Tutte le sostanze sono metalli. Metalli

La struttura degli atomi di metallo (vedi Appendice n. 1).

Gruppi di metallo.

II. Proprietà fisiche dei metalli.

III. Il concetto di leghe.

IV. Proprietà chimiche dei metalli.

V. Corrosione dei metalli.

VII. L'uso dei metalli.

VIII. Il ruolo biologico dei metalli.

I. La posizione dei metalli nel sistema periodico.

La struttura degli atomi di metallo (vedi Appendice n. 1).

Gruppi di metallo.

Attualmente sono noti 118 elementi chimici, la maggior parte dei quali sono metalli. Questi ultimi sono molto comuni in natura e si trovano sotto forma di vari composti nelle viscere della terra, nelle acque di fiumi, laghi, mari, oceani, nella composizione dei corpi di animali, piante e persino nell'atmosfera.

Nel sistema periodico di D.I. Mendeleev, ogni periodo, ad eccezione del primo (comprende due elementi non metallici: idrogeno ed elio), inizia con un elemento chimico attivo: il metallo. Questi elementi iniziali formano il sottogruppo principale del gruppo I e sono chiamati metalli alcalini. Hanno preso il nome dal nome dei loro corrispondenti idrossidi, che sono altamente solubili in acqua - alcali.

Gli atomi di metalli alcalini contengono un solo elettrone a livello di energia esterna, che donano facilmente durante le interazioni chimiche, perché sono gli agenti riducenti più forti. È chiaro che, in accordo con un aumento del raggio dell'atomo, le proprietà riducenti dei metalli alcalini aumentano dal litio al francio.

Dopo i metalli alcalini, gli elementi che compongono il sottogruppo principale del gruppo II sono anche metalli tipici con una forte capacità riducente (i loro atomi contengono due elettroni a livello esterno). Di questi metalli, calcio, stronzio, bario e radio sono chiamati metalli alcalino terrosi. Questi metalli hanno preso questo nome perché i loro ossidi, che gli alchimisti chiamavano "terre", formano alcali quando disciolti in acqua.

I metalli includono elementi del sottogruppo principale del gruppo III, escluso il boro.

Tra gli elementi dei principali sottogruppi dei seguenti gruppi, i metalli includono: nel gruppo IV germanio, stagno, piombo (i primi due elementi sono carbonio e silicio sono non metalli), nel gruppo V antimonio e bismuto (i primi tre elementi sono non metalli), nel gruppo VI solo l'ultimo elemento Il polonio è un metallo distinto. Nei principali sottogruppi dei gruppi VII e VIII, tutti gli elementi sono tipici non metalli.

Quanto agli elementi dei sottogruppi secondari, sono tutti metalli.

Pertanto, il confine condizionale tra elementi metallici ed elementi non metallici corre lungo la diagonale B (boro) - Si (silicio) - As (arsenico) - Te (tellurio) - At (astato).

Gli atomi di metallo hanno dimensioni relativamente grandi (raggi), quindi anche i loro elettroni esterni vengono rimossi in modo significativo dal nucleo e sono debolmente legati ad esso. E la seconda caratteristica inerente agli atomi dei metalli più attivi è la presenza di 1-3 elettroni a livello di energia esterna.

Da ciò deriva la proprietà più caratteristica di tutti i metalli: la loro capacità riducente, cioè la capacità degli atomi di cedere facilmente elettroni esterni, trasformandosi in ioni positivi. I metalli non possono essere agenti ossidanti, cioè gli atomi di metallo non possono attaccare elettroni a se stessi.

II. Proprietà fisiche dei metalli.

Nelle loro proprietà, i metalli differiscono nettamente dai non metalli. Per la prima volta, questa differenza tra metalli e non metalli è stata determinata da M. V. Lomonosov. "Metalli", scrisse, "corpi solidi, malleabili, lucenti".

Classificando questo o quell'elemento come metallo, intendiamo che possiede un certo insieme di proprietà:

1) Struttura cristallina densa.

2) Caratteristica lucentezza metallica.

3) Elevata conducibilità termica e conducibilità elettrica.

4) Diminuzione della conducibilità elettrica all'aumentare della temperatura.

5) Bassi valori del potenziale di ionizzazione, cioè la capacità di donare facilmente elettroni.

6) Malleabilità e duttilità.

7) Capacità di formare leghe.

Tutti i metalli e le leghe attualmente utilizzati nella tecnologia possono essere suddivisi in due gruppi principali. Il primo di questi include metalli ferrosi - ferro e tutte le sue leghe, di cui è la parte principale. Queste leghe sono ghise e acciai. In ingegneria vengono spesso utilizzati i cosiddetti acciai legati. Questi includono acciai contenenti cromo, nichel, tungsteno, molibdeno, vanadio, cobalto, titanio e altri metalli. A volte gli acciai legati includono 5-6 metalli diversi. La lega viene utilizzata per ottenere vari acciai pregiati, che in alcuni casi hanno una maggiore resistenza, in altri - elevata resistenza all'abrasione, in altri - resistenza alla corrosione, ad es. capacità di non essere distrutto sotto l'influenza dell'ambiente esterno.

Il secondo gruppo comprende i metalli non ferrosi e le loro leghe. Hanno questo nome perché hanno un colore diverso. Ad esempio, il rame è rosso chiaro; nichel, stagno, argento - bianco; il piombo è bianco bluastro, l'oro è giallo. Tra le leghe, hanno trovato grande applicazione nella pratica: il bronzo è una lega di rame con stagno e altri metalli, l'ottone è una lega di rame con zinco, babbit è una lega di stagno con antimonio e rame, ecc.

Questa divisione in metalli ferrosi e non ferrosi è condizionale.

Insieme ai metalli ferrosi e non ferrosi, esiste anche un gruppo di metalli nobili: argento, oro, platino, rutenio e alcuni altri. Sono così chiamati perché praticamente non si ossidano nell'aria anche a temperature elevate e non vengono distrutti dall'azione di soluzioni acide e alcaline su di essi.

Dall'esterno, i metalli, come sapete, sono caratterizzati, innanzitutto, da una speciale lucentezza "metallica", dovuta alla loro capacità di riflettere fortemente i raggi luminosi. Tuttavia, questa brillantezza si osserva solitamente solo quando il metallo forma una massa compatta continua. È vero che il magnesio e l'alluminio mantengono la loro brillantezza anche quando ridotti in polvere, ma la maggior parte dei metalli, quando sono finemente divisi, sono di colore nero o grigio scuro. Quindi i metalli tipici hanno un'elevata conduttività termica ed elettrica e in termini di capacità di condurre calore e corrente sono nello stesso ordine: i migliori conduttori sono argento e rame, i peggiori sono piombo e mercurio. Con un aumento della temperatura, la conduttività elettrica diminuisce e con una diminuzione della temperatura, al contrario, aumenta.

Una proprietà molto importante dei metalli è la loro deformazione meccanica relativamente facile. I metalli sono duttili, sono ben forgiati, trafilati in filo, arrotolati in fogli, ecc.

Le proprietà fisiche caratteristiche dei metalli sono legate alle peculiarità della loro struttura interna. Secondo le opinioni moderne, i cristalli di metallo sono costituiti da ioni caricati positivamente ed elettroni liberi separati dagli atomi corrispondenti. L'intero cristallo può essere immaginato come un reticolo spaziale, i cui nodi sono occupati da ioni, e negli spazi tra gli ioni ci sono elettroni facilmente mobili. Questi elettroni si spostano costantemente da un atomo all'altro e ruotano attorno al nucleo dell'uno o dell'altro atomo. Poiché gli elettroni non sono legati a determinati ioni, già sotto l'influenza di una piccola differenza di potenziale, iniziano a muoversi in una certa direzione, cioè si verifica una corrente elettrica.

La presenza di elettroni liberi è anche responsabile dell'elevata conducibilità termica dei metalli. Essendo in continuo movimento, gli elettroni si scontrano costantemente con gli ioni e scambiano energia con loro. Pertanto, le vibrazioni degli ioni, che si sono intensificate in una data parte del metallo a causa del riscaldamento, vengono immediatamente trasferite agli ioni vicini, da questi al successivo, ecc., e lo stato termico del metallo si equalizza rapidamente; l'intera massa di metallo ha la stessa temperatura.

Per densità, i metalli sono suddivisi condizionatamente in due grandi gruppi: metalli leggeri, la cui densità non è superiore a 5 g / cm 3 e metalli pesanti - tutto il resto. La densità, così come i punti di fusione di alcuni metalli, sono riportati nell'Appendice n. 2.

Le particelle di metalli allo stato solido e liquido sono collegate da un tipo speciale di legame chimico, il cosiddetto legame metallico. È determinato dalla presenza simultanea di ordinari legami covalenti tra atomi neutri e dall'attrazione coulombiana tra ioni ed elettroni liberi. Pertanto, il legame metallico non è una proprietà delle singole particelle, ma dei loro aggregati.

Alcuni metalli cristallizzano in due o più forme cristalline. Questa proprietà delle sostanze - esistere in diverse modificazioni cristalline - è chiamata polimorfismo. Il polimorfismo per sostanze semplici è noto come allotropia.

Lo stagno ha due modificazioni cristalline:

α - stabile al di sotto di 13,2 ° C (ρ \u003d 5,75 g / cm 3). Questa è latta grigia. Ha un reticolo cristallino simile al diamante (atomico);

β - stabile sopra 13,2 ° С (ρ = 6,55 g / cm 3). Questa è latta bianca.

La latta bianca è un metallo molto morbido bianco argentato. Una volta raffreddato al di sotto di 13,2 ° C, si sbriciola in una polvere grigia, poiché passando da β ad α, il suo volume specifico aumenta notevolmente. Questo fenomeno è chiamato la peste dello stagno.

I metalli interagiscono in modo diverso con un campo magnetico. Metalli come ferro, cobalto, nichel e gadolinio si distinguono per la loro capacità di magnetizzarsi e rimanere magnetizzati a lungo. Sono chiamati ferromagneti. La maggior parte dei metalli (metalli alcalini e alcalino terrosi e una parte significativa dei metalli di transizione) sono debolmente magnetizzati e non mantengono questo stato al di fuori di un campo magnetico: si tratta di paramagneti. I metalli espulsi da un campo magnetico sono i diamagneti (rame, argento, oro, bismuto).

III. Il concetto di leghe.

Una caratteristica dei metalli è la loro capacità di formare leghe tra loro o con non metalli. Per ottenere una lega, una miscela di metalli viene solitamente sottoposta a fusione e quindi raffreddata a velocità diverse, determinata dalla natura dei componenti e dal cambiamento nella natura della loro interazione a seconda della temperatura. A volte le leghe si ottengono sinterizzando polveri metalliche sottili senza ricorrere alla fusione (metallurgia delle polveri). Quindi, le leghe sono prodotti dell'interazione chimica dei metalli.

La struttura cristallina delle leghe è per molti versi simile ai metalli puri, che, interagendo tra loro durante la fusione e la successiva cristallizzazione, formano:

a) composti chimici detti composti intermetallici;

b) soluzioni solide;

c) una miscela meccanica di cristalli componenti.

Questo o quel tipo di interazione è determinato dal rapporto tra l'energia di interazione di particelle eterogenee e omogenee del sistema, ovvero il rapporto tra le energie di interazione degli atomi nei metalli puri e nelle leghe.

Tuttavia, alcune impurità degradano la qualità dei metalli e delle leghe. È noto, ad esempio, che la ghisa (una lega di ferro e carbonio) non ha la resistenza e la durezza tipiche degli acciai. Oltre al carbonio, le proprietà dell'acciaio sono influenzate dalle aggiunte di zolfo e fosforo, che ne aumentano la fragilità.

Dalle leghe non ferrose si segnalano bronzo, ottone, cupronichel e duralluminio.

Il bronzo è una lega a base di rame con l'aggiunta (fino al 20%) di stagno. Il bronzo si fonde bene, quindi viene utilizzato nell'ingegneria meccanica, dove vengono ricavati cuscinetti, fasce elastiche, valvole, raccordi, ecc.. Viene anche utilizzato per la fusione artistica.

L'ottone è anche una lega di rame contenente dal 10 al 50% di zinco. Utilizzato nella costruzione di motori.

Il cupronichel è una lega contenente circa l'80% di rame e il 20% di nichel, simile nell'aspetto all'argento. Viene utilizzato per la produzione di posate e prodotti artistici relativamente economici.

Il duralluminio (duralluminio, duralluminio) è una lega a base di alluminio contenente rame, magnesio, manganese e nichel. Ha buone proprietà meccaniche ed è utilizzato nell'ingegneria aeronautica e meccanica.

Gli oggetti di metallo che ci circondano raramente sono costituiti da metalli puri. Solo le pentole in alluminio o il filo di rame sono puri al 99,9%. Nella maggior parte degli altri casi, le persone hanno a che fare con leghe. Pertanto, vari tipi di ferro e acciaio contengono, insieme ad additivi metallici, piccole quantità di carbonio, che hanno un'influenza decisiva sul comportamento meccanico e termico delle leghe. Tutte le leghe hanno una marcatura speciale, perché. le leghe con lo stesso nome (ad esempio l'ottone) possono avere frazioni di massa diverse di altri metalli.

Vari metalli sono usati per fare leghe. Tra tutte le leghe, gli acciai di varie composizioni sono della massima importanza. Gli acciai strutturali semplici sono costituiti da ferro di purezza relativamente elevata con piccole aggiunte di carbonio (0,07-0,5%). Pertanto, la ghisa prodotta in un altoforno contiene circa il 10% di altri metalli, di cui circa il 3% è carbonio e il resto sono silicio, manganese, zolfo e fosforo. E gli acciai legati si ottengono aggiungendo al ferro silicio, rame, manganese, nichel, cromo, tungsteno, vanadio e molibdeno.

Il nichel, insieme al cromo, è un componente essenziale di molte leghe. Conferisce agli acciai un'elevata resistenza chimica e resistenza meccanica. Pertanto, l'acciaio inossidabile noto contiene in media il 18% di cromo e l'8% di nichel. Per la produzione di apparecchiature chimiche, ugelli per aerei, razzi spaziali e satelliti, sono necessarie leghe stabili a temperature superiori a 1000 ° C, ovvero non vengono distrutte dall'ossigeno e dai gas combustibili e allo stesso tempo hanno la forza del migliori acciai. Queste condizioni sono soddisfatte da leghe ad alto contenuto di nichel. Un grande gruppo è costituito da leghe di rame-nichel.

Una lega di rame conosciuta fin dall'antichità: il bronzo contiene il 4-30% di stagno (solitamente 8-10%). I prodotti in bronzo dei maestri dell'antico Egitto, della Grecia e della Cina sono sopravvissuti fino ad oggi. Nel Medioevo, strumenti e molti altri prodotti venivano fusi in bronzo. Anche il famoso cannone dello zar e la campana dello zar nel Cremlino di Mosca sono fusi da una lega di rame e stagno. Attualmente, nei bronzi, lo stagno è spesso sostituito da altri metalli, il che porta a un cambiamento delle loro proprietà. I bronzi di alluminio, che contengono il 5-10% di alluminio, hanno una maggiore resistenza. Le monete di rame sono coniate da tale bronzo. I bronzi al berillio molto forti, duri ed elastici contengono circa il 2% di berillio. Le molle in bronzo al berillio sono quasi eterne. I bronzi realizzati sulla base di altri metalli, come piombo, manganese, antimonio, ferro e silicio, hanno trovato ampia applicazione nell'economia nazionale.

La lega di cupronichel contiene dal 18 al 33% di nichel (il resto è rame). Il punto di fusione del cupronichel è 1170 °C. Ha un bell'aspetto. Il cupronichel è usato per realizzare piatti e gioielli, monete di zecca ("argento"). Una lega simile al cupronichel - alpacca - contiene, oltre al 15% di nichel, fino al 20% di zinco. Questa lega viene utilizzata per la fabbricazione di prodotti artistici, strumenti medici. Le leghe rame-nichel costantana (40% nichel) e manganina (una lega di rame, nichel e manganese) hanno una resistenza elettrica molto elevata. Sono utilizzati nella produzione di strumenti di misura elettrici. Una caratteristica di tutte le leghe rame-nichel è la loro elevata resistenza ai processi di corrosione: quasi non subiscono distruzione nemmeno nell'acqua di mare. Le leghe di rame e zinco con un contenuto di zinco fino al 50% sono chiamate ottone. L'ottone "60" contiene, ad esempio, 60 parti in peso di rame e 40 parti in peso di zinco. La pressofusione di zinco utilizza una lega contenente circa il 94% di zinco, il 4% di alluminio e il 2% di rame. Queste sono leghe economiche, hanno buone proprietà meccaniche e sono facili da lavorare. L'ottone, per le sue qualità, ha trovato ampia applicazione nell'ingegneria meccanica, nell'industria chimica e nella produzione di casalinghi. Per conferire agli ottoni proprietà speciali, vengono spesso aggiunti alluminio, nichel, silicio, manganese e altri metalli. Tubi per radiatori per auto, condutture, bossoli, medaglie commemorative, nonché parti di apparati tecnologici per ottenere varie sostanze sono realizzati in ottone.

Secondo le seguenti ricette si possono ottenere leghe bassofondenti. Lega di Newton: 31 parti in massa di piombo, 19 parti di stagno e 50 parti di bismuto. Punto di fusione 95 °C. Lega di legno: 25 parti di piombo, 12,5 parti di stagno, 50 parti di bismuto e 12,5 parti di cadmio. Punto di fusione 60 °C. Un cucchiaio fatto di una tale lega si scioglierà se viene mescolato con il caffè caldo. In precedenza, questa è stata dimostrata come un'esperienza ludica. Tuttavia, la bevanda così miscelata è velenosa a causa dei sali di piombo e bismuto!

Le leghe industriali rame-nichel possono essere suddivise condizionatamente in due gruppi: strutturali (o resistenti alla corrosione) ed elettriche (leghe di termoelettrodi e leghe di resistenza).

Le leghe strutturali includono cunial, cupronichel, alpacca, ecc. Il cupronichel è chiamato leghe doppie e più complesse a base di rame, il cui principale componente di lega è il nichel. Per migliorare la resistenza alla corrosione nell'acqua di mare, sono inoltre legati con ferro e manganese. Il nichel argento rispetto al cupronichel è caratterizzato da un'elevata resistenza grazie all'ulteriore lega con lo zinco. I cunial sono leghe del sistema ternario Cu-Ni-Al. Il nichel e l'alluminio ad alte temperature si dissolvono nel rame in grandi quantità, ma al diminuire della temperatura la solubilità diminuisce drasticamente. Per questo motivo, le leghe del sistema Cu-Ni-Al vengono efficacemente indurite mediante tempra e invecchiamento. Le leghe per la tempra vengono riscaldate a 900-1000 o C e quindi sottoposte ad invecchiamento a 500-600 o C. Il rafforzamento durante l'invecchiamento è fornito dalla precipitazione dispersa delle fasi Ni3Al e NiAl. Cupronichel, alpacca, cunials si distinguono per elevate proprietà meccaniche e di corrosione, sono utilizzati per la fabbricazione di scambiatori di calore nella cantieristica navale (tubi di condensazione e termostati), strumenti medici, parti di meccanica di precisione e industria chimica, parti di strumenti in ingegneria elettrica, ingegneria radiofonica e per la fabbricazione di antenne. Come leghe resistive sono usati cupronichel grado MN19 e alpacca MNTs15-20.

Le leghe elettrotecniche includono leghe di resistenza - manganina (MNMts3-12) e costantana (MNMts40-1b5) e leghe per termoelettrodi e fili di compensazione: kopel (MNMts43-0.5).

Lega di Newton: 31 parti in massa di piombo, 19 parti di stagno e 50 parti di bismuto. Punto di fusione 95 °C.

Lega di legno: 25 parti di piombo, 12,5 parti di stagno, 50 parti di bismuto e 12,5 parti di cadmio (il cadmio si ottiene meglio dal laboratorio di galvanica). Punto di fusione 60 °C. Un cucchiaio fatto di una tale lega si scioglierà se viene mescolato con il caffè caldo. In precedenza, questa è stata dimostrata come un'esperienza ludica. Una bevanda così miscelata è velenosa a causa dei sali di piombo e bismuto!

Nel nostro piccolo forno possiamo prendere dell'ottone. Per fare questo, scioglieremo il rame con un Bunsen o, meglio, un soffiatore di vetro, e poi aggiungeremo pezzi di zinco; puoi posizionare immediatamente pezzi di entrambi i metalli nel crogiolo. L'ottone 60 contiene, ad esempio, 60 parti in peso di terra e 40 parti in peso di zinco (in URSS, anche i cosiddetti doppi ottoni sono contrassegnati dal contenuto di rame. Il marchio L80, ad esempio, significa che l'ottone contiene 79- 81% rame, e il resto è zinco. - Circa trasl.).

La pressofusione di zinco utilizza una lega contenente circa il 94% di zinco, il 4% di alluminio e il 2% di rame.

IV. Proprietà chimiche dei metalli.

La principale proprietà chimica dei metalli è la capacità dei loro atomi di donare facilmente i loro elettroni di valenza e trasformarsi in ioni carichi positivamente. I metalli tipici non accettano mai gli elettroni; i loro ioni sono sempre carichi positivamente.

Donando facilmente i loro elettroni di valenza durante le reazioni chimiche, i metalli tipici sono agenti riducenti energetici.

La capacità di donare elettroni si manifesta nei singoli metalli non nella stessa misura. Più facilmente un metallo cede i suoi elettroni, più è attivo, più energicamente interagisce con altre sostanze.

Immergi un pezzo di zinco in una soluzione di sale di piombo. Lo zinco inizia a dissolversi e il piombo viene rilasciato dalla soluzione. La reazione è espressa dall'equazione:

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

Dall'equazione segue che questa reazione è una tipica reazione redox. La sua essenza si riduce al fatto che gli atomi di zinco donano i loro elettroni di valenza agli ioni di piombo bivalenti, trasformandosi così in ioni di zinco, e gli ioni di piombo vengono ridotti e rilasciati sotto forma di piombo metallico. Se fai il contrario, cioè immergi un pezzo di piombo in una soluzione di sale di zinco, non si verificherà alcuna reazione. Ciò dimostra che lo zinco è più attivo del piombo, che i suoi atomi donano più facilmente e che gli ioni sono più difficili da accettare elettroni rispetto agli atomi e agli ioni di piombo.

Lo spostamento di alcuni metalli dai loro composti ad altri metalli è stato studiato in dettaglio per la prima volta dallo scienziato russo Beketov, che ha disposto i metalli in base alla loro attività chimica decrescente nelle cosiddette "serie di spostamenti". Attualmente, la serie di spostamenti di Beketov è chiamata serie di sollecitazioni.

L'appendice n. 3 presenta i valori dei potenziali degli elettrodi standard di alcuni metalli. Il simbolo Me + /Me - denota il metallo Me, immerso in una soluzione del suo sale. I potenziali standard degli elettrodi che agiscono come agenti riducenti rispetto all'idrogeno hanno un segno "-" e il segno "+" indica i potenziali standard degli elettrodi che sono agenti ossidanti.

I metalli, disposti in ordine crescente rispetto ai potenziali elettrodi standard, formano la serie elettrochimica delle tensioni metalliche:

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

Una serie di sollecitazioni caratterizzano le proprietà chimiche dei metalli:

1) Minore è il potenziale dell'elettrodo del metallo, maggiore è la sua capacità riducente.

2) Ogni metallo è in grado di spostare (ripristinare) dalle soluzioni saline quei metalli che si trovano nella serie di tensioni successive:

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) Tutti i metalli che hanno un potenziale elettrodo standard negativo, cioè quelli che si trovano in una serie di tensioni a sinistra dell'idrogeno, sono in grado di spostarlo da soluzioni acide:

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

Ma il rame non reagisce con l'acido cloridrico. Va ricordato che questa norma ha una serie di modifiche:

a) la regola si osserva se nella reazione di un metallo con un acido si forma un sale solubile;

b) l'acido solforico concentrato e l'acido nitrico di qualsiasi concentrazione reagiscono con i metalli in modo speciale, mentre non si forma idrogeno;

c) la regola non si applica ai metalli alcalini, poiché interagiscono facilmente con l'acqua (e questa regola si applica alle reazioni di soluzioni acquose di acidi con i metalli).

Va notato che la serie presentata caratterizza il comportamento dei metalli e dei loro sali solo in soluzioni acquose ea temperatura ambiente. Inoltre, va tenuto presente che l'elevata attività elettrochimica dei metalli non sempre significa la sua elevata attività chimica. Ad esempio, una serie di tensioni inizia con il litio, mentre i metalli chimicamente più attivi: il rubidio e il potassio si trovano a destra del litio. Ciò è dovuto all'energia eccezionalmente elevata del processo di idratazione degli ioni di litio rispetto ad altri ioni di metalli alcalini.

I metalli alcalini e alcalino terrosi interagiscono facilmente con l'ossigeno atmosferico:

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

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

Con ossigeno, sodio e potassio non formano ossidi, ma perossidi:

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 -)

Ferro, zinco, rame e altri metalli meno attivi vengono ossidati vigorosamente dall'ossigeno solo se riscaldati:

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

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

I metalli oro e platino non vengono ossidati dall'ossigeno atmosferico, in nessun caso.

Nell'aria a temperatura normale, la superficie di berillio e magnesio è ricoperta da una pellicola protettiva di ossido. I metalli alcalino terrosi interagiscono più attivamente con l'ossigeno atmosferico, quindi vengono immagazzinati sotto uno strato di cherosene o in contenitori sigillati, come i metalli alcalini.

Quando riscaldati in aria, tutti i metalli in esame bruciano vigorosamente formando ossidi:

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

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

La reazione di combustione del magnesio è accompagnata da un lampo accecante, precedentemente utilizzato per fotografare oggetti in stanze buie. Attualmente utilizzo un flash elettrico.

I metalli alcalini interagiscono attivamente con quasi tutti i non metalli. Usando la notazione generale per i metalli Me, scriviamo in una forma generale l'equazione per le reazioni dei metalli alcalini con i non metalli - idrogeno, cloro e zolfo:

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 Io 2 +1 S -2 (2e -)

I metalli alcalino terrosi ad alte temperature vengono ossidati dall'idrogeno in idruri:

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

Berillio, magnesio e tutti i metalli alcalino terrosi interagiscono se riscaldati con non metalli - cloro, zolfo, azoto, ecc., Formando rispettivamente cloruri, solfuri, nitruri:

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

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

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

Tutti i metalli alcalini interagiscono attivamente con l'acqua, formando alcali e riducendo l'acqua ad idrogeno (figura a destra). La velocità di interazione di un metallo alcalino con l'acqua aumenterà dal litio al cesio:

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

Di tutti i metalli del sottogruppo principale del gruppo II, solo il berillio praticamente non interagisce con l'acqua, il magnesio reagisce lentamente con esso, il resto dei metalli interagiscono violentemente con l'acqua in condizioni normali:

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

Anche altri metalli, che si trovano in una serie di tensioni fino all'idrogeno, possono spostare l'idrogeno dall'acqua in determinate condizioni. Ma l'alluminio interagisce violentemente con l'acqua solo se il film di ossido viene rimosso dalla sua superficie:

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

Il ferro interagisce con l'acqua solo in forma calda:

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

Con acidi in soluzione (HCl, H 2 SO 4 (dil.), CH 3 COOH, ecc., eccetto HNO 3), i metalli interagiscono in una serie di tensioni fino all'idrogeno. Questo produce sale e idrogeno.

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

Con sali di metalli meno attivi in soluzione. Come risultato di tale reazione, si forma un sale solubile di un metallo più attivo e un metallo meno attivo viene rilasciato in forma libera:

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

V. Corrosione dei metalli.

Quasi tutti i metalli, venendo a contatto con il mezzo gassoso o liquido circostante, subiscono più o meno rapidamente distruzione dalla superficie. La ragione è l'interazione chimica dei metalli con i gas nell'aria, così come l'acqua e le sostanze disciolte in essa.

Qualsiasi processo di distruzione chimica dei metalli sotto l'influenza dell'ambiente è chiamato corrosione.

La corrosione si verifica più facilmente quando i metalli entrano in contatto con i gas. Sulla superficie del metallo si formano composti corrispondenti: ossidi, composti solforati, sali basici dell'acido carbonico, che spesso ricoprono la superficie con uno strato denso che protegge il metallo dall'ulteriore esposizione agli stessi gas.

La situazione è diversa quando il metallo entra in contatto con un mezzo liquido: acqua e sostanze disciolte in esso. I composti risultanti possono dissolversi, in modo che la corrosione si diffonda ulteriormente nel metallo. Inoltre, l'acqua contenente sostanze disciolte è un conduttore di corrente elettrica, a seguito della quale si verificano costantemente processi elettrochimici, che sono uno dei principali fattori che causano e accelerano la corrosione.

Molto spesso, i prodotti in ferro sono esposti alla corrosione. In particolare, corrode fortemente il metallo nell'aria umida e nell'acqua. Semplificato, questo processo può essere espresso utilizzando la seguente equazione di reazione chimica:

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

Ci sono molti modi per combattere la corrosione. Ne nominerò alcuni.

1) Applicazione di rivestimenti protettivi sulla superficie del metallo protetta dalla corrosione. Per questo vengono spesso utilizzati colori ad olio, smalti, vernici. Questi rivestimenti non metallici sono economici ma di solito di breve durata. Una volta ogni due anni, e talvolta più spesso, devono essere aggiornati. Così, per esempio, dipingono la Torre Eiffel a Parigi.

Il metallo protetto può essere rivestito con uno strato di un altro metallo: oro, argento, cromo, nichel, stagno, zinco, ecc. Uno dei metodi più antichi è la stagnatura, ovvero il rivestimento di una lamiera di ferro con uno strato di stagno. Tale ferro è chiamato banda stagnata.

2) Utilizzo di acciai inossidabili contenenti speciali additivi. Ad esempio, "l'acciaio inossidabile", da cui sono realizzate le posate, contiene fino al 12% di cromo e fino al 10% di nichel. Le leghe inossidabili leggere includono alluminio o titanio. Tutti coloro che si trovavano nel centro espositivo tutto russo hanno visto davanti all'ingresso l'obelisco “Ai Conquistatori dello Spazio, rivestito con lastre in lega di titanio (foto a sinistra). Non c'è un solo granello di ruggine sulla sua superficie lucida opaca.

3) Introduzione nell'ambiente di lavoro in cui si trovano parti metalliche, sostanze che riducono l'aggressività dell'ambiente di decine e centinaia di volte. Tali sostanze sono chiamate inibitori di corrosione.

Gli inibitori della corrosione vengono introdotti nei sistemi di raffreddamento chiusi, nei prodotti petroliferi e persino spruzzati nei gasdotti per ridurre la corrosione dei tubi dall'interno. Per prevenire la corrosione del ferro nell'acido solforico, viene aggiunto acido nitrico come inibitore.

4) Creazione del contatto con un metallo protettore più attivo. Ad esempio, lo zinco è comunemente usato per proteggere gli scafi in acciaio delle navi marittime. Sì, e a terra, una struttura metallica (tubo, linea elettrica, ecc.) è collegata a una lastra o a un pezzo di metallo più attivo. Allo stesso scopo, pezzi di zinco vengono saldati ai dettagli della struttura del ponte.

I metalli puri nella maggior parte dei casi difficilmente si corrodono. Anche un metallo come il ferro, in una forma completamente pura, quasi non arrugginisce. Ma i normali metalli tecnici contengono sempre varie impurità, che creano condizioni favorevoli per la corrosione.

Il danno causato dalla corrosione dei metalli è enorme. È stato calcolato, ad esempio, che a causa della corrosione, una tale quantità di acciaio perisce annualmente, che è pari a circa un quarto dell'intera produzione mondiale di acciaio all'anno. Pertanto, molta attenzione è rivolta allo studio dei processi di corrosione e alla ricerca dei mezzi migliori per prevenirla.

I metodi di controllo della corrosione sono estremamente diversi. Il più semplice di questi è proteggere la superficie metallica dal contatto diretto con l'ambiente rivestendola con pittura ad olio, vernice, smalto o, infine, un sottile strato di un altro metallo. Di particolare interesse da un punto di vista teorico è il rivestimento di un metallo con un altro.

Questi includono: rivestimento catodico, quando il metallo di protezione si trova in una serie di tensioni a destra di quello di protezione (un tipico esempio è l'acciaio stagnato, cioè stagnato); rivestimento anodico, come rivestimento, acciaio zincato.

Per proteggersi dalla corrosione, si consiglia di ricoprire la superficie metallica con uno strato di metallo più attivo rispetto a uno strato di metallo meno attivo. Tuttavia, altre considerazioni spesso impongono l'uso di rivestimenti di metalli meno attivi.

In pratica, il più delle volte è necessario adottare misure per proteggere l'acciaio in quanto metallo particolarmente suscettibile alla corrosione. Oltre allo zinco, tra i metalli più attivi, a questo scopo viene talvolta utilizzato il cadmio, che agisce come lo zinco. Tra i metalli meno attivi per il rivestimento di acciaio, vengono spesso utilizzati stagno, rame e nichel.

I prodotti in acciaio nichelato hanno un bell'aspetto, il che spiega l'uso diffuso della nichelatura. Quando lo strato di nichel è danneggiato, la corrosione è meno intensa rispetto a quando lo strato di rame (o stagno) è danneggiato, poiché la differenza di potenziale per una coppia nichel-ferro è molto inferiore rispetto a una coppia rame-ferro.

Tra gli altri modi per combattere la corrosione, esiste un altro metodo di protezione, che consiste nel fatto che l'oggetto metallico protetto viene portato a contatto con un'ampia superficie di un metallo più attivo. Pertanto, le lastre di zinco vengono introdotte nelle caldaie a vapore, che sono a contatto con le pareti della caldaia e formano con esse una coppia galvanica.

VI. Metodi per ottenere metalli.

La stragrande maggioranza dei metalli si trova in natura sotto forma di composti con altri elementi.

Solo pochi metalli si trovano allo stato libero e quindi sono chiamati nativi. Oro e platino si trovano quasi esclusivamente in forma nativa, argento e rame - in parte in forma nativa; a volte ci sono anche mercurio nativo, stagno e alcuni altri metalli.

L'estrazione dell'oro e del platino si effettua o separandoli meccanicamente dalla roccia in cui sono racchiusi, ad esempio mediante lavaggio con acqua, oppure estraendoli dalla roccia con vari reagenti, seguita dalla separazione del metallo dalla soluzione. Tutti gli altri metalli vengono estratti dalla lavorazione chimica dei loro composti naturali.

I minerali e le rocce contenenti composti metallici e adatti alla produzione di questi metalli in modo industriale sono chiamati minerali. I minerali principali sono ossidi, solfuri e carbonati di metalli.

Il metodo più importante per ottenere metalli dai minerali si basa sulla riduzione dei loro ossidi con il carbone.

Se, ad esempio, il minerale di rame rosso (curite) Cu 2 O viene miscelato con carbone e soggetto a una forte incandescenza, il carbone, riducendo il rame, si trasformerà in monossido di carbonio (II) e il rame verrà rilasciato allo stato fuso:

Cu 2 O + C \u003d 2 Cu + CO

In modo simile, la ghisa viene fusa dai minerali di ferro, lo stagno viene ottenuto dalla pietra di stagno SnO 2 e altri metalli vengono ridotti dagli ossidi.

Durante la lavorazione dei minerali di zolfo, i composti di zolfo vengono prima convertiti in composti di ossigeno mediante cottura in forni speciali, quindi gli ossidi risultanti vengono ridotti con il carbone. Per esempio:

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

ZnO + C = Zn + CO

Nei casi in cui il minerale è un sale di acido carbonico, può essere ridotto direttamente dal carbone, così come dagli ossidi, poiché quando riscaldati, i carbonati si decompongono in ossido di metallo e anidride carbonica. Per esempio:

ZnCO 3 \u003d ZnO + CO 2

Di solito, i minerali, oltre al composto chimico di questo metallo, contengono molte più impurità sotto forma di sabbia, argilla, calcare, che sono molto difficili da sciogliere. Per facilitare la fusione del metallo, al minerale vengono aggiunte varie sostanze che formano composti a basso punto di fusione con impurità - scorie. Tali sostanze sono chiamate flussi. Se la miscela è costituita da calcare, la sabbia viene utilizzata come flusso, che forma silicato di calcio con calcare. Al contrario, nel caso di una grande quantità di sabbia, il calcare funge da flusso.

In molti minerali, la quantità di impurità (roccia di scarto) è così elevata che la fusione diretta dei metalli da questi minerali non è economicamente redditizia. Tali minerali sono pre-arricchiti, cioè parte delle impurità vengono rimosse da essi. Particolarmente diffuso è il metodo di flottazione della medicazione del minerale (flottazione), basato sulla diversa bagnabilità del minerale puro e della roccia di scarto.

La tecnica del metodo di flottazione è molto semplice e sostanzialmente si riduce a quanto segue. Il minerale, costituito, ad esempio, da metallo solforoso e roccia silicatica vuota, viene macinato finemente e versato in grandi vasche d'acqua. All'acqua viene aggiunta una sostanza organica a bassa polarità, che contribuisce alla formazione di una schiuma stabile quando l'acqua viene agitata, e una piccola quantità di un reagente speciale, il cosiddetto "collettore", che viene ben assorbito dall'acqua superficie del minerale da galleggiare e lo rende incapace di essere bagnato dall'acqua. Successivamente, un forte flusso d'aria viene fatto passare attraverso la miscela dal basso, mescolando il minerale con acqua e sostanze aggiunte, e le bolle d'aria sono circondate da sottili film d'olio e formano schiuma. Nel processo di miscelazione, le particelle del minerale galleggiante vengono ricoperte da uno strato di molecole di collettore adsorbite, si attaccano alle bolle dell'aria soffiata, salgono con esse verso l'alto e rimangono nella schiuma; particelle di roccia di scarto, bagnate dall'acqua, si depositano sul fondo. La schiuma viene raccolta e spremuta, ottenendo un minerale con un contenuto di metallo significativamente più elevato.

Per ripristinare alcuni metalli dai loro ossidi, al posto del carbone vengono utilizzati idrogeno, silicio, alluminio, magnesio e altri elementi.

Il processo di riduzione di un metallo dal suo ossido con l'aiuto di un altro metallo è chiamato metallotermia. Se, in particolare, l'alluminio viene utilizzato come agente riducente, il processo viene chiamato alluminotermia.

L'elettrolisi è anche un metodo molto importante per ottenere metalli. Alcuni dei metalli più attivi si ottengono esclusivamente per elettrolisi, poiché tutti gli altri mezzi non sono sufficientemente energetici per ridurre i loro ioni.

Considera l'elettrolisi di una soluzione di solfato di rame (II) su un anodo insolubile:

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

Catodo (–): Cu 2+ + 2e - = Cu 0 Anodo (+): 2H 2 O - 4e - = O 2 + 4H +

Cu 2+ + 2e - = Cu 0 2

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

Equazione ionica complessiva: 2Cu 2+ + 2H 2 O = 2Cu 0 + O 2 + 4H +

L'equazione molecolare complessiva, tenendo conto della presenza di SO 4 2- anioni in soluzione: 2CuSO 4 + 2H 2 O \u003d (elettrolisi) \u003d 2Cu 0 + O 2 + 4H 2 SO 4

VII. L'uso dei metalli.

Tra le proprietà delle leghe, le più importanti per l'uso pratico sono la resistenza al calore, la resistenza alla corrosione, la resistenza meccanica, ecc. Per l'aviazione, le leghe leggere a base di magnesio, titanio o alluminio sono di grande importanza, per l'industria della lavorazione dei metalli: leghe speciali contenenti tungsteno , cobalto, nichel. Nella tecnologia elettronica vengono utilizzate leghe, il cui componente principale è il rame. I magneti per impieghi gravosi sono stati ottenuti utilizzando i prodotti dell'interazione di cobalto, samario e altri elementi di terre rare e leghe superconduttive a basse temperature, a base di composti intermetallici formati da niobio con stagno, ecc.

La tecnologia moderna utilizza un numero enorme di leghe e nella stragrande maggioranza dei casi non sono costituite da due, ma da tre, quattro o più metalli. È interessante notare che le proprietà delle leghe spesso differiscono nettamente dalle proprietà dei singoli metalli con cui sono formate. Quindi, una lega contenente il 50% di bismuto, il 25% di piombo, il 12,5% di stagno e il 12,5% di cadmio fonde a soli 60,5 gradi Celsius, mentre i componenti della lega hanno punti di fusione rispettivamente di 271, 327, 232. 321 gradi Celsius . La durezza del bronzo allo stagno (90% di rame e 10% di stagno) è tre volte quella del rame puro e il coefficiente di espansione lineare delle leghe di ferro e nichel è 10 volte inferiore a quello dei componenti puri.

Na 2 CO 3 - carbonato di sodio, forma un Na 2 CO 3 * 10H 2 O cristallino, noto come soda cristallina, che viene utilizzato nella produzione di vetro, carta, sapone. Questo è sale medio.

Nella vita di tutti i giorni è meglio conosciuto il sale acido: il bicarbonato di sodio NaHCO3, è usato nell'industria alimentare (bicarbonato di sodio) e in medicina (bicarbonato di sodio).

K 2 CO 3 - carbonato di potassio, nome tecnico - potassa, e viene utilizzato nella produzione di sapone liquido e per la preparazione di vetro refrattario e anche come fertilizzante.

Magnesio e calcio sono usati per produrre metalli rari e leghe leggere. Ad esempio, il magnesio fa parte del duralluminio e il calcio è uno dei componenti delle leghe di piombo necessari per la fabbricazione di cuscinetti e guaine per cavi.

In ingegneria, l'ossido di calcio CaO è chiamato calce viva e MgO è chiamato magnesia bruciata. Entrambi questi ossidi sono utilizzati nella produzione di materiali da costruzione.

Se la polvere di alluminio o un foglio di alluminio sottile vengono riscaldati fortemente, si accendono e bruciano con una fiamma accecante:

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

Questa reazione viene utilizzata per creare scintillii e fuochi d'artificio.

L'alluminio è ampiamente utilizzato nella metallurgia per ottenere metalli: cromo, manganese, vanadio, titanio, zirconio dai loro ossidi. Questo metodo è chiamato alluminotermia. In pratica viene spesso utilizzata la termite, una miscela di Fe 3 O 4 con polvere di alluminio. Se questa miscela viene data alle fiamme, ad esempio utilizzando un nastro di magnesio, si verifica una reazione energetica con il rilascio di una grande quantità di calore:

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

Il ferro è la base della tecnologia moderna e dell'ingegneria agricola, dei trasporti e delle comunicazioni, dei veicoli spaziali e, in generale, di tutta l'industria e la civiltà moderne. La maggior parte dei prodotti, dagli aghi per cucire ai veicoli spaziali, non può essere realizzata senza l'uso del ferro.

I solfuri di metalli alcalino terrosi, contenenti piccole quantità di impurità di metalli pesanti, dopo l'illuminazione preliminare, iniziano a brillare in diversi colori: rosso, arancione, blu, verde. Fanno parte di speciali vernici luminose, che prendono il nome di fosfori. Sono usati per realizzare segnali stradali luminosi, quadranti, ecc.

CaCO 3 - carbonato di calcio - uno dei composti più comuni sulla Terra. Siamo ampiamente consapevoli di minerali che lo contengono come gesso, marmo, calcare. È anche usato per fare la calce.

Il più importante di questi minerali è il calcare, senza il quale nessun edificio può fare a meno. In primo luogo, lui stesso è un'ottima pietra da costruzione (ricordiamo le famose catacombe di Odessa - ex cave in cui veniva estratta la pietra per la costruzione della città), e in secondo luogo, è una materia prima per ottenere altri materiali: cemento, grassello e calce viva, vetro, ecc.

Le strade sono rinforzate con ghiaia calcarea e l'acidità del suolo è ridotta con polvere.

Il gesso naturale è i resti di antiche conchiglie di animali (foto a pagina 15 (a sinistra)). Uno degli esempi dell'uso del gesso di cui siamo ben consapevoli sono i pastelli per la scuola, i dentifrici. Il gesso è utilizzato nella produzione di carta e gomma.

Il marmo è il minerale di scultori, architetti e piastrellisti. Michelangelo ha creato le sue bellissime creazioni in marmo (foto a pagina 15 (a destra)), le pareti del famoso mausoleo indiano Taj Mahal sono fatte di marmo, molte stazioni della metropolitana di Mosca sono rivestite di marmo.

MgCO 3 - carbonato di magnesio, è ampiamente utilizzato nella produzione di vetro, cemento, mattoni, nonché nella metallurgia per la conversione di rocce di scarto, ad es. non contenente composti metallici, in scorie.

CaSO 4 - solfato di calcio, si trova in natura sotto forma del minerale di gesso CaSO 4 * 2H 2 O, che è un idrato cristallino. Viene utilizzato in edilizia, in medicina per l'imposizione di bendaggi fissi in gesso, per la realizzazione di calchi. Per questo viene utilizzato gesso emiidrato 2CaSO 4 * H 2 O - alabastro, che, interagendo con l'acqua, forma gesso diidrato:

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

Questa reazione procede con il rilascio di calore.

MgSO 4 - Il solfato di magnesio, noto come sale amaro o Epsom, è usato in medicina come lassativo. Contenuto in acqua di mare e gli conferisce un sapore amaro.

BaSO 4 - solfato di bario, a causa della sua insolubilità e capacità di ritardare i raggi X, viene utilizzato nella diagnostica a raggi X ("porridge di barite") per le malattie del tratto gastrointestinale.

Ca 3 (PO 4) 2 - fosfato di calcio, fa parte di fosforiti (roccia) e apatite (minerali), oltre a più di 1 kg di ossa e denti nel corpo di un adulto. calcio sotto forma di un composto Ca 3 (PO 4) 2.

Il corindone è un minerale della composizione Al 2 O 3, ha una durezza molto elevata, la sua varietà a grana fine contenente impurità - smeriglio, è usata come materiale abrasivo (rettifica).

Famosi sono i cristalli di corindone trasparenti colorati con impurità: rosso - rubini e blu - zaffiri, che vengono usati come pietre preziose. Attualmente sono ottenuti artificialmente e vengono utilizzati non solo per la gioielleria, ma anche per scopi tecnici, ad esempio per la fabbricazione di parti di orologi e altri strumenti di precisione. I cristalli di rubino sono usati nei laser.

FeS 2 - non funge da minerale di ferro per la produzione di metalli, ma viene utilizzato per produrre acido solforico.

Cristallo idrato di solfato di ferro (II) FeSO * 7H 2 O, noto come vetriolo di ferro, viene utilizzato per controllare i parassiti delle piante, per preparare pitture minerali e per altri scopi.

Il cloruro di ferro (III) FeCl 3 viene utilizzato come mordente durante la tintura dei tessuti.

Il solfato di ferro (III) Fe 2 (SO 4) 3 * 9H 2 O viene utilizzato per la purificazione dell'acqua e per altri scopi.

Nitrato d'argento AgNO 3 , detto anche lapislazzuli. Forma cristalli trasparenti incolori, ben solubili in acqua. Viene utilizzato nella produzione di materiali fotografici, nella fabbricazione di specchi, nella galvanica e in medicina.

VIII. Il ruolo biologico dei metalli.

I metalli pesanti (piombo, rame, zinco, arsenico, mercurio, cadmio, cromo, alluminio, ecc.) sono necessari per l'organismo in microquantità e si trovano principalmente nei centri attivi dei coenzimi (L.R. Nozdryukhina, 1977, J.R. Glaister, 1986 ).

Quando le concentrazioni consentite vengono superate, interrompono molti processi nel corpo, a cominciare dalle membrane cellulari, perché ioni metallici multivalenti possono legarsi a regioni specifiche delle parti polari fosfolipidiche (V.A. Tutelyan et al., 1987, FW Oehme, 1978, L.J. Casaret et al., 1975). Come risultato di questa interazione, la superficie della membrana si espande o si contrae e, di conseguenza, le sue proprietà abituali cambiano (V. Kalous, Z. Pavlicek, 1985). I composti organometallici sono particolarmente pericolosi, perché. superano le barriere all'interno del corpo molto meglio. Alcuni metalli, come piombo, stronzio, ittrio, cadmio, sostituiscono il calcio nel corpo e questo porta alla fragilità ossea.

La quantità di elementi chimici biologicamente attivi negli organismi e nei tessuti animali dipende principalmente dal loro habitat e dalle caratteristiche del consumo di mangime (SF Tyutikov et al., 1997). Nella maggior parte dei casi, gli animali da allevamento soffrono di carenza e squilibrio di oligoelementi (KK Zanevsky, 1992). Quando il contenuto di metalli pesanti nel suolo è superiore alle norme consentite, si nota un aumento dell'assunzione di questi metalli nelle diete e, di conseguenza, nei prodotti zootecnici e un deterioramento della qualità dei prodotti agricoli. Ad esempio, nelle fattorie suburbane, quando il contenuto di metalli pesanti nella dieta - piombo, nichel, cromo e fluoro è 2-7 volte superiore all'MPC, il loro contenuto nel latte si è rivelato 1,25-2 volte superiore a quello consentito quelli (NI Morozova, 1998). Nella regione di Vologda, a causa della mancanza di selenio con un eccesso di ferro, manganese, cadmio, il latte veniva fornito a caseifici con bassa acidità titolabile (V.I. Ivanov, 1995). Il motivo principale sono le emissioni delle imprese della zona industriale di Cherepovets. La presenza di metalli pesanti influisce sulla qualità del formaggio e la tecnologia di produzione viene violata. In particolare il suo sapore peggiora e l'odore diventa impuro, il formaggio si sbriciola facilmente, la cagliata diventa sbavata (O.F. Sorokina et al., 1995). Le pecore allevate nella zona industriale dell'Iraq hanno depositi di mercurio, cadmio e piombo nei loro corpi (Abbas, 1991). Nelle pecore di cinque anni, il contenuto di mercurio e cadmio nei muscoli è superiore all'MRL (livello massimo consentito). L'assunzione per inalazione di questi metalli pesanti è stata indicata da livelli elevati di cadmio e piombo nei polmoni. Lo stesso autore sottolinea che negli ovini allevati nelle regioni agricole dell'Iraq, il contenuto di metalli pesanti nei tessuti e negli organi si è rivelato 2-7 volte inferiore rispetto agli animali allevati nella zona industriale.

Gli autori sottolineano che il flusso di metalli pesanti dal suolo alle piante aumenta parallelamente all'aumento dell'acidità del suolo. Questo perché i loro composti si dissolvono meglio in un ambiente acido (Ge Y., Murray P., Hendershot W.H, 2000, Planquart P., Bonin G., Prone A., Massiani C., 1999). È stato dimostrato che l'assorbimento dei metalli pesanti dall'intestino tenue dipende dalla loro solubilità in acqua (C.A. Kan, 1994). È noto che l'uso a lungo termine di alte dosi di fertilizzanti azotati porta a una diminuzione degli oligoelementi nella dieta (V.T. Samokhin et al., 1996). Con la contaminazione tecnogenica del suolo con metalli pesanti, la proporzione delle loro forme mobili aumenta contemporaneamente in esso (V.A. Vostroknutov et al., 1998). Tuttavia, con un aumento delle dosi di fertilizzanti azotati nel terreno, è stato notato un leggero aumento della concentrazione di Hg, Mn, Zn (A.A. Grigoriev, V.V. Okorokov, 1995). I microrganismi del suolo possono convertire forme insolubili di sali in sali solubili.

Così, per molti, moltissimi anni ancora, l'umanità utilizzerà i metalli, che continuano a svolgere un ruolo di primo piano nello sviluppo di tutti i settori della sua vita.

La rivoluzione scientifica e tecnologica iniziata circa 100 anni fa, che ha interessato sia l'industria che la sfera sociale, è anche strettamente connessa con la produzione dei metalli. Sulla base di tungsteno, molibdeno, titanio e altri metalli, iniziarono a creare leghe resistenti alla corrosione, superdure e refrattarie, il cui uso ampliò notevolmente le possibilità dell'ingegneria meccanica. Nella tecnologia nucleare e spaziale, le parti che operano a temperature fino a 3000 ° C sono realizzate con leghe di tungsteno e renio; in medicina, vengono utilizzati strumenti chirurgici di tantalio e leghe di platino, ceramiche uniche a base di ossidi di titanio e zirconio.

IX. Elenco della letteratura usata.

1. "Chimica generale"; NL Glinka; casa editrice "Integral-Press"; 2007

2. "Proprietà insolite dei metalli ordinari"; VA Zaimovsky, TL Kolupaev; libreria "Quantum"; 1997

3. "Magneti da leghe di metalli delle terre rare con cobalto";
traduzione di R.S. Torchinova, E.M. Lazarev; Casa editrice di Mosca; 1995.

4. "Libro di consultazione universale sulla chimica per scolari e candidati"; AA. Petrov; casa editrice "Lista Nuovo"; 2003

5. “Scopri il mondo della chimica. Parte 1"; RM Golubeva, EA Alferova, E.Yu. Ratkevich, V. Schaefer, P. Benesh, G.N. Mansurov; casa editrice "Ekomir"; Mosca; 2004

6. “Scopri il mondo della chimica. parte 3"; RM Golubeva, EA Alferova, E.Yu. Ratkevich, V. Schaefer, P. Benesh, G.N. Mansurov; casa editrice "Ekomir"; Mosca; 2004

7. “Chimica. Grado 10"; OS Gabrieliano; FM Maskaev; casa editrice "Drofa"; Mosca; Anno 2005.

8. “Chimica. Grado 11"; OS Gabrieliano; GG Lysova; casa editrice "Drofa"; Mosca; 2006

9. “Libro da tavolo per insegnanti di chimica. Grado 9"; OS Gabrieliano,
IG Ostroumov; casa editrice "Drofa"; Mosca; Anno 2005.

10. “Libro da tavolo per insegnanti di chimica. Grado 11 (Parte II)"; OS Gabrielyan, GG Lisova; casa editrice "Drofa"; Mosca; 2006

11. "Chimica generale e inorganica"; NS Achmetov; casa editrice "Scuola superiore"; Mosca; Anno 2005.

Il germanio mostra anche alcune proprietà non metalliche, occupando una posizione intermedia tra metalli e non metalli.

L'interazione del sodio con l'acqua.

Previene il film protettivo sulla sua superficie.

Obelisco "Ai conquistatori dello spazio" (rivestimento in titanio).

Gesso al microscopio.

Sculture di Michelangelo (marmo): "Schiavo che strappa i legami" (a destra), "David" (a sinistra).

Indice: I. La posizione dei metalli nel sistema periodico. La struttura degli atomi di metallo (vedi Appendice n. 1). Gruppi di metallo. II. Proprietà fisiche dei metalli. III. Il concetto di leghe. IV. Proprietà chimiche di me

Metalli- Questi sono elementi che mostrano solo stati di ossidazione positivi nei loro composti e in sostanze semplici che hanno legami metallici. reticolo cristallino metallico- un reticolo formato da atomi neutri e ioni metallici legati tra loro da elettroni liberi. I metalli hanno atomi e ioni positivi ai nodi del reticolo cristallino. Gli elettroni donati dagli atomi sono in comune possesso di atomi e ioni positivi. Si chiama tale connessione metallico. Per i metalli, le seguenti proprietà fisiche sono le più caratteristiche: lucentezza metallica, durezza, duttilità, duttilità e buona conduttività di calore ed elettricità. La conducibilità termica e la conducibilità elettrica diminuiscono nelle serie dei metalli: Ag Cu Au Al Mg Zn Fe Pb Hg .

Molti metalli sono ampiamente distribuiti in natura. Quindi, il contenuto di alcuni metalli nella crosta terrestre è il seguente: alluminio - 8,2%; ferro - 4,1%; calcio - 4,1%; sodio - 2,3%; magnesio - 2,3%; potassio - 2,1%; titanio - 0,56%.

Dall'esterno, i metalli, come sapete, sono caratterizzati principalmente da una speciale lucentezza "metallica", dovuta alla loro capacità di riflettere fortemente i raggi di luce. Tuttavia, questa brillantezza si osserva solitamente solo quando il metallo forma una massa compatta continua. È vero che il magnesio e l'alluminio mantengono la loro brillantezza anche quando vengono polverizzati, ma la maggior parte dei metalli, quando sono finemente divisi, sono di colore nero o grigio scuro. Quindi i metalli tipici hanno un'elevata conduttività termica ed elettrica e in termini di capacità di condurre calore e corrente sono nello stesso ordine: i migliori conduttori sono argento e rame, i peggiori sono piombo e mercurio. Con un aumento della temperatura, la conduttività elettrica diminuisce e con una diminuzione della temperatura, al contrario, aumenta.

Una proprietà molto importante dei metalli è la loro relativamente facile deformabilità meccanica. I metalli sono duttili, sono ben forgiati, trafilati in filo, arrotolati in fogli, ecc.

Per densità, i metalli sono suddivisi condizionatamente in due grandi gruppi: metalli leggeri, la cui densità non è superiore a 5 g / cm3 e metalli pesanti - tutto il resto.

Proprietà chimiche dei metalli

Interazione con sostanze semplici:

1. con alogeni:

Na+Cl2? 2NaCl

2. con ossigeno:

4Al + 3O2 ? 2Al2O3

Nelle reazioni con alogeni e ossigeno, i metalli mostrano più vigorosamente capacità riducenti.

3. con zolfo:

4. con azoto:

3Mg+N2? Mg3N2

5. con fosforo:

3Ca + 2P? Ca3P2

6. con idrogeno:

I metalli più attivi dei sottogruppi principali sono forti agenti riducenti, quindi riducono l'idrogeno a uno stato di ossidazione di -1 e formano idruri.

Interazione con sostanze complesse:

1. con acidi:

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

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

2Al + 6H? 2Al + 3H2

I metalli che si trovano nella serie elettrochimica delle tensioni dei metalli prima dell'idrogeno, ripristinano gli ioni idrogeno dagli acidi diluiti e quelli che sono dopo l'idrogeno ripristinano l'atomo dell'elemento principale che forma questo acido.

2. con soluzioni saline acquose:

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

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

Zn + Pb = Zn + Pb

Quando interagiscono con soluzioni acquose di sali, metalli situati nella serie elettrochimica di tensioni metalliche a sinistra, ripristinano i metalli situati in questa riga a destra di essi. Tuttavia, i metalli con forti proprietà riducenti (Li, Na, K, Ca) in queste condizioni ridurranno l'idrogeno dell'acqua e non il metallo del sale corrispondente.

3. con acqua:

I metalli più attivi reagiscono con l'acqua in condizioni normali e, come risultato di queste reazioni, si formano basi idrosolubili e viene rilasciato idrogeno.

2Na + 2HOH? 2NaOH + H2

I metalli meno attivi reagiscono con l'acqua a temperature elevate per rilasciare idrogeno e formare un ossido del metallo corrispondente.

Zn + H2O? ZnO+H2

Caratteristiche dei metalli del sottogruppo principaleiogruppi.

Il principale sottogruppo del gruppo I del sistema periodico è il litio Li, sodio Na, potassio K, rubidio Rb, cesio Cs e francio Fr.

Tutti i metalli alcalini hanno un elettrone s sullo strato di elettroni esterno, che si perde facilmente durante le reazioni chimiche, mostrando uno stato di ossidazione di +1. Pertanto, i metalli alcalini sono forti agenti riducenti. I raggi dei loro atomi aumentano da litio a francio. All'aumentare del raggio dell'atomo, l'elettrone dello strato esterno è sempre più lontano dal nucleo, le forze di attrazione si indeboliscono e, di conseguenza, aumenta la capacità di restituire questo elettrone, cioè attività chimica. Nella serie elettrochimica delle tensioni dei metalli, tutti i metalli alcalini sono a sinistra dell'idrogeno. Tutti i metalli alcalini allo stato solido sono buoni conduttori di elettricità. Sono fusibili, si ossidano rapidamente nell'aria, quindi vengono conservati senza aria e umidità, il più delle volte sotto cherosene. I metalli alcalini formano composti con un legame prevalentemente ionico. Gli ossidi di metalli alcalini sono sostanze igroscopiche solide che interagiscono facilmente con l'acqua. In questo caso si formano idrossidi, solidi altamente solubili in acqua. I sali di metalli alcalini, di regola, si dissolvono bene anche in acqua.

Tutti i metalli alcalini sono agenti riducenti molto forti; nei composti presentano un unico stato di ossidazione di +1. La capacità riducente aumenta nella serie --Li-Na-K-Rb-Cs.
Tutti i composti di metalli alcalini sono di natura ionica.
Quasi tutti i sali sono solubili in acqua.

1. Interagisci attivamente con l'acqua:

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

2. Reazione con acidi:

2Na + 2HCl? 2NaCl + H2

3. Reazione con l'ossigeno:

4Li+O2 ? 2Li2O (ossido di litio)
2Na+O2? Na2O2 (perossido di sodio)
K+O2? KO2 (superossido di potassio)

Nell'aria, i metalli alcalini si ossidano istantaneamente. Pertanto, vengono conservati sotto uno strato di solventi organici (cherosene, ecc.).

4. Nelle reazioni con altri non metalli si formano composti binari:

2Li + Cl2 > 2LiCl(alogenuri)
2Na+S? Na2S(solfuri)
2Na + H2 > 2NaH(idruri)
6Li + N2? 2Li3N(nitruri)
2Li + 2C > 2Li2C2(carburi)

Reagire con alcoli e derivati alogeni di idrocarburi (vedi Chimica Organica)

5. Reazione qualitativa ai cationi di metalli alcalini - colorazione della fiamma nei seguenti colori:

Li+ - rosso carminio
Na+ - giallo
K+, Rb+ e Cs+ - viola

IIgruppi.

Il berillio Be, il magnesio Mg, il calcio Ca, lo stronzio Sr, il bario Ba e il radio Ra costituiscono il sottogruppo principale del gruppo II della Tavola periodica degli elementi.

Gli atomi di questi elementi hanno due elettroni s a livello elettronico esterno: ns2. In chimica Nelle reazioni, gli atomi degli elementi del sottogruppo cedono facilmente entrambi gli elettroni del livello di energia esterno e formano composti in cui lo stato di ossidazione dell'elemento è +2.

Tutti gli elementi di questo sottogruppo appartengono ai metalli. Calcio, stronzio, bario e radio sono chiamati metalli alcalino terrosi.

Questi metalli non si trovano allo stato libero in natura. Gli elementi più comuni includono calcio e magnesio. I principali minerali portatori di calcio sono calcite CaCO3 (le sue varietà sono calcare, gesso, marmo), anidrite CaSO4, gesso CaSO4 2H2O, fluorite CaF2 e fluoroapatite Ca5(PO4)3F. Il magnesio fa parte dei minerali magnesite MgCO3, dolomite MgCO3 CaCo3, carnallite KCl MgCl2 6H2O. I composti del magnesio si trovano in grandi quantità nell'acqua di mare.

Proprietà. Il berillio, il magnesio, il calcio, il bario e il radio sono metalli di colore bianco argenteo. Lo stronzio ha un colore dorato. Questi metalli sono leggeri, calcio, magnesio e berillio hanno densità particolarmente basse.

Il radio è un elemento chimico radioattivo.

Il berillio, il magnesio e soprattutto gli elementi alcalino terrosi sono metalli reattivi. Sono forti agenti riducenti. Dei metalli di questo sottogruppo, il berillio è leggermente meno attivo, il che è dovuto alla formazione di un film protettivo di ossido sulla superficie di questo metallo.

1. Interazione con sostanze semplici. Tutti interagiscono facilmente con ossigeno e zolfo, formando ossidi e solfati:

Il berillio e il magnesio reagiscono con l'ossigeno e lo zolfo quando riscaldati, il resto dei metalli - in condizioni normali.

Tutti i metalli di questo gruppo reagiscono facilmente con gli alogeni:

Mg + Cl2 = MgCl2

Quando riscaldato, tutto reagisce con idrogeno, azoto, carbonio, silicio e altri non metalli:

Ca + H2 = CaH2 (idruro di calcio)

3Mg + N2 = Mg3N2 (nitruro di magnesio)

Ca + 2C = CaC2 (carburo di calcio)

Il caribite di calcio è una sostanza cristallina incolore. Il carburo tecnico contenente varie impurità può essere di colore grigio, marrone e persino nero. Il carburo di calcio si decompone con l'acqua per formare gas acetilene C2H2, un importante prodotto chimico. industria:

CaC2 + 2H2O = CaOH)2 + C2H2

I metalli fusi possono combinarsi con altri metalli per formare composti intermetallici come CaSn3, Ca2Sn.

2. Interagisci con l'acqua. Il berillio non interagisce con l'acqua, perché. La reazione è impedita da un film protettivo di ossido sulla superficie del metallo. Il magnesio reagisce con l'acqua quando riscaldato:

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

I restanti metalli interagiscono attivamente con l'acqua in condizioni normali:

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

3. Interazione con acidi. Tutti interagiscono con acido cloridrico e diluito solforico con rilascio di idrogeno:

Be + 2HCl = BeCl2 + H2

L'acido nitrico diluito viene ridotto dai metalli principalmente ad ammoniaca o nitrato di ammonio:

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

Negli acidi nitrico e solforico concentrati (senza riscaldamento), il berillio passiva, il resto dei metalli reagisce con questi acidi.

4. Interazione con alcali. Il berillio interagisce con soluzioni acquose di alcali per formare un sale complesso e rilasciare idrogeno:

Be + 2NaOH + 2H2O = Na2 + H2

Il magnesio e i metalli alcalino terrosi non reagiscono con gli alcali.

5. Interazione con ossidi e sali metallici. Il magnesio e i metalli alcalino terrosi possono ridurre molti metalli dai loro ossidi e sali:

TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2

V2O5 + 5Ca = 2V + 5CaO

Il berillio, il magnesio e i metalli alcalino terrosi si ottengono per elettrolisi dei fusi dei loro cloruri o per riduzione termica dei loro composti:

BeF2 + Mg = Be + MgF2

MgO + C = Mg + CO

3CaO + 2Al = 2Ca + Al2O3

3BaO + 2Al = 3Ba + Al2O3

Il radio si ottiene sotto forma di una lega con mercurio mediante elettrolisi di una soluzione acquosa di RaCl2 con un catodo di mercurio.

Ricevuta:

1) Ossidazione dei metalli (tranne Ba, che forma un perossido)

2) Decomposizione termica di nitrati o carbonati

CaCO3 -t°? CaO+CO2-

2Mg(NO3)2 -t°? 2MgO + 4NO2- + O2-

Caratteristiche degli elementi del sottogruppo principaleIIIgruppi. Alluminio.

L'alluminio è nel sottogruppo principale del gruppo III della tavola periodica. A livello di energia esterna dell'atomo di alluminio, ci sono p-orbitali liberi, che gli consentono di entrare in uno stato eccitato. In uno stato eccitato, l'atomo di alluminio forma tre legami covalenti o rinuncia completamente a tre elettroni di valenza, mostrando uno stato di ossidazione di +3.

L'alluminio è il metallo più comune sulla Terra: la sua frazione di massa nella crosta terrestre è dell'8,8%. La maggior parte dell'alluminio naturale fa parte degli alluminosilicati, sostanze i cui componenti principali sono ossidi di silicio e alluminio.

L'alluminio è un metallo bianco-argento chiaro, fonde a 600°C, è molto duttile, facilmente trafilabile in filo e arrotolato in fogli e fogli. In termini di conducibilità elettrica, l'alluminio è secondo solo all'argento e al rame.

Interazione con sostanze semplici:

1. con alogeni:

2Al + 3Cl2? 2AlCl3

2. con ossigeno:

4Al + 3O2 ? 2Al2O3

3. con zolfo:

2Al + 3S? Al2S3

4. con azoto:

L'alluminio non reagisce direttamente con l'idrogeno, ma il suo idruro di AlH3 è stato ottenuto indirettamente.

Interazione con sostanze complesse:

1. con acidi:

2Al + 6HCl? 2AlCl3 + 3H2

2. con alcali:

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

Se NaOH è allo stato solido:

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

3. con acqua:

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

Proprietà di ossido e idrossido di alluminio :

L'ossido di alluminio, o allumina, Al2O3 è una polvere bianca. L'ossido di alluminio può essere ottenuto bruciando metallo o calcinando idrossido di alluminio:

2Al(OH)3? Al2O3 + 3H2O

L'ossido di alluminio è praticamente insolubile in acqua. L'idrossido Al (OH) 3 corrispondente a questo ossido si ottiene per azione di idrossido di ammonio o soluzioni alcaline, assunte in carenza, su soluzioni di sali di alluminio:

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

L'ossido e l'idrossido di questo metallo sono anfoteri, cioè presentano proprietà sia basiche che acide.

Proprietà di base:

Al2O3 + 6HCl? 2AlCl3 + 3H2O

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

acido proprietà:

Al2O3 + 6KOH +3H2O ? 2K3

2Al(OH)3 + 6KOH? K3

Al2O3 + 2NaOH? 2NaAlO2 + H2O

L'alluminio è prodotto con il metodo elettrolitico. Non può essere isolato da soluzioni acquose di sali, perché è un metallo molto attivo. Pertanto, il principale metodo industriale per ottenere l'alluminio metallico è l'elettrolisi di una massa fusa contenente ossido di alluminio e criolite.

L'alluminio metallico è ampiamente utilizzato nell'industria, in termini di produzione è al secondo posto dopo il ferro. La maggior parte dell'alluminio va alla produzione di leghe:

Il duralluminio è una lega di alluminio contenente rame e piccole quantità di magnesio, manganese e altri componenti. I duralluminio sono leghe leggere, resistenti e resistenti alla corrosione. Utilizzato nell'ingegneria aeronautica e meccanica.

Magnalin è una lega di alluminio e magnesio. Utilizzato nell'ingegneria aeronautica e meccanica, nelle costruzioni. Resistente alla corrosione in acqua di mare, quindi viene utilizzato nella costruzione navale. Il silumin è una lega di alluminio contenente silicio. Buono per il casting. Questa lega è utilizzata nell'ingegneria automobilistica, aeronautica e meccanica, nella produzione di strumenti di precisione. L'alluminio è un metallo duttile, quindi viene utilizzato per realizzare fogli sottili utilizzati nella produzione di prodotti di ingegneria radio e per l'imballaggio di merci. I fili sono realizzati in alluminio, vernici argento.

metalli di transizione.

Ferro da stiro.

Nel sistema periodico, il ferro è nel quarto periodo, nel sottogruppo secondario del gruppo VIII.

Il numero di serie è 26, la formula elettronica è 1s2 2s2 2p6 3d6 4s2.

Gli elettroni di valenza di un atomo di ferro si trovano sull'ultimo strato di elettroni (4s2) e sul penultimo (3d6). Nelle reazioni chimiche, il ferro può donare questi elettroni e mostrare stati di ossidazione di +2, +3 e talvolta +6.

Il ferro è il secondo metallo più comune in natura (dopo l'alluminio).I composti naturali più importanti sono: Fe2O3 3H2O - minerale