor svoje soli. Standardni potencijali elektroda koje deluju kao redukcioni agensi u odnosu na vodonik imaju znak "-", a znak "+" označava standardne potencijale elektroda koje su oksidanti.

Metali, raspoređeni uzlaznim redoslijedom njihovih standardnih elektrodnih potencijala, formiraju elektrohemijski niz napona metala:

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

Brojni naponi karakterišu hemijska svojstva metala:

1) Što je elektrodni potencijal metala manji, to je veća njegova redukciona sposobnost.

2) Svaki metal je u stanju da istisne (vrati) iz rastvora soli one metale koji su u nizu napona posle njega:

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) Svi metali koji imaju negativan standardni potencijal elektrode, odnosno oni koji su u nizu napona lijevo od vodonika, mogu ga istisnuti iz kiselih otopina:

Zn 0 + 2H +1 Cl \u003d Zn +2 Cl 2 + H 2 0

Ali bakar ne reaguje sa hlorovodoničnom kiselinom. Treba imati na umu da ovo pravilo ima niz izmjena:

a) pravilo se poštuje ako se u reakciji metala sa kiselinom formira rastvorljiva so;

b) koncentrovana sumporna kiselina i azotna kiselina bilo koje koncentracije na poseban način reaguju sa metalima, a vodonik ne nastaje;

c) pravilo se ne odnosi na alkalne metale, jer oni lako stupaju u interakciju sa vodom (a ovo pravilo važi za reakcije vodenih rastvora kiselina sa metalima).

Treba napomenuti da prikazana serija karakterizira ponašanje metala i njihovih soli samo u vodenim otopinama i na sobnoj temperaturi. Osim toga, mora se imati na umu da visoka elektrohemijska aktivnost metala ne znači uvijek njegovu visoku hemijsku aktivnost. Na primjer, niz napona počinje s litijem, dok su kemijski aktivniji metali: rubidij i kalijum smješteni desno od litijuma. To je zbog izuzetno visoke energije procesa hidratacije litijum jona u poređenju sa drugim ionima alkalnih metala.

Alkalni i zemnoalkalni metali lako stupaju u interakciju s atmosferskim kisikom:

4Li 0 + O 2 0 = 2Li 2 +1 O -2 (4e -)

2Ca 0 + O 2 0 \u003d 2Ca +2 O -2 (4e -)

Sa kiseonikom, natrijum i kalij ne formiraju okside, već perokside:

2Na 0 + O 2 0 \u003d Na 2 +1 O 2 -1 (2e -)

2K 0 + O 2 0 \u003d K 2 +1 O 2 -1 (2e -)

Gvožđe, cink, bakar i drugi manje aktivni metali snažno se oksidiraju kisikom samo kada se zagrijavaju:

2Zn 0 + O 2 0 \u003d 2Zn +2 O -2 (4e -)

2Cu 0 + O 2 0 \u003d 2Cu +2 O -2 (4e -)

Zlato i platina ni pod kojim okolnostima se ne oksidiraju atmosferskim kisikom.

U zraku pri normalnoj temperaturi, površina berilija i magnezija prekrivena je zaštitnim oksidnim filmom. Zemnoalkalni metali aktivnije stupaju u interakciju s atmosferskim kisikom, pa se skladište ispod sloja kerozina ili u zatvorenim posudama, poput alkalnih metala.

Kada se zagriju na zraku, svi metali koji se razmatraju snažno izgaraju i formiraju okside:

2Be 0 + O 2 0 \u003d 2Be +2 O -2 (4e -)

2Mg 0 + O 2 0 \u003d 2Mg +2 O -2 (4e -)

Reakcija sagorijevanja magnezija praćena je zasljepljujućim bljeskom, ranije se koristio prilikom fotografiranja objekata u mračnim prostorijama. Trenutno koristi električni blic.

Alkalni metali aktivno stupaju u interakciju sa gotovo svim nemetalima. Koristeći opštu notaciju za metale Me, zapisujemo u opštem obliku jednadžbu za reakcije alkalnih metala sa nemetalima - vodikom, hlorom i sumporom:

2Me 0 + H 2 0 \u003d 2Me +1 H -1 (2e -)

2Me 0 + Cl 2 0 \u003d 2Me +1 Cl -1 (2e -)

2Me 0 + S 0 \u003d Me 2 +1 S -2 (2e -)

Zemnoalkalni metali na visokim temperaturama oksidiraju se vodonikom u hidride:

Ja 0 + H 2 0 \u003d Ja +2 H 2 -1 (2e -)

Berilijum, magnezijum i svi zemnoalkalni metali interaguju kada se zagrevaju sa nemetalima - hlorom, sumporom, azotom itd., formirajući hloride, sulfide, nitride, respektivno:

Ja 0 + Cl 2 0 \u003d Ja +2 Cl 2 -1 (2e -)

Ja 0 + S 0 \u003d Ja +2 S -2 (2e -)

3Me 0 + N 2 0 \u003d Me 3 +2 N 2 -3 (6e)

Svi alkalni metali aktivno stupaju u interakciju sa vodom, formirajući alkalije i redukujući vodu u vodonik (slika desno). Brzina interakcije alkalnog metala s vodom će se povećati od litija do cezijuma:

2Me 0 + 2H +1 OH \u003d 2Me +1 OH + + H 2 0 (2e -)

Od svih metala glavne podgrupe grupe II, samo berilij praktički ne reaguje sa vodom, magnezijum reaguje s njim sporo, ostali metali nasilno reaguju sa vodom u normalnim uslovima:

Me 0 + 2H +1 OH \u003d Me +2 (OH) 2 + H 2 0 (2e -)

Drugi metali, koji stoje u nizu napona do vodonika, također mogu istisnuti vodonik iz vode pod određenim uvjetima. Ali aluminij nasilno stupa u interakciju s vodom samo ako se oksidni film ukloni s njegove površine:

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

Gvožđe stupa u interakciju s vodom samo u vrućem obliku:

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

Sa kiselinama u rastvoru (HCl, H 2 SO 4 (dil.), CH 3 COOH, itd., osim HNO 3), metali interaguju u nizu napona do vodonika. Ovo proizvodi sol i vodonik.

2Al 0 + 6H +1 Cl \u003d 2Al +3 Cl 3 + 3H 2 0

2CH 3 COOH +1 + Mg 0 \u003d Mg +2 (CH 3 COO) 2 + H 2 0

Sa solima manje aktivnih metala u rastvoru. Kao rezultat takve reakcije nastaje topljiva sol aktivnijeg metala, a manje aktivni metal se oslobađa u slobodnom obliku:

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

V. Korozija metala.

Gotovo svi metali, dolazeći u dodir sa svojim okolnim plinovitim ili tekućim medijem, manje ili više brzo se razaraju s površine. Razlog tome je hemijska interakcija metala sa gasovima u vazduhu, kao i vodom i materijama otopljenim u njemu.

Svaki proces hemijskog razaranja metala pod uticajem okoline naziva se korozija.

Korozija se najlakše javlja kada metali dođu u kontakt sa gasovima. Na površini metala nastaju odgovarajuća jedinjenja: oksidi, jedinjenja sumpora, bazične soli ugljene kiseline, koje često pokrivaju površinu gustim slojem koji štiti metal od daljeg izlaganja istim gasovima.

Situacija je drugačija kada metal dođe u dodir s tekućim medijem - vodom i tvarima otopljenim u njemu. Nastala jedinjenja se mogu rastvoriti, tako da se korozija širi dalje u metal. Osim toga, voda koja sadrži otopljene tvari je provodnik električne struje, zbog čega se stalno javljaju elektrokemijski procesi, koji su jedan od glavnih faktora koji uzrokuju i ubrzavaju koroziju.

Najčešće su proizvodi od željeza izloženi koroziji. Posebno jako korodira metal u vlažnom vazduhu i vodi. Pojednostavljeno, ovaj proces se može izraziti pomoću sljedeće jednadžbe hemijske reakcije:

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O \u003d 4Fe (OH) 3

Postoji mnogo načina za borbu protiv korozije. Navešću neke od njih.

1) Nanošenje zaštitnih premaza na površinu metala zaštićenu od korozije. Za to se često koriste uljane boje, emajli, lakovi. Ovi nemetalni premazi su jeftini, ali obično kratkotrajni. Jednom svake dvije godine, a ponekad i češće, potrebno ih je ažurirati. Tako, na primjer, slikaju Ajfelov toranj u Parizu.

Zaštićeni metal se može premazati slojem drugog metala: zlata, srebra, hroma, nikla, kalaja, cinka itd. Jedna od najstarijih metoda je kalajisanje, odnosno premazivanje željeznog lima slojem kalaja. Takvo gvožđe se naziva kalaj.

2) Upotreba nerđajućeg čelika koji sadrži posebne aditive. Na primjer, "nerđajući čelik", od kojeg se pravi pribor za jelo, sadrži do 12% hroma i do 10% nikla. Lagane nerđajuće legure uključuju aluminijum ili titanijum. Svi koji su bili u Sveruskom izložbenom centru videli su ispred ulaza obelisk „Osvajačima svemira, obložen pločama od legure titanijuma (slika levo). Na njegovoj mat sjajnoj površini nema ni trunke rđe.

3) Uvođenje u radnu sredinu u kojoj se nalaze metalni delovi, supstance koje umanjuju agresivnost okoline za desetine i stotine puta. Takve tvari se nazivaju inhibitori korozije.

Inhibitori korozije se uvode u zatvorene sisteme hlađenja, u naftne derivate, pa čak i raspršuju u gasovode kako bi smanjili koroziju cijevi iznutra. Da bi se spriječila korozija gvožđa u sumpornoj kiselini, kao inhibitor joj se dodaje dušična kiselina.

4) Stvaranje kontakta sa aktivnijim metalom - protektorom. Na primjer, cink se obično koristi za zaštitu čeličnih trupova morskih plovila. Da, i na kopnu je metalna konstrukcija (cijev, dalekovod, itd.) povezana s limom ili komadom aktivnijeg metala. U istu svrhu, komadi cinka su zavareni na detalje konstrukcije mosta.

Čisti metali u većini slučajeva teško korodiraju. Čak i takav metal kao što je željezo, u potpuno čistom obliku, gotovo ne hrđa. Ali obični tehnički metali uvijek sadrže razne nečistoće, što stvara povoljne uvjete za koroziju.

Šteta uzrokovana korozijom metala je ogromna. Izračunato je, na primjer, da zbog korozije godišnje propadne tolika količina čelika, što je otprilike četvrtina ukupne svjetske proizvodnje istog godišnje. Stoga se velika pažnja posvećuje proučavanju procesa korozije i traženju najboljih sredstava za njeno sprječavanje.

Metode kontrole korozije su izuzetno raznolike. Najjednostavniji od njih je zaštititi metalnu površinu od direktnog kontakta s okolinom premazivanjem uljanom bojom, lakom, emajlom ili, na kraju, tankim slojem drugog metala. Sa teorijske tačke gledišta posebno je zanimljivo prevlačenje jednog metala drugim.

Tu spadaju: katodni premaz, kada je zaštitni metal u nizu napona desno od zaštitnog (tipičan primjer je kalajisan, odnosno kalajisan čelik); anodni premaz, kao što je premaz, čelični cink.

Za zaštitu od korozije preporučljivo je metalnu površinu prekriti slojem aktivnijeg metala od sloja manje aktivnog. Međutim, drugi faktori često prisiljavaju upotrebu premaza od manje aktivnih metala.

U praksi je najčešće potrebno poduzeti mjere zaštite čelika kao metala koji je posebno podložan koroziji. Osim cinka, među aktivnijim metalima, ponekad se u tu svrhu koristi i kadmij koji djeluje kao cink. Od manje aktivnih metala za premazivanje čelika najčešće se koriste kalaj, bakar i nikal.

Proizvodi od niklovanog čelika imaju prekrasan izgled, što objašnjava široku upotrebu niklovane ploče. Kada je sloj nikla oštećen, korozija je manje intenzivna nego kada je oštećen sloj bakra (ili kalaja), budući da je razlika potencijala za par nikl-gvožđe mnogo manja nego za par bakar-gvožđe.

Između ostalih načina borbe protiv korozije, postoji još jedan način zaštite, koji se sastoji u tome da se zaštićeni metalni predmet dovede u kontakt sa velikom površinom aktivnijeg metala. Tako se cink limovi uvode u parne kotlove, koji su u kontaktu sa zidovima kotla i sa njima tvore galvanski par.

VI. Metode dobijanja metala.

Velika većina metala nalazi se u prirodi u obliku spojeva s drugim elementima.

Samo nekoliko metala se nalazi u slobodnom stanju i tada se nazivaju prirodnim. Zlato i platina se nalaze gotovo isključivo u prirodnom obliku, srebro i bakar - dijelom u prirodnom obliku; ponekad ima i samorodne žive, kalaja i nekih drugih metala.

Ekstrakcija zlata i platine vrši se ili mehaničkim odvajanjem od stijene u kojoj su zatvoreni, na primjer, ispiranjem vodom, ili ekstrakcijom iz stijene raznim reagensima, nakon čega slijedi odvajanje metala od metala. rješenje. Svi ostali metali se dobijaju hemijskom obradom njihovih prirodnih jedinjenja.

Minerali i stijene koje sadrže spojeve metala i pogodne za proizvodnju ovih metala na fabrički način nazivaju se rude. Glavne rude su oksidi, sulfidi i karbonati metala.

Najvažnija metoda za dobijanje metala iz ruda zasniva se na redukciji njihovih oksida ugljem.

Ako se, na primjer, ruda crvenog bakra (kuprit) Cu 2 O pomiješa s ugljem i podvrgne jakom žarenju, tada će se ugljen, reducirajući bakar, pretvoriti u ugljični monoksid (II), a bakar će se osloboditi u rastopljenom stanju:

Cu 2 O + C \u003d 2Cu + CO

Na sličan način se liveno gvožđe topi iz željeznih ruda, kalaj se dobija iz kalajnog kamena SnO 2, a drugi metali se redukuju iz oksida.

Prilikom prerade sumpornih ruda, spojevi sumpora se najprije pretvaraju u kisikove spojeve pečenjem u posebnim pećima, a zatim se nastali oksidi reduciraju ugljenom. Na primjer:

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

ZnO + C = Zn + CO

U slučajevima kada je ruda sol ugljične kiseline, ona se može direktno reducirati ugljem, kao i oksidima, jer se pri zagrijavanju karbonati razlažu na metalni oksid i ugljični dioksid. Na primjer:

ZnCO 3 \u003d ZnO + CO 2

Obično rude, pored hemijskog jedinjenja ovog metala, sadrže mnogo više nečistoća u vidu peska, gline, krečnjaka, koje je veoma teško topiti. Da bi se olakšalo topljenje metala, rudi se dodaju različite tvari koje stvaraju spojeve niskog taljenja s nečistoćama - šljake. Takve tvari nazivaju se tokovi. Ako se dodatak sastoji od krečnjaka, tada se kao fluks koristi pijesak, koji sa krečnjakom formira kalcijum silikat. Naprotiv, u slučaju velike količine pijeska, krečnjak služi kao fluks.

U mnogim rudama količina nečistoća (otpadne stijene) je toliko velika da je direktno topljenje metala iz ovih ruda ekonomski neisplativo. Takve rude se prethodno obogaćuju, odnosno iz njih se uklanja dio nečistoća. Posebno je rasprostranjena flotacijska metoda obrade rude (flotacija), zasnovana na različitoj kvašljivosti čiste rude i otpadne stijene.

Tehnika metode flotacije je vrlo jednostavna i u osnovi se svodi na sljedeće. Ruda, koja se sastoji, na primjer, od sumpornog metala i prazne silikatne stijene, fino se melje i sipa u velike kace s vodom. Vodi se dodaje organska supstanca niskog polariteta, koja doprinosi stvaranju stabilne pene kada se voda meša, i mala količina specijalnog reagensa, tzv. površine minerala koji treba plutati i čini ga nesposobnim da se navlaži vodom. Nakon toga se kroz smjesu odozdo propušta jak mlaz zraka, miješajući rudu sa vodom i dodanim tvarima, a mjehurići zraka su okruženi tankim uljnim filmovima i formiraju pjenu. U procesu miješanja, čestice plutajućeg minerala se prekrivaju slojem adsorbiranih kolektorskih molekula, lijepe se za mjehuriće ispuhanog zraka, uzdižu se s njima prema gore i ostaju u pjeni; čestice otpadnog kamena, navlažene vodom, talože se na dno. Pjena se skuplja i istiskuje, čime se dobija ruda sa znatno većim sadržajem metala.

Za obnavljanje nekih metala iz njihovih oksida, umjesto uglja koriste se vodonik, silicijum, aluminij, magnezij i drugi elementi.

Proces redukcije metala iz njegovog oksida uz pomoć drugog metala naziva se metalotermija. Ako se posebno aluminij koristi kao redukcijski agens, tada se proces naziva aluminotermija.

Elektroliza je također vrlo važna metoda za proizvodnju metala. Neki od najaktivnijih metala dobijaju se isključivo elektrolizom, jer sva druga sredstva nisu dovoljno energična da redukuju njihove ione.

Razmotrimo elektrolizu otopine bakar(II) sulfata na nerastvornoj anodi:

CuSO 4 \u003d Cu 2+ + SO 4 2-

Katoda (–): Cu 2+ + 2e - = Cu 0 Anoda (+): 2H 2 O - 4e - = O 2 + 4H +

Cu 2+ + 2e - = Cu 0 2

2H 2 O - 4e - \u003d O 2 + 4H + 1

Ukupna ionska jednadžba: 2Cu 2+ + 2H 2 O = 2Cu 0 + O 2 + 4H +

Ukupna molekularna jednadžba, uzimajući u obzir prisustvo SO 4 2- aniona u otopini: 2CuSO 4 + 2H 2 O \u003d (elektroliza) = 2Cu 0 + O 2 + 4H 2 SO 4

VII. Upotreba metala.

Među svojstvima legura za praktičnu upotrebu najvažnije su otpornost na toplotu, otpornost na koroziju, mehanička čvrstoća itd. Za vazduhoplovstvo su od velikog značaja lake legure na bazi magnezijuma, titana ili aluminijuma, za metaloprerađivačku industriju - specijalne legure koje sadrže volfram. , kobalt, nikl. U elektronskoj tehnologiji koriste se legure čija je glavna komponenta bakar. Magneti za teške uslove rada dobijeni su od proizvoda interakcije kobalta, samarija i drugih rijetkih zemnih elemenata, a legure koje su supravodljive na niskim temperaturama su bazirane na intermetalnim spojevima formiranim od niobija sa kalajem itd.

Moderna tehnologija koristi ogroman broj legura, a u velikoj većini slučajeva ne sastoje se od dva, već od tri, četiri ili više metala. Zanimljivo je da se svojstva legura često oštro razlikuju od svojstava pojedinačnih metala od kojih su formirane. Dakle, legura koja sadrži 50% bizmuta, 25% olova, 12,5% kalaja i 12,5% kadmijuma topi se na samo 60,5 stepeni Celzijusa, dok komponente legure imaju tačke topljenja od 271, 327, 232, odnosno 321 stepen Celzijusa. . Tvrdoća kalajne bronze (90% bakra i 10% kalaja) je tri puta veća od čistog bakra, a koeficijent linearne ekspanzije legura gvožđa i nikla je 10 puta manji nego kod čistih komponenti.

Na 2 CO 3 - natrijum karbonat, formira kristalni Na 2 CO 3 * 10H 2 O, poznat kao kristalna soda, koji se koristi u proizvodnji stakla, papira, sapuna. Ovo je srednja sol.

U svakodnevnom životu poznatija je kisela so - natrijum bikarbonat NaHCO3, koristi se u prehrambenoj industriji (soda bikarbona) i u medicini (soda bikarbona).

K 2 CO 3 - kalijum karbonat, tehnički naziv - potaš, a koristi se u proizvodnji tečnog sapuna i za pripremu vatrostalnog stakla, a takođe i kao đubrivo.

Magnezij i kalcij se koriste za proizvodnju rijetkih metala i lakih legura. Na primjer, magnezij je dio duraluminija, a kalcij je jedna od komponenti olovnih legura potrebnih za proizvodnju ležajeva i omotača kabela.

U inženjerstvu, kalcijum oksid CaO naziva se živo vapno, a MgO se naziva spaljeni magnezijum. Oba ova oksida se koriste u proizvodnji građevinskih materijala.

Ako se aluminijski prah ili tanka aluminijska folija jako zagriju, oni se zapale i izgore blistavim plamenom:

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

Ova reakcija se koristi za pravljenje bljeskalica i vatrometa.

Aluminijum se široko koristi u metalurgiji za dobijanje metala - hroma, mangana, vanadijuma, titana, cirkonijuma iz njihovih oksida. Ova metoda se naziva aluminotermija. U praksi se često koristi termit - mješavina Fe 3 O 4 s aluminijskim prahom. Ako se ova smjesa zapali, na primjer, pomoću magnezijske trake, tada dolazi do energetske reakcije s oslobađanjem velike količine topline:

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

Gvožđe je osnova savremene tehnologije i poljoprivrednog inženjerstva, transporta i komunikacija, svemirskih letelica i uopšte, sve moderne industrije i civilizacije. Većina proizvoda, od šivaćih igala do svemirskih letjelica, ne može se napraviti bez upotrebe željeza.

Sulfidi zemnoalkalnih metala, koji sadrže male količine nečistoća teških metala, nakon prethodnog osvjetljenja, počinju svijetliti u različitim bojama - crvenoj, narandžastoj, plavoj, zelenoj. Oni su dio specijalnih svjetlećih boja, koje se nazivaju fosfori. Koriste se za izradu svetlećih putokaza, brojčanika itd.

CaCO 3 - kalcijum karbonat - jedno od najčešćih jedinjenja na Zemlji. Poznati su nam minerali koji ga sadrže kao što su kreda, mermer, krečnjak. Koristi se i za pravljenje kreča.

Najvažniji od ovih minerala je krečnjak, bez kojeg nijedna građevina ne može. Prvo, on je sam odličan građevinski kamen (sjetite se poznatih Odeskih katakombi - nekadašnjih kamenoloma u kojima se kopao kamen za izgradnju grada), a drugo, sirovina je za dobijanje drugih materijala: cementa, gašenog i živog vapna, staklo itd.

Putevi su ojačani krečnjačkim šljunkom, a kiselost tla je smanjena prahom.

Prirodna kreda su ostaci drevnih životinjskih školjki (slika na strani 15 (lijevo)). Jedan od primjera upotrebe krede, koji nam je dobro poznat, su školske bojice, paste za zube. Kreda se koristi u proizvodnji papira i gume.

Mermer je mineral kipara, arhitekata i keramičara. Mikelanđelo je stvorio svoje prelepe kreacije od mermera (slika na strani 15 (desno)), zidovi svetski poznatog indijskog mauzoleja Taj Mahal su napravljeni od mermera, mnoge stanice moskovskog metroa su obložene mermerom.

MgCO 3 - magnezijum karbonat, ima široku primenu u proizvodnji stakla, cementa, opeke, kao i u metalurgiji za konverziju otpadnih stena, tj. koji ne sadrže metalne spojeve, u šljaku.

CaSO 4 - kalcijum sulfat, javlja se u prirodi u obliku minerala gipsa CaSO 4 * 2H 2 O, koji je kristalni hidrat. Koristi se u građevinarstvu, u medicini za nametanje fiksnih gipsanih zavoja, za izradu gipsa. Za to se koristi hemihidratni gips 2CaSO 4 * H 2 O - alabaster, koji u interakciji s vodom formira dihidratni gips:

2CaSO 4 * H 2 O + H 2 O \u003d 2CaSO 4 * H 2 O

Ova reakcija se nastavlja oslobađanjem topline.

MgSO 4 - Magnezijum sulfat, poznat kao gorka ili Epsom so, koristi se u medicini kao laksativ. Sadrži se u morskoj vodi i daje gorak ukus.

BaSO 4 - barijum sulfat, zbog svoje nerastvorljivosti i sposobnosti odlaganja rendgenskih zraka, koristi se u rendgenskoj dijagnostici („baritna kaša“) za bolesti gastrointestinalnog trakta.

Ca 3 (PO 4) 2 - kalcijum fosfat, deo je fosforita (kamena) i apatita (minerala), kao i više od 1 kg kostiju i zuba u telu odrasle osobe. kalcijum u obliku jedinjenja Ca 3 (PO 4) 2 .

Korund je mineral sastava Al 2 O 3, ima vrlo visoku tvrdoću, njegova sitnozrnasta sorta koja sadrži nečistoće - šmirgl, koristi se kao abrazivni (brusni) materijal.

Poznati su prozirni kristali korunda obojeni primesama: crveno - rubini i plavo - safiri, koji se koriste kao drago kamenje. Trenutno se dobivaju umjetno i koriste se ne samo za nakit, već i u tehničke svrhe, na primjer, za proizvodnju dijelova za satove i drugih preciznih instrumenata. Kristali rubina se koriste u laserima.

FeS 2 - ne služi kao željezna ruda za proizvodnju metala, već se koristi za proizvodnju sumporne kiseline.

Gvožđe(II) sulfat kristal hidrat FeSO*7H2O, poznat kao gvozdeni vitriol, koristi se za suzbijanje biljnih štetočina, za pripremu mineralnih boja i za druge svrhe.

Gvožđe(III) hlorid FeCl 3 se koristi kao jedkalo pri bojenju tkanina.

Gvožđe(III) sulfat Fe 2 (SO 4) 3 * 9H 2 O koristi se za prečišćavanje vode i u druge svrhe.

Srebrni nitrat AgNO 3, koji se naziva i lapis. Formira bezbojne prozirne kristale, dobro rastvorljive u vodi. Koristi se u proizvodnji fotografskih materijala, u proizvodnji ogledala, u galvanizaciji i u medicini.

VIII. Biološka uloga metala.

Teški metali (olovo, bakar, cink, arsen, živa, kadmijum, hrom, aluminijum itd.) su neophodni organizmu u mikrokoličinama i uglavnom se nalaze u aktivnim centrima koenzima (L.R. Nozdryukhina, 1977, J.R. Glaister, 1986). ).

Prekoračenjem dozvoljenih koncentracija remete mnoge procese u organizmu, počevši od ćelijskih membrana, jer multivalentni metalni joni mogu se vezati za specifične regije fosfolipidnih polarnih dijelova (V.A. Tutelyan et al., 1987., F.W. Oehme, 1978., L.J. Casaret et al., 1975.). Kao rezultat ove interakcije, površina membrane se širi ili skuplja i, posljedično, mijenjaju se njena uobičajena svojstva (V. Kalous, Z. Pavliček, 1985). Organometalna jedinjenja su posebno opasna, jer. mnogo bolje prolaze barijere unutar tijela. Neki metali, kao što su olovo, stroncijum, itrijum, kadmijum, zamenjuju kalcijum u telu, a to dovodi do krhkosti kostiju.

Količina biološki aktivnih hemijskih elemenata u životinjskim organizmima i tkivima uglavnom zavisi od njihovog staništa i karakteristika potrošnje hrane (SF Tyutikov et al., 1997). U većini slučajeva, domaće životinje pate od nedostatka i neravnoteže elemenata u tragovima (K.K. Zanevsky, 1992). Kada je sadržaj teških metala u tlu veći od dozvoljenih normi, uočava se povećanje unosa ovih metala u ishranu i, shodno tome, u stočarske proizvode, te pogoršanje kvaliteta poljoprivrednih proizvoda. Na primjer, na prigradskim farmama, kada je sadržaj teških metala u ishrani - olova, nikla, kroma i fluora 2-7 puta veći od MPC, njihov sadržaj u mlijeku se pokazao 1,25-2 puta veći od dozvoljenog. one (N.I. Morozova, 1998). U regiji Vologda, zbog nedostatka selena sa viškom gvožđa, mangana, kadmijuma, mleko se isporučivalo mljekarama niske titrabilne kiselosti (V.I. Ivanov, 1995). Glavni razlog su emisije iz preduzeća industrijske zone Čerepovec. Prisustvo teških metala utiče na kvalitet sira, a tehnologija proizvodnje je narušena. Naročito se pogoršava njegov ukus i miris postaje nečist, sir se lako mrvi, gruša postaje razmazana (O.F. Sorokina i dr., 1995.). Ovce koje se uzgajaju u industrijskoj zoni Iraka imaju u tijelu naslage žive, kadmijuma i olova (Abbas, 1991). Kod petogodišnjih ovaca sadržaj žive i kadmijuma u mišićima je veći od MRL (maksimalno dozvoljenog nivoa). Na inhalacijski unos ovih teških metala ukazivali su povišeni nivoi kadmijuma i olova u plućima. Isti autor ističe da se kod ovaca uzgojenih u poljoprivrednim regijama Iraka pokazalo da je sadržaj teških metala u tkivima i organima 2-7 puta manji nego kod životinja koje se uzgajaju u industrijskoj zoni.

Autori ističu da se protok teških metala iz tla u biljke povećava paralelno s povećanjem kiselosti tla. To je zato što se njihova jedinjenja bolje otapaju u kiseloj sredini (Ge Y., Murray P., Hendershot W.H, 2000., Planquart P., Bonin G., Prone A., Massiani C., 1999.). Dokazano je da apsorpcija teških metala iz tankog crijeva ovisi o njihovoj topljivosti u vodi (C.A. Kan, 1994). Poznato je da dugotrajna upotreba visokih doza dušičnih gnojiva dovodi do smanjenja elemenata u tragovima u ishrani (V.T. Samokhin et al., 1996). Sa tehnogenom kontaminacijom tla teškim metalima, u njemu se istovremeno povećava udio njihovih mobilnih oblika (V.A. Vostroknutov i dr., 1998). Međutim, s povećanjem doza dušičnih gnojiva u tlu, uočeno je blago povećanje koncentracije Hg, Mn, Zn (A.A. Grigoriev, V.V. Okorokov, 1995.). Mikroorganizmi u tlu mogu pretvoriti nerastvorljive oblike soli u rastvorljive.

Tako će čovječanstvo još mnogo, mnogo godina koristiti metale, koji i dalje igraju vodeću ulogu u razvoju svih područja njegovog života.

Naučno-tehnološka revolucija koja je započela prije oko 100 godina, a zahvatila je i industriju i društvenu sferu, također je usko povezana s proizvodnjom metala. Na bazi volframa, molibdena, titana i drugih metala, počeli su stvarati otporne na koroziju, supertvrde, vatrostalne legure, čija je upotreba uvelike proširila mogućnosti mašinstva. U nuklearnoj i svemirskoj tehnologiji dijelovi koji rade na temperaturama do 3000 ° C izrađuju se od legura volframa i renijuma, u medicini se koriste hirurški instrumenti od legura tantala i platine, jedinstvene keramike na bazi oksida titana i cirkonijuma.

IX. Spisak korišćene literature.

1. "Opća hemija"; N.L. Glinka; izdavačka kuća "Integral-Pres"; 2007

2. "Neobična svojstva običnih metala"; V.A. Zaimovski, T.L. Kolupaev; biblioteka "Quantum"; 1997

3. "Magneti od legura rijetkih zemnih metala sa kobaltom";
prijevod R.S. Torčinova, E.M. Lazarev; Moskovska izdavačka kuća; 1995.

4. „Univerzalni priručnik o hemiji za učenike i studente“; AA. Petrov; izdavačka kuća "List New"; 2003

5. “Otkrijte svijet hemije. Dio 1"; R.M. Golubeva, E.A. Alferova, E.Yu. Ratkevich, V. Schaefer, P. Benesh, G.N. Mansurov; izdavačka kuća "Ekomir"; Moskva; 2004

6. “Otkrijte svijet hemije. dio 3"; R.M. Golubeva, E.A. Alferova, E.Yu. Ratkevich, V. Schaefer, P. Benesh, G.N. Mansurov; izdavačka kuća "Ekomir"; Moskva; 2004

7. “Hemija. Ocena 10"; O.S. Gabrielyan; F. M. Maskaev; izdavačka kuća "Drofa"; Moskva; 2005 godina.

8. “Hemija. Razred 11"; O.S. Gabrielyan; G. G. Lysova; izdavačka kuća "Drofa"; Moskva; 2006

9. „Pult za nastavnike hemije. Razred 9"; O.S. Gabrielyan,
I.G. Ostroumov; izdavačka kuća "Drofa"; Moskva; 2005 godina.

10. „Pult za nastavnike hemije. 11. razred (II dio)"; O.S. Gabrielyan, G.G. Lysova; izdavačka kuća "Drofa"; Moskva; 2006

11. "Opća i neorganska hemija"; N.S. Ahmetov; izdavačka kuća "Viša škola"; Moskva; 2005 godina.

Germanij također pokazuje neka nemetalna svojstva, zauzimajući srednju poziciju između metala i nemetala.

Interakcija natrijuma sa vodom.

Sprečava stvaranje zaštitnog filma na njegovoj površini.

Obelisk "Osvajačima svemira" (titanijumska obloga).

Kreda pod mikroskopom.

Skulpture Mikelanđela (mermer): "Rob kida veze" (desno), "David" (levo).

Sadržaj: I. Položaj metala u periodnom sistemu. Struktura atoma metala (vidi Dodatak br. 1). Metalne grupe. II. Fizička svojstva metala. III. Koncept legura. IV. Hemijska svojstva mene

Metali- To su elementi koji pokazuju samo pozitivna oksidaciona stanja u svojim jedinjenjima, i to u jednostavnim supstancama koje imaju metalne veze. metalna kristalna rešetka- rešetka koju čine neutralni atomi i metalni joni povezani slobodnim elektronima. Metali imaju atome i pozitivne ione u čvorovima kristalne rešetke. Elektroni koje daruju atomi su u zajedničkom vlasništvu atoma i pozitivnih jona. Takva veza se zove metalik. Za metale su najkarakterističnije sljedeće fizičke osobine: metalni sjaj, tvrdoća, duktilnost, duktilnost i dobra provodljivost topline i električne energije. Toplotna provodljivost i električna provodljivost se smanjuju u nizu metala: Ag Cu Au Al Mg Zn Fe Pb Hg .

Mnogi metali su široko rasprostranjeni u prirodi. Dakle, sadržaj nekih metala u zemljinoj kori je sledeći: aluminijum - 8,2%; gvožđe - 4,1%; kalcijum - 4,1%; natrijum - 2,3%; magnezijum - 2,3%; kalijum - 2,1%; titanijum - 0,56%.

Izvana, metale, kao što znate, karakterizira prvenstveno poseban "metalni" sjaj, koji je posljedica njihove sposobnosti da snažno reflektiraju zrake svjetlosti. Međutim, ovaj sjaj se obično opaža samo kada metal formira kontinuiranu kompaktnu masu. Istina je da magnezijum i aluminij zadržavaju svoj sjaj čak i kada su usitnjeni, ali većina metala, kada su fino podijeljeni, su crne ili tamnosive boje. Tada tipični metali imaju visoku toplotnu i električnu provodljivost, a po svojoj sposobnosti da provode toplotu i struju su istog reda: najbolji provodnici su srebro i bakar, najlošiji olovo i živa. S povećanjem temperature, električna provodljivost se smanjuje, a s padom temperature, naprotiv, raste.

Vrlo važno svojstvo metala je njihova relativno laka mehanička deformabilnost. Metali su duktilni, dobro se kovaju, uvlače u žicu, valjaju u limove itd.

Po gustoći, metali su uvjetno podijeljeni u dvije velike grupe: laki metali, čija gustoća nije veća od 5 g / cm3, i teški metali - svi ostali.

Čestice metala koje su u čvrstom i tekućem stanju povezane su posebnom vrstom hemijske veze - takozvanom metalnom vezom. Određena je istovremenim prisustvom običnih kovalentnih veza između neutralnih atoma i Kulonovom privlačnošću između jona i slobodnih elektrona. Dakle, metalna veza nije svojstvo pojedinačnih čestica, već njihovih agregata.

Hemijska svojstva metala

Interakcija sa jednostavnim supstancama:

1. sa halogenima:

Na+Cl2? 2NaCl

2. sa kiseonikom:

4Al + 3O2 ? 2Al2O3

U reakcijama sa halogenima i kiseonikom, metali najsnažnije pokazuju redukcione sposobnosti.

3. sa sumporom:

4. sa azotom:

3Mg+N2? Mg3N2

5. sa fosforom:

3Ca + 2P? Ca3P2

6. sa vodonikom:

Najaktivniji metali glavnih podgrupa su jaki redukcioni agensi; stoga redukuju vodik u oksidaciono stanje od -1 i formiraju hidride.

Interakcija sa složenim supstancama:

1. sa kiselinama:

2Al +3H2SO4 ? Al2(SO4)3 + 3H2

2Al + 6H + 3SO4 ? 2Al + 3SO4 + 3H2

2Al + 6H? 2Al + 3H2

Metali koji su u elektrohemijskom nizu napona metala prije vodonika obnavljaju vodikove ione iz razrijeđenih kiselina, a oni koji su nakon vodonika obnavljaju atom glavnog elementa koji formira ovu kiselinu.

2. sa vodenim rastvorima soli:

Zn + Pb(NO3)2 ? Zn(NO3)2 + Pb

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

Zn + Pb = Zn + Pb

Prilikom interakcije sa vodenim rastvorima soli, metali koji se nalaze u elektrohemijskom nizu napona metala levo, obnavljaju metale koji se nalaze u ovom redu desno od njih. Međutim, metali sa jakim redukcijskim svojstvima (Li, Na, K, Ca) u ovim uslovima će redukovati vodonik vode, a ne metal odgovarajuće soli.

3. sa vodom:

Najaktivniji metali reaguju sa vodom pod normalnim uslovima, a kao rezultat ovih reakcija nastaju baze rastvorljive u vodi i oslobađa se vodonik.

2Na + 2HOH? 2NaOH + H2

Manje aktivni metali reagiraju s vodom na povišenim temperaturama kako bi se oslobodio vodik i formirao oksid odgovarajućeg metala.

Zn + H2O? ZnO+H2

Karakteristike metala glavne podgrupeIgrupe.

Glavna podgrupa grupe I periodnog sistema je litijum Li, natrijum Na, kalijum K, rubidijum Rb, cezijum Cs i francijum Fr.

Svi alkalni metali imaju jedan s-elektron na spoljašnjem elektronskom sloju, koji se lako gubi tokom hemijskih reakcija, pokazujući oksidaciono stanje od +1. Zbog toga su alkalni metali jaka redukciona sredstva. Radijusi njihovih atoma se povećavaju od litijuma do francija. Elektron vanjskog sloja s povećanjem radijusa atoma je sve dalje i dalje od jezgre, sile privlačenja slabe i, posljedično, povećava se sposobnost vraćanja ovog elektrona, tj. hemijska aktivnost. U elektrohemijskom nizu napona metala, svi alkalni metali su levo od vodonika. Svi alkalni metali u čvrstom stanju su dobri provodnici električne energije. Topljive su, brzo oksidiraju na zraku, pa se skladište bez zraka i vlage, najčešće pod kerozinom. Alkalni metali formiraju spojeve s pretežno jonskom vezom. Oksidi alkalnih metala su čvrste higroskopne tvari koje lako stupaju u interakciju s vodom. U tom slučaju nastaju hidroksidi - čvrste tvari koje su vrlo topljive u vodi. Soli alkalnih metala se u pravilu također dobro otapaju u vodi.

Svi alkalni metali su veoma jaki redukcioni agensi; u jedinjenjima pokazuju jedno oksidaciono stanje od +1. Sposobnost redukcije se povećava u seriji --Li-Na-K-Rb-Cs.
Sva jedinjenja alkalnih metala su jonske prirode.
Gotovo sve soli su rastvorljive u vodi.

1. Aktivno komunicirajte s vodom:

2Na + 2H2O? 2NaOH + H2-
2Li + 2H2O? 2LiOH + H2-

2. Reakcija sa kiselinama:

2Na + 2HCl? 2NaCl + H2

3. Reakcija sa kiseonikom:

4Li + O2 ? 2Li2O (litijum oksid)
2Na+O2? Na2O2 (natrijum peroksid)
K+O2? KO2 (kalijev superoksid)

Na zraku, alkalni metali trenutno oksidiraju. Zbog toga se čuvaju ispod sloja organskih rastvarača (kerozin, itd.).

4. U reakcijama sa drugim nemetalima nastaju binarna jedinjenja:

2Li + Cl2 > 2LiCl(halogenidi)
2Na+S? Na2S (sulfidi)
2Na + H2 > 2NaH(hidridi)
6Li + N2? 2Li3N(nitridi)
2Li + 2C > 2Li2C2 (karbidi)

Reaguje sa alkoholima i halogenim derivatima ugljovodonika (vidi organsku hemiju)

5. Kvalitativna reakcija na katjone alkalnih metala - bojenje plamena u sljedeće boje:

Li+ - karmin crvena
Na+ - žuta
K+, Rb+ i Cs+ - ljubičasta

IIgrupe.

Berilijum Be, magnezijum Mg, kalcijum Ca, stroncijum Sr, barijum Ba i radijum Ra čine glavnu podgrupu Grupe II Periodnog sistema elemenata.

Atomi ovih elemenata imaju dva s-elektrona na vanjskom elektronskom nivou: ns2. In chem. U reakcijama, atomi elemenata podgrupe lako daju oba elektrona vanjskog energetskog nivoa i formiraju spojeve u kojima je oksidacijsko stanje elementa +2.

Svi elementi ove podgrupe pripadaju metalima. Kalcijum, stroncijum, barijum i radijum se nazivaju zemnoalkalni metali.

Ovi metali se ne nalaze u slobodnom stanju u prirodi. Najčešći elementi uključuju kalcijum i magnezijum. Glavni minerali koji sadrže kalcijum su kalcit CaCO3 (njegove vrste su krečnjak, kreda, mermer), anhidrit CaSO4, gips CaSO4 2H2O, fluorit CaF2 i fluorapatit Ca5(PO4)3F. Magnezijum je deo minerala magnezit MgCO3, dolomit MgCO3 CaCo3, karnalit KCl MgCl2 6H2O. Jedinjenja magnezija nalaze se u velikim količinama u morskoj vodi.

Svojstva. Berilijum, magnezijum, kalcijum, barijum i radijum su srebrno beli metali. Stroncijum ima zlatnu boju. Ovi metali su laki, kalcijum, magnezijum i berilijum imaju posebno niske gustine.

Radijum je radioaktivni hemijski element.

Berilijum, magnezijum i posebno zemnoalkalni elementi su reaktivni metali. Oni su jaki redukcioni agensi. Od metala ove podskupine, berilij je nešto manje aktivan, što je posljedica stvaranja zaštitnog oksidnog filma na površini ovog metala.

1. Interakcija sa jednostavnim supstancama. Svi lako stupaju u interakciju s kisikom i sumporom, stvarajući okside i sulfate:

Berilijum i magnezijum reaguju sa kiseonikom i sumporom kada se zagreju, ostali metali - u normalnim uslovima.

Svi metali ove grupe lako reaguju sa halogenima:

Mg + Cl2 = MgCl2

Kada se zagrije, sve reagira s vodikom, dušikom, ugljikom, silicijumom i drugim nemetalima:

Ca + H2 = CaH2 (kalcijum hidrid)

3Mg + N2 = Mg3N2 (magnezijum nitrid)

Ca + 2C = CaC2 (kalcijum karbid)

Kalcijum karibit je bezbojna kristalna supstanca. Tehnički karbit koji sadrži razne nečistoće može biti sive, smeđe, pa čak i crne boje. Kalcijum karbid se razlaže sa vodom i formira gas acetilen C2H2, važan hemijski proizvod. industrija:

CaC2 + 2H2O = CaOH)2 + C2H2

Rastopljeni metali mogu da se kombinuju sa drugim metalima da formiraju intermetalna jedinjenja kao što su CaSn3, Ca2Sn.

2. Interakcija s vodom. Berilijum ne stupa u interakciju sa vodom, jer. Reakcija je spriječena zaštitnim oksidnim filmom na površini metala. Magnezijum reaguje sa vodom kada se zagreje:

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

Preostali metali aktivno stupaju u interakciju s vodom u normalnim uvjetima:

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

3. Interakcija sa kiselinama. Svi stupaju u interakciju sa klorovodičnom i razrijeđenom sumpornom kiselinom uz oslobađanje vodika:

Be + 2HCl = BeCl2 + H2

Razrijeđenu dušičnu kiselinu metali reduciraju uglavnom u amonijak ili amonijev nitrat:

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

U koncentriranim azotnim i sumpornim kiselinama (bez zagrijavanja) berilij pasivizira, ostali metali reagiraju s tim kiselinama.

4. Interakcija sa alkalijama. Berilijum stupa u interakciju sa vodenim rastvorima alkalija da formira kompleksnu so i oslobađa vodik:

Be + 2NaOH + 2H2O = Na2 + H2

Magnezijum i zemnoalkalni metali ne reaguju sa alkalijama.

5. Interakcija sa metalnim oksidima i solima. Magnezijum i zemnoalkalni metali mogu redukovati mnoge metale iz njihovih oksida i soli:

TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2

V2O5 + 5Ca = 2V + 5CaO

Berilijum, magnezijum i zemnoalkalni metali dobijaju se elektrolizom talina njihovih hlorida ili termičkom redukcijom njihovih jedinjenja:

BeF2 + Mg = Be + MgF2

MgO + C = Mg + CO

3CaO + 2Al = 2Ca + Al2O3

3BaO + 2Al = 3Ba + Al2O3

Radijum se dobija u obliku legure sa živom elektrolizom vodenog rastvora RaCl2 sa živinom katodom.

Potvrda:

1) Oksidacija metala (osim Ba, koji stvara peroksid)

2) Termička razgradnja nitrata ili karbonata

CaCO3 -t°? CaO+CO2-

2Mg(NO3)2 -t°? 2MgO + 4NO2- + O2-

Karakteristike elemenata glavne podgrupeIIIgrupe. Aluminijum.

Aluminijum je u glavnoj podgrupi III grupe periodnog sistema. Na vanjskom energetskom nivou atoma aluminija postoje slobodne p-orbitale, što mu omogućava da pređe u pobuđeno stanje. U pobuđenom stanju, atom aluminija formira tri kovalentne veze ili potpuno odustaje od tri valentna elektrona, pokazujući oksidacijsko stanje od +3.

Aluminijum je najčešći metal na Zemlji: njegov maseni udio u zemljinoj kori je 8,8%. Najveći dio prirodnog aluminija je dio aluminosilikata - tvari, čije su glavne komponente oksidi silicija i aluminija.

Aluminijum je lagani srebrno-bijeli metal, topi se na 600°C, vrlo je duktilan, lako se uvlači u žicu i valja u listove i foliju. Što se tiče električne provodljivosti, aluminijum je drugi nakon srebra i bakra.

Interakcija sa jednostavnim supstancama:

1. sa halogenima:

2Al + 3Cl2? 2AlCl3

2. sa kiseonikom:

4Al + 3O2 ? 2Al2O3

3. sa sumporom:

2Al + 3S? Al2S3

4. sa azotom:

Aluminij ne reagira direktno sa vodonikom, ali je njegov AlH3 hidrid dobiven indirektno.

Interakcija sa složenim supstancama:

1. sa kiselinama:

2Al + 6HCl? 2AlCl3 + 3H2

2. sa alkalijama:

2Al + 2NaOH + 6H2O ? 2Na + 3H2

Ako je NaOH u čvrstom stanju:

2Al + 2NaOH + 6H2O ? 2NaAlO2 + 3H2

3. sa vodom:

2Al + 6H2O? 2Al(OH)3 + 3H2

Svojstva aluminijum oksida i hidroksida :

Aluminijum oksid, ili glinica, Al2O3 je bijeli prah. Aluminijum oksid se može dobiti sagorevanjem metala ili kalcinacijom aluminijum hidroksida:

2Al(OH)3? Al2O3 + 3H2O

Aluminijum oksid je praktično nerastvorljiv u vodi. Hidroksid Al (OH) 3 koji odgovara ovom oksidu dobija se dejstvom amonijum hidroksida ili rastvora alkalija, uzetih u nedostatku, na rastvore soli aluminijuma:

AlCl3 + 3NH3 H2O ? Al(OH)3? + 3NH4Cl

Oksid i hidroksid ovog metala su amfoterni, tj. pokazuju i bazična i kisela svojstva.

Osnovna svojstva:

Al2O3 + 6HCl? 2AlCl3 + 3H2O

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

Kisela svojstva:

Al2O3 + 6KOH +3H2O ? 2K3

2Al(OH)3 + 6KOH? K3

Al2O3 + 2NaOH? 2NaAlO2 + H2O

Aluminij se proizvodi elektrolitičkom metodom. Ne može se izolovati iz vodenih rastvora soli, jer je veoma aktivan metal. Stoga je glavna industrijska metoda za dobivanje metalnog aluminija elektroliza taline koja sadrži aluminijev oksid i kriolit.

Metalni aluminijum ima široku primenu u industriji, po proizvodnji zauzima drugo mesto posle gvožđa. Najveći dio aluminija ide za proizvodnju legura:

Duralumin je legura aluminijuma koja sadrži bakar i male količine magnezijuma, mangana i drugih komponenti. Duralumini su lagane, čvrste legure otporne na koroziju. Koristi se u vazduhoplovstvu i mašinstvu.

Magnalin je legura aluminijuma i magnezijuma. Koristi se u vazduhoplovstvu i mašinstvu, u građevinarstvu. Otporan na koroziju u morskoj vodi, pa se koristi u brodogradnji. Silumin je legura aluminijuma koja sadrži silicijum. Dobro za kasting. Ova legura se koristi u automobilskoj, avionskoj i mašinskoj industriji, proizvodnji preciznih instrumenata. Aluminij je duktilni metal, pa se koristi za izradu tanke folije koja se koristi u proizvodnji radiotehničkih proizvoda i za pakovanje robe. Žice su od aluminijuma, srebrne boje.

prelazni metali.

Iron.

U periodnom sistemu gvožđe je u četvrtom periodu, u sekundarnoj podgrupi grupe VIII.

Serijski broj je 26, elektronska formula je 1s2 2s2 2p6 3d6 4s2.

Valentni elektroni atoma željeza nalaze se na posljednjem sloju elektrona (4s2) i pretposljednjem (3d6). U hemijskim reakcijama, gvožđe može donirati ove elektrone i pokazati oksidaciona stanja od +2, +3, a ponekad i +6.

Gvožđe je drugi najčešći metal u prirodi (posle aluminijuma). Najvažnija prirodna jedinjenja su: Fe2O3 3H2O - smeđa gvozdena ruda; Fe2O3 - crvena gvozdena ruda; Fe3O4 (FeO Fe2O3) - magnetna ruda gvožđa; FeS2 - gvozdeni pirit (pirit Jedinjenja gvožđa su uključena u sastav živih organizama.

Gvožđe je srebrno sivi metal, ima veliku savitljivost, duktilnost i jaka magnetna svojstva. Gustina gvožđa je 7,87 g/cm3, tačka topljenja je 1539C.

U industriji se željezo dobija redukcijom iz željeznih ruda ugljikom (koksom) i ugljičnim monoksidom (II) u visokim pećima. Hemija procesa domene je sljedeća:

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2,

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2,

FeO + CO = Fe + CO2.

U reakcijama, željezo je redukcijski agens. Međutim, na normalnoj temperaturi ne stupa u interakciju čak ni s najaktivnijim oksidantima (halogeni, kisik, sumpor), ali kada se zagrije, postaje aktivan i reagira s njima:

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 Gvožđe (III) hlorid

3Fe + 2O2 = Fe3O4 (FeO Fe2O3) Gvozdeni oksid (II, III)

Fe + S = FeS Gvožđe(II) sulfid

Na veoma visokim temperaturama, gvožđe reaguje sa ugljenikom, silicijumom i fosforom:

3Fe + C = Fe3C Željezni karbid (cementit)

3Fe + Si = Fe3Si Željezni silicid

3Fe + 2P = Fe3P2 Gvožđe(II) fosfid

U vlažnom zraku željezo brzo oksidira (korodira):

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

Gvožđe se nalazi u sredini elektrohemijskog niza napona metala, stoga je metal srednje aktivnosti. Redukciona sposobnost gvožđa je manja od sposobnosti alkalnih, zemnoalkalnih metala i aluminijuma. Samo pri visokim temperaturama vruće gvožđe reaguje sa vodom:

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2

Gvožđe reaguje sa razblaženom sumpornom i hlorovodoničnom kiselinom, istiskujući vodik iz kiselina:

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2

Na uobičajenim temperaturama, željezo ne stupa u interakciju s koncentriranom sumpornom kiselinom, jer se njome pasivira. Kada se zagrije, koncentrirani H2SO4 oksidira željezo u željezo (III) sulfit:

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

Razrijeđena dušična kiselina oksidira željezo u željezo(III) nitrat:

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

Koncentrirana dušična kiselina pasivira željezo.

Iz otopina soli željezo istiskuje metale koji se nalaze desno od njega u elektrohemijskom nizu napona:

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

Gvožđe(II) oksid FeO - crna kristalna supstanca, nerastvorljiva u vodi. Gvozdeni oksid (II) se dobija redukcijom oksida gvožđa (II, III) ugljen monoksidom (II):

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2.

Gvozdeni oksid (II) - glavni oksid, lako reaguje sa kiselinama, sa stvaranjem soli gvožđa (II):

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

Gvožđe(II) hidroksid Fe(OH)2 - bijeli prah, nerastvorljiv u vodi. Dobija se iz soli gvožđa (II) interakcijom sa alkalijama:

FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2 + Na2SO4,

Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2.

Gvožđe hidroksid (II) Fe (OH) 2 ispoljava svojstva baze, lako reaguje sa kiselinama:

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

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

Kada se zagreje, gvožđe (II) hidroksid se razlaže:

Fe(OH)2 = FeO + H2O.

Jedinjenja sa stanjem oksidacije gvožđa od +2 pokazuju redukciona svojstva, budući da se Fe2+ lako oksidira u Fe+3:

Fe+2 - 1e = Fe+3

Dakle, svježe dobijeni zelenkasti talog Fe (OH) 2 u zraku vrlo brzo mijenja boju - postaje smeđi. Promjena boje se objašnjava oksidacijom Fe (OH) 2 u Fe (OH) 3 atmosferskim kisikom:

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

Gvožđe(III) oksid Fe 2 O 3 - smeđi prah, nerastvorljiv u vodi. Gvozdeni oksid (III) se dobija:

A) raspadanje gvožđe (III) hidroksida:

2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

B) oksidacija pirita (FeS2):

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

Gvožđe oksid (III) pokazuje amfoterna svojstva:

A) reaguje sa čvrstim alkalijama NaOH i KOH i sa natrijevim i kalijevim karbonatima na visokoj temperaturi:

Fe2O3 + 2NaOH = 2NaFeO2 + H2O,

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

Fe2O3 + Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2.

natrijum ferit

Gvožđe(III) hidroksid dobiveni iz soli željeza (III) kada su u interakciji sa alkalijama:

FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaCl,

Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3.

Gvožđe hidroksid (III) je slabija baza od Fe (OH) 2, i ispoljava amfoterna svojstva (sa prevlašću baznih). U interakciji s razrijeđenim kiselinama, Fe (OH) 3 lako stvara odgovarajuće soli:

Fe(OH)3 + 3HCl FeCl3 + H2O

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

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

Reakcije s koncentriranim otopinama alkalija odvijaju se samo uz produženo zagrijavanje.

Jedinjenja sa oksidacionim stanjem gvožđa od +3 pokazuju oksidaciona svojstva, jer se pod dejstvom redukcionih sredstava Fe + 3 pretvara u Fe + 2:

Fe+3 + 1e = Fe+2.

Tako, na primjer, željezo (III) hlorid oksidira kalijev jodid u slobodni jod:

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

Chromium.

Hrom je u sporednoj podgrupi VI grupe periodnog sistema. Struktura elektronske ljuske hroma: Cr3d54s1.

Maseni udio hroma u zemljinoj kori je 0,02%. Najvažniji minerali koji sačinjavaju rude hroma su kromit, odnosno kromova željezna ruda i njegove varijante, u kojima je željezo djelomično zamijenjeno magnezijem, a krom aluminijem.

Hrom je srebrno sivi metal. Čisti hrom je prilično duktilan, dok je tehnički hrom najtvrđi od svih metala.

Krom je hemijski neaktivan. U normalnim uslovima, reaguje samo sa fluorom (iz nemetala), formirajući mešavinu fluorida. Na visokim temperaturama (iznad 600°C) stupa u interakciju sa kiseonikom, halogenima, azotom, silicijumom, borom, sumporom, fosforom:

4Cr + 3O2 -t°? 2Cr2O3

2Cr + 3Cl2 -t°? 2CrCl3

2Cr + N2 -t°? 2CrN

2Cr + 3S -t°? Cr2S3

U dušičnoj i koncentriranoj sumpornoj kiselini pasivizira se, prekrivajući se zaštitnim oksidnim filmom. Otapa se u hlorovodoničkoj i razrijeđenoj sumpornoj kiselini, a ako se kiselina potpuno oslobodi otopljenog kisika, dobivaju se soli hroma (II), a ako se reakcija odvija na zraku, soli hroma (III):

Cr+2HCl? CrCl2 + H2-

2Cr + 6HCl + O2 ? 2CrCl3 + 2H2O + H2-

Krom(II) oksid i hrom(II) hidroksid su bazične prirode.

Cr(OH)2 + 2HCl? CrCl2 + 2H2O

Jedinjenja hroma(II) su jaka redukciona sredstva; prelaze u jedinjenja hroma (III) pod dejstvom atmosferskog kiseonika.

2CrCl2 + 2HCl? 2CrCl3 + H2-

4Cr(OH)2 + O2 + 2H2O ? 4Cr(OH)3

Trovalentna jedinjenja hroma

Krom oksid (III) Cr2O3 je zeleni prah nerastvorljiv u vodi. Može se dobiti kalciniranjem hrom (III) hidroksida ili kalijum i amonijum dihromata:

2Cr(OH)3 -t°? Cr2O3 + 3H2O

4K2Cr2O7 -t°? 2Cr2O3 + 4K2CrO4 + 3O2-

(NH4)2Cr2O7 -t°? Cr2O3 + N2-+ 4H2O-

amfoterni oksid. Kada se Cr2O3 spoji sa alkalijama, sodom i kiselim solima, dobijaju se jedinjenja hroma sa stepenom oksidacije (+3):

Cr2O3 + 2NaOH? 2NaCrO2 + H2O

Cr2O3 + Na2CO3 ? 2NaCrO2 + CO2-

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

Kada se stapa sa mješavinom alkalija i oksidacijskog sredstva, spojevi hroma se dobijaju u oksidacionom stanju (+6):

2Cr2O3 + 4KOH + KClO3 ? 2K2Cr2O7 (kalijev dikromat) + KCl + 2H2O

Krom hidroksid (III) Cr(OH)3 je zelena supstanca nerastvorljiva u vodi.

Cr2(SO4)3 + 6NaOH ?2Cr(OH)3Í̈ + 3Na2SO4

Ima amfoterna svojstva - rastvara se i u kiselinama i u lužinama:

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

Cr(OH)3 + KOH? K

Krom oksid (VI) CrO3 - jarko crveni kristali, rastvorljivi u vodi.

Pripremljen od kalijum hromata (ili dihromata) i H2SO4 (konc.).

K2CrO4 + H2SO4 ? CrO3 + K2SO4 + H2O

K2Cr2O7 + H2SO4 ? 2CrO3 + K2SO4 + H2O

CrO3 - kiseli oksid, formira žute hromate CrO42- sa alkalijama:

CrO3 + 2KOH? K2CrO4 + H2O

U kiseloj sredini hromati se pretvaraju u narandžaste dihromate Cr2O72-:

2K2CrO4 + H2SO4 ? K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O

U alkalnom okruženju, ova reakcija se odvija u suprotnom smjeru:

K2Cr2O7 + 2KOH? 2K2CrO4 + H2O

Sva jedinjenja hroma (VI) su jaki oksidanti.

4CrO3 + 3S? 3SO2- + 2Cr2O3

Bakar.

Bakar je u sekundarnoj podgrupi I grupe periodnog sistema. Struktura elektronskih omotača atoma elemenata ove podgrupe izražava se formulom (n-1)d10ns1. Na vanjskom energetskom nivou atoma postoji jedan elektron, međutim, u formiranju hemikalije. veze, mogu učestvovati i elektroni sa d-podnivoa pretposljednjeg nivoa. Zbog toga mogu pokazivati oksidaciona stanja +1, +2, +3; za bakar su jedinjenja sa oksidacionim stanjem +2 najstabilnija.

Bakar je meki duktilni metal ružičasto-crvene boje. Ima visoku električnu provodljivost.

Bakar je hemijski neaktivan metal. Reaguje sa kiseonikom samo kada se zagreje:

Ne reaguje sa vodom, rastvorima alkalija, hlorovodoničnom i razblaženom sumpornom kiselinom. Bakar se rastvara u kiselinama, koje su jaki oksidanti:

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

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

U vlažnoj atmosferi koja sadrži ugljični dioksid, površina bakra je obično prekrivena zelenkastim premazom bazičnog bakrovog karbonata:

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

Bakar (II) oksid CuO - crna tvar, može se dobiti iz jednostavnih supstanci ili zagrijavanjem bakrovog (II) hidroksida:

Cu(OH)2 = CuO + H2O

Bakar (II) hidroksid je plavo jedinjenje, slabo rastvorljivo u vodi. Lako rastvorljiv u kiselinama i kada se zagreva u koncentrisanim alkalnim rastvorima, tj. pokazuje svojstva amfoternog hidroksida:

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

Cu(OH)2 + 2KOH = K2

Najveći dio proizvedenog bakra koristi se u elektroindustriji. U velikim količinama, bakar se koristi u proizvodnji legura.

Cink.

Cink je u sekundarnoj podgrupi grupe II. Atomi elemenata ove podgrupe imaju sljedeću elektronsku ljusku: (n-1)s2p6d10ns2. U jedinjenjima pokazuju oksidacijsko stanje od +2.

Cink je srebrno bijeli metal. Ima dobru električnu i toplotnu provodljivost. U zraku je cink prekriven zaštitnim filmom od oksida i hidroksida, što slabi njegov metalni sjaj.

Cink je reaktivan metal. Kada se zagrije, lako stupa u interakciju s nemetalima (sumpor, hlor, kiseonik):

Rastvorljiv u razrijeđenim i koncentriranim kiselinama HCl, H2SO4, HNO3 i u vodenim otopinama alkalija:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

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

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2 + H2

Cink oksid je bijela tvar, praktično nerastvorljiva u vodi. Cink oksid i hidroksid su amfoterna jedinjenja; reaguju sa kiselinama i alkalijama:

ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O

ZnO + 2KOH + H2O = K2

Cink hidroksid se otapa u vodenom rastvoru amonijaka, formirajući kompleksno jedinjenje:

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

Prilikom primanja cinka, njegove rude se podvrgavaju prženju:

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2

ZnO + C = Zn + CO

Da bi se dobio čistiji metal, cink oksid se rastvara u sumpornoj kiselini i izoluje elektrolizom.

Cink se koristi za pravljenje legura. Cink se nanosi na proizvode od čelika i lijevanog željeza kako bi ih zaštitio od korozije.

Koncept legura.

Kristalna struktura legura je na mnogo načina slična čistim metalima, koji u interakciji jedni s drugima tokom topljenja i naknadne kristalizacije formiraju: a) hemijska jedinjenja koja se nazivaju intermetalna jedinjenja; b) čvrsti rastvori; c) mehanička mješavina komponentnih kristala.

Ova ili ona vrsta interakcije određena je odnosom energije interakcije heterogenih i homogenih čestica sistema, odnosno odnosom energija interakcije atoma u čistim metalima i legurama.

Međutim, neke nečistoće smanjuju kvalitetu metala i legura. Poznato je, na primjer, da liveno željezo (legura željeza i ugljika) nema snagu i tvrdoću koje su karakteristične za čelik. Osim ugljika, na svojstva čelika utječe i dodatak sumpora i fosfora, koji povećavaju njegovu lomljivost.

Među svojstvima legura za praktičnu upotrebu najvažnije su otpornost na toplotu, otpornost na koroziju, mehanička čvrstoća itd. Za vazduhoplovstvo su od velikog značaja lake legure na bazi magnezijuma, titana ili aluminijuma, za metaloprerađivačku industriju - specijalne legure koje sadrže volfram. , kobalt, nikl. U elektronskoj tehnologiji koriste se legure čija je glavna komponenta bakar. Magneti za teške uslove rada dobijeni su od proizvoda interakcije kobalta, samarija i drugih rijetkih zemnih elemenata, te legura supravodljivih na niskim temperaturama - na bazi intermetalnih spojeva formiranih od niobija sa kalajem itd.

Visokokvalitetna proizvodnja metalnih proizvoda u Moskvi na savremenim mašinama.

Plan predavanja

1. Položaj metala u periodnom sistemu.

2. Osobine elektronske strukture njihovih atoma.

3. Metalna hemijska veza.

4. Fizička svojstva metala

5. Hemijska svojstva metala.

6. Metode dobijanja metala.

1. Osobine elektronske strukture metala.

Metali su hemijski elementi čiji atomi doniraju elektrone iz vanjskog (i ponekad pre-spoljnog) elektronskog sloja, pretvarajući se u pozitivne jone. Metali - redukcioni agensi Me 0 - ne \u003d Me n + . To je zbog malog broja elektrona u vanjskom sloju (uglavnom 1 - 3), velikog radijusa atoma, zbog čega se ovi elektroni slabo zadržavaju s jezgrom.

2. Položaj metala u PSCE-u.

Lako je uočiti da su većina PSCE elemenata metali (92 od 114).

Metali se nalaze u donjem lijevom uglu PSCE-a. To su svi elementi koji se nalaze ispod dijagonale B - A t , čak i oni sa 4 elektrona na vanjskom sloju ( Je, Sn, Pb), 5 elektrona (Sb, Di), 6 elektrona (Po ), budući da imaju veliki radijus. Među njima su s i p -elementi - metali glavnih podgrupa, kao i d i f metali koji formiraju sekundarne podgrupe.

U skladu sa mestom koje zauzimaju u periodnom sistemu, razlikuju se prelazni metali (elementi sekundarnih podgrupa) i neprelazni metali (elementi glavnih podgrupa). Metale glavnih podgrupa odlikuje činjenica da u njihovim atomima dolazi do uzastopnog popunjavanja elektronskih s- i p-podnivoa. U atomima metala sekundarnih podgrupa, d- i f-podnivoi su završeni.

Obrasci u promjeni svojstava elemenata - metala.

Znakovi poređenja

U glavnoj podgrupi

U periodu

Broj elektrona na vanjskom sloju

se ne mijenja

povećava

Radijus atoma

povećava

smanjuje se

Elektronegativnost

smanjuje se

povećava

Restorativna svojstva

intenzivirati

smanjiti

Svojstva metala

intenzivirati

smanjiti

Za elemente - metale sekundarnih podgrupa, svojstva su malo drugačija.

U bočnim podgrupama ( Cu, Ag, Au) - aktivnost b elementi - metalne kapi. Ovaj obrazac se takođe primećuje u elementima druge sekundarne podgrupe Zn, Cd, Hg . Za elemente sekundarnih podgrupa - to su elementi od 4-7 perioda - s povećanjem rednog elementa, polumjer atoma će se malo promijeniti, a vrijednost naboja jezgra značajno se povećava, stoga, snaga veza valentnih elektrona sa jezgrom se povećava, svojstva redukcije slabe.

3. Metalna hemijska veza. Kristalne rešetke.

Komunikacija u metalima između ("atom-jona") kroz (veliki broj mobilnih elektrona koji nisu povezani s jezgrama) pozvao (metalna veza).

Svi metali su kristalna tijela koja imaju određenu vrstu kristalne rešetke, koja se sastoji od niskopokretnih pozitivno nabijenih jona, između kojih se kreću slobodni elektroni (tzv. elektronski gas). Ova vrsta strukture se zove metalna veza.

Tip rešetke je određen oblikom elementarnog geometrijskog tijela, čije višestruko ponavljanje duž tri prostorne ose formira rešetku datog kristalnog tijela.

Hajde da sumiramo informacije o vrsti hemijske veze koju formiraju atomi metala i strukturi kristalne rešetke:

Relativno mali broj elektrona istovremeno veže mnoge jezgre, veza se dekolizira;

Valentni elektroni se slobodno kreću po komadu metala, koji je općenito električno neutralan;

Metalna veza nema usmjerenost i zasićenost.

4. Fizička svojstva metala

U skladu sa ovom strukturom, metali se odlikuju zajedničkim fizičkim svojstvima.

ALI) tvrdoća Svi metali osim žive su čvrste materije u normalnim uslovima. Najblaži su natrijum, kalijum. Mogu se rezati nožem; najtvrđi hrom - grebe staklo.

B) gustina. Metali se dijele na meke (5g/cm³) i teške (manje od 5g/cm³).

AT) topljivost. Metali se dijele na topive i vatrostalne.

G) električna provodljivost, toplotna provodljivost metali zbog njihove strukture. Elektroni koji se haotično kreću pod uticajem električnog napona dobijaju usmereno kretanje, što rezultira električnom strujom.

S povećanjem temperature, amplituda kretanja atoma i iona koji se nalaze u čvorovima kristalne rešetke naglo raste, a to ometa kretanje elektrona, a električna vodljivost metala se smanjuje.

D) metalni sjaj- Elektroni koji ispunjavaju međuatomski prostor reflektiraju svjetlosne zrake, a ne prenose se kao staklo. Stoga svi metali u kristalnom stanju imaju metalni sjaj. Za većinu metala svi zraci vidljivog dijela spektra su podjednako raspršeni, pa imaju srebrnobijelu boju. Samo zlato i bakar u velikoj meri apsorbuju kratke talasne dužine i reflektuju duge talasne dužine spektra svetlosti, pa imaju žutu boju. Najsjajniji metali su živa, srebro, paladijum. Svi metali u prahu osim Al i Mg , gube sjaj i crne su ili tamnosive boje.

E) plastika. Mehanički učinak na kristal s metalnom rešetkom uzrokuje samo pomicanje slojeva atoma i nije praćen prekidom veze, pa se metal odlikuje visokom plastičnošću.

Neki metali, kao što su gvožđe, titan, kalaj, itd., mogu da promene kristalnu strukturu kada dostignu određene temperature. Ovaj fenomen je imenovan alotropija ili polimorfizam, a sami prijelazi iz jedne kristalne strukture u drugu nazivaju se alotropnim ili polimorfnim.

5.
Hemijska svojstva metala.

Niz napona karakteriše hemijska svojstva metala: što je niži elektrodni potencijal metala, to je veća njegova redukciona sposobnost.

A) Interakcija sa nemetalima ( u nazivima dobijenih supstanci, završetak

-ides)

2Mg 0 + O 2 0 ->2Mg 2+ O 2- (vl id magnezijum)

Fe 0 + S 0 -> Fe 2+ S 2- (sulf idžlezda II)

B) Interakcija sa vodom. Većina aktivni metali reagiraju s vodom pod normalnim uvjetima, a kao rezultat ovih reakcija nastaju baze rastvorljive u vodi i oslobađa se vodik

2 N / A + 2 HOH = 2 NaOH + H2

2 Li 0 +2 H 2 + O 2– -> 2 Li + O 2- H + + H 2 0

Manje aktivni metali reagiraju s vodom na povišenoj temperaturi kako bi se oslobodio vodik i formirao oksid odgovarajućeg metala Zn + H 2 O \u003d ZnO + H 2

C) Interakcija sa kiselim rastvorima. Javlja se kada su ispunjeni određeni uslovi

· Metal treba biti lijevo u nizu metalnih napona;

· Alkalni metali se ne preporučuju za ove reakcije, jer reagiraju s vodom u kiseloj otopini;

· Koncentrirane dušične i sumporne kiseline na poseban način stupaju u interakciju s metalima;

2H + Cl - + Zn0 → Zn 2+ Cl 2 - + H 2 0

D) Interakcija sa rastvorima soli. U ovom slučaju su ispunjeni sljedeći uslovi

· Metal mora biti u nizu napona lijevo od metala koji formira sol;

· Kao rezultat reakcije, mora se formirati topljiva sol, inače će metal biti prekriven talogom i pristup kiseline metalu će se zaustaviti;

· Alkalni metali se ne preporučuju za ove reakcije, jer reaguju sa vodom u rastvoru soli;

Fe 0 + Cu 2+ Cl 2 - → Fe 2+ Cl 2 - + Cu 0

E) Interakcija sa alkalijama (samo amfoterne)

Be + 2NaOH + 2H 2 O \u003d Na 2 + H 2

Magnezijum i zemnoalkalni metali ne reaguju sa alkalijama.

E) Interakcija sa metalnim oksidima (metalotermija).

Neki aktivni metali mogu istisnuti druge metale iz svojih oksida kada se smjesa zapali.

2Al 0 +Fe 2 O 3 = Al 2 O 3 +2 Fe 0

G) Korozija(o tome će se raspravljati u drugoj lekciji).

6. Metode dobijanja metala

Postoji nekoliko glavnih načina za dobijanje - metali.
a)Pirometalurgija - to je proizvodnja metala iz njihovih jedinjenja na visokim temperaturama uz pomoć raznih redukcionih agenasa (C, CO, H 2, Al, Mg itd.).

Iz njihovih oksida ugljik ili ugljični monoksid (II)
ZnO + C \u003d Zn + CO
Fe 2 O 3 + ZSO \u003d 2Fe + ZSO 2
- vodonik
WO 3 + 3H 2 \u003d W + 3H 2 O
CoO + H 2 \u003d Co + H 2 O
- aluminotermiju
4Al + ZMnO 2 \u003d 2A1 2 O 3 + ZMn
b) Hidrometalurgija - ovo je proizvodnja metala, koja se sastoji od dva procesa: prvo, prirodno jedinjenje metala (oksid) se otapa u kiselini, zbog čega se dobiva metalna sol. Zatim, iz rezultirajuće otopine, traženi metal se zamjenjuje aktivnijim metalom. Na primjer:

CuO + H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + H 2 O,

CuSO 4 + Zn \u003d ZnSO 4 + Cu.

Pečenje metalnih sulfida i naknadna redukcija nastalih oksida (na primjer, ugljenom):
2ZnS + ZO 2 \u003d 2ZnO + 2SO 2
ZnO + C = CO + Zn
u) Elektrometalurgija - ovo je proizvodnja metala elektrolizom rastvora ili talina njihovih jedinjenja. U ovom slučaju, ulogu redukcionog sredstva igra električna struja.

CuCl 2 → Cu 2 + 2Cl -
Katoda (oporavak): Cu 2+ - 2e - = Cu 0

Anoda (oksidacija): 2Cl - - 2e - = Sl°2

test pitanja

1. Gdje se nalaze metali u periodnom sistemu hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva?

2. Koje su karakteristike strukture atoma metala?
3. Koja je razlika u strukturi vanjskog energetskog nivoa metala i nemetala?
4. Koliko vanjskih elektrona imaju atomi metala glavne i sekundarne podgrupe?
5. U kojim oblicima se metali mogu naći u prirodi?
6. Kako je uređena kristalna rešetka metala?
7. Koja su fizička svojstva metala?

8. Kako se metali mogu dobiti iz njihovih jedinjenja?
9. Kako se atomi metala ponašaju u hemijskim reakcijama i zašto?
10. Koja svojstva – oksidaciona sredstva ili redukciona sredstva – metali pokazuju u hemijskim reakcijama?
11. Recite nam o elektrohemijskom nizu napona metala.
12. Navedite reakcije u koje metali mogu ući.
13. Kakav je značaj metala u životu ljudi?

Ogromna većina (93 od 117) trenutno poznatih hemijskih elemenata su metali.
Atomi različitih metala imaju mnogo zajedničkog u strukturi, a jednostavne i složene supstance koje formiraju imaju slična svojstva (fizička i hemijska).

Položaj u periodnom sistemu i struktura atoma metala.

U periodnom sistemu, metali se nalaze lijevo i ispod uslovne izlomljene linije koja prolazi od bora do astatina (vidi tabelu ispod). Metali uključuju skoro sve s-elemente (sa izuzetkom H, He), oko polovine R-elementi, sve d- i f-elementi ( lantanidi i aktinidi).

Većina atoma metala ima mali broj (do 3) elektrona na vanjskom energetskom nivou, samo neki atomi p-elemenata (Sn, Pb, Bi, Po) imaju više (od četiri do šest). Valentni elektroni atoma metala su slabo (u poređenju sa atomima nemetala) vezani za jezgro. Stoga atomi metala relativno lako doniraju ove elektrone drugim atomima, djelujući u kemijskim reakcijama samo kao redukcijski agensi i istovremeno se pretvarajući u pozitivno nabijene katione:

Ja - ne - \u003d Me n +.

Za razliku od nemetala, za atome metala karakteristična su samo pozitivna oksidaciona stanja od +1 do +8.

Lakoća s kojom atomi metala doniraju svoje valentne elektrone drugim atomima karakterizira redukcijsku aktivnost datog metala. Što se atom metala lakše odrekne svojih elektrona, to je jači kao redukcijski agens. Ako metale rasporedimo u red prema smanjenju njihove redukcijske sposobnosti u vodenim rastvorima, dobijamo poznato serije pomaka metala, koji se još naziva i elektrohemijski niz napona (ili aktivnosti u blizini) metali (vidi tabelu ispod).

Prevalencija mmetala u prirodi.

Prva tri najčešća metala u zemljinoj kori (ovo je površinski sloj naše planete debljine oko 16 km) uključuju aluminijum, gvožđe i kalcijum. Manje uobičajeni su natrijum, kalijum i magnezijum. Donja tabela prikazuje masene udjele nekih metala u zemljinoj kori.

gvožđe i kalcijum. Manje uobičajeni su natrijum, kalijum i magnezijum. Donja tabela prikazuje masene udjele nekih metala u zemljinoj kori.

Rasprostranjenost metala u zemljinoj kori

Metal		Metal	Maseni udio u zemljinoj kori,%
Al	8,8	Cr	8,3 ∙ 10 -3
Fe	4,65	Zn	8,3 ∙ 10 -3
Ca	3,38	Ni	8 ∙ 10 -3
N / A	2,65	Cu	4,7 ∙ 10 -3
K	2,41	Pb	1,6 ∙ 10 -3
mg	2,35	Ag	7 ∙ 10 -6
Ti	0,57	hg	1,35 ∙ 10 -6
Mn	0,10	Au	5 ∙ 10 -8

Zovu se elementi čiji je maseni udio u zemljinoj kori manji od 0,01%. rijetko. Rijetki metali uključuju, na primjer, sve lantanoide. Ako se neki element ne može koncentrirati u zemljinoj kori, odnosno ne stvara vlastite rude, već se javlja kao mješavina s drugim elementima, onda se klasificira kao rasuti elementi. Raspršeni su, na primjer, sljedeći metali: Sc, Ga, In, Tl, Hf.

40-ih godina XX veka. To su predložili njemački naučnici Walter i Ida Nolla. da svaka kaldrma na pločniku sadrži sve hemijske elemente periodnog sistema. U početku su ove riječi naišle na daleko od jednoglasno odobravanje njihovih kolega. Međutim, kako se pojavljuju sve preciznije metode analize, naučnici su sve više uvjereni u istinitost ovih riječi.

Pošto su svi živi organizmi u bliskom kontaktu sa okolinom, onda svaki od njih mora sadržavati, ako ne sve, onda većinu hemijskih elemenata periodnog sistema. Na primjer, u tijelu odrasle osobe maseni udio neorganskih tvari iznosi 6%. Od metala u ovim jedinjenjima nalaze se Mg, Ca, Na, K. Mnogi enzimi i druga biološki aktivna organska jedinjenja u našem organizmu sadrže V, Mn, Fe, Cu, Zn, Co, Ni, Mo, Cr i neke druge metale. .

Tijelo odrasle osobe sadrži u prosjeku oko 140 g jona kalija i oko 100 g jona natrijuma. Uz hranu dnevno unosimo od 1,5 g do 7 g jona kalijuma i od 2 g do 15 g jona natrijuma. Potreba za jonima natrijuma je tolika da se moraju posebno dodavati u hranu. Značajan gubitak jona natrijuma (u obliku NaCl sa urinom i znojem) negativno utiče na zdravlje ljudi. Stoga, po vrućem vremenu, liječnici preporučuju pijenje mineralne vode. Međutim, višak soli u hrani negativno utiče na rad naših unutrašnjih organa (prvenstveno srca i bubrega).

Morate omogućiti JavaScript da biste glasali

Svojstva hemijskih elemenata omogućavaju im da se kombinuju u odgovarajuće grupe. Na ovom principu stvoren je periodični sistem koji je promijenio ideju o postojećim supstancama i omogućio pretpostavku postojanja novih, ranije nepoznatih elemenata.

U kontaktu sa

Periodični sistem Mendeljejeva

Periodični sistem hemijskih elemenata sastavio je D. I. Mendeljejev u drugoj polovini 19. veka. Šta je to i zašto je potrebno? On kombinuje sve hemijske elemente po rastućoj atomskoj težini, a svi su raspoređeni tako da se njihova svojstva periodično menjaju.

Mendeljejevljev periodični sistem doveo je u jedan sistem sve postojeće elemente koji su se ranije smatrali jednostavno odvojenim supstancama.

Na osnovu njegovog proučavanja, nove hemikalije su predviđene i potom sintetizovane. Značaj ovog otkrića za nauku ne može se precijeniti., bila je daleko ispred svog vremena i dala je podsticaj razvoju hemije dugi niz decenija.

Postoje tri najčešće opcije stola, koje se konvencionalno nazivaju "kratki", "dugi" i "ekstra dugi". ». Glavni sto se smatra dugačkim stolom zvanično odobreno. Razlika između njih je raspored elemenata i dužina perioda.

Šta je period

Sistem sadrži 7 perioda. Oni su grafički predstavljeni kao horizontalne linije. U ovom slučaju, period može imati jedan ili dva reda, koji se nazivaju redovi. Svaki sljedeći element razlikuje se od prethodnog povećanjem nuklearnog naboja (broja elektrona) za jedan.

Jednostavno rečeno, tačka je horizontalni red u periodnom sistemu. Svaki od njih počinje metalom i završava inertnim plinom. Zapravo, ovo stvara periodičnost - svojstva elemenata se mijenjaju u jednom periodu, ponavljajući se u sljedećem. Prvi, drugi i treći period su nepotpuni, nazivaju se malim i sadrže 2, 8 i 8 elemenata. Ostali su kompletni, imaju po 18 elemenata.

Šta je grupa

Grupa je vertikalni stupac, koji sadrži elemente sa istom elektronskom strukturom ili, jednostavnije, sa istim višim . Službeno odobrena dugačka tablica sadrži 18 grupa koje počinju alkalnim metalima i završavaju inertnim plinovima.

Svaka grupa ima svoje ime, što olakšava pronalaženje ili klasifikaciju elemenata. Metalna svojstva su poboljšana bez obzira na element u smjeru odozgo prema dolje. To je zbog povećanja broja atomskih orbita - što ih je više, to su elektronske veze slabije, što kristalnu rešetku čini izraženijom.

Metali u periodnom sistemu

Metali u tabeli Mendeljejev ima dominantan broj, njihova lista je prilično opsežna. Karakteriziraju ih zajedničke karakteristike, heterogene su po svojstvima i podijeljene su u grupe. Neki od njih imaju malo zajedničkog s metalima u fizičkom smislu, dok drugi mogu postojati samo djeliće sekunde i apsolutno ih nema u prirodi (barem na planeti), jer su stvoreni, tačnije proračunati i potvrđeni u laboratorijskim uslovima, veštački. Svaka grupa ima svoje karakteristike, ime se prilično uočljivo razlikuje od ostalih. Ova razlika je posebno izražena u prvoj grupi.

Položaj metala

Kakav je položaj metala u periodnom sistemu? Elementi su raspoređeni povećanjem atomske mase, odnosno broja elektrona i protona. Njihova svojstva se periodično mijenjaju, tako da nema urednog postavljanja jedan na jedan u tabeli. Kako odrediti metale i da li je to moguće učiniti prema periodnom sistemu? Da bi se pitanje pojednostavilo, izmišljen je poseban trik: uslovno, dijagonalna linija se povlači od Bora do Polonija (ili do Astatina) na spojevima elemenata. Oni na lijevoj strani su metali, oni na desnoj strani su nemetali. Bilo bi vrlo jednostavno i sjajno, ali postoje izuzeci - germanij i antimon.

Takva "metoda" je neka vrsta varalice, izmišljena je samo da bi se pojednostavio proces pamćenja. Za precizniji prikaz, zapamtite to lista nemetala ima samo 22 elementa, dakle, odgovor na pitanje koliko je metala sadržano u periodnom sistemu

Na slici možete jasno vidjeti koji su elementi nemetali i kako su raspoređeni u tabeli po grupama i periodima.

Opća fizička svojstva

Postoje opća fizička svojstva metala. To uključuje:

Plastika.
karakterističan sjaj.
Električna provodljivost.
Visoka toplotna provodljivost.
Sve osim žive je u čvrstom stanju.

Treba shvatiti da su svojstva metala veoma različita s obzirom na njihovu hemijsku ili fizičku prirodu. Neki od njih malo liče na metale u uobičajenom smislu te riječi. Na primjer, živa zauzima poseban položaj. U normalnim uslovima je u tečnom stanju, nema kristalnu rešetku, čije prisustvo duguje svoja svojstva drugim metalima. Svojstva potonjeg u ovom slučaju su uvjetna; živa je povezana s njima u većoj mjeri po kemijskim karakteristikama.

Zanimljivo! Elementi prve grupe, alkalni metali, ne pojavljuju se u svom čistom obliku, već su u sastavu različitih jedinjenja.

Najmekši metal koji postoji u prirodi - cezijum - pripada ovoj grupi. On, kao i druge slične alkalne supstance, ima malo zajedničkog sa tipičnijim metalima. Neki izvori tvrde da je zapravo najmekši metal kalij, što je teško osporiti ili potvrditi, budući da ni jedan ni drugi element ne postoje sami - oslobađajući se kao rezultat kemijske reakcije, brzo oksidiraju ili reagiraju.

Druga grupa metala - zemnoalkalna - mnogo je bliža glavnim grupama. Naziv "alkalna zemlja" dolazi iz antičkih vremena, kada su oksidi nazivani "zemljama" jer imaju labavu mrvičastu strukturu. Manje ili više poznata (u svakodnevnom smislu) svojstva poseduju metali počev od 3. grupe. Kako se broj grupe povećava, količina metala se smanjuje., zamjenjuju se nemetalnim elementima. Posljednju grupu čine inertni (ili plemeniti) plinovi.

Definicija metala i nemetala u periodnom sistemu. Jednostavne i složene supstance.

Jednostavne supstance (metali i nemetali)

Zaključak

Odnos metala i nemetala u periodičnoj tablici jasno nadmašuje u korist prvog. Ovakva situacija ukazuje da je grupa metala preširoko kombinovana i da zahteva detaljniju klasifikaciju, što je priznata i od strane naučne zajednice.

Znakovi poređenja	U glavnoj podgrupi	U periodu
Broj elektrona na vanjskom sloju	se ne mijenja	povećava
Radijus atoma	povećava	smanjuje se
Elektronegativnost	smanjuje se	povećava
Restorativna svojstva	intenzivirati	smanjiti
Svojstva metala	intenzivirati	smanjiti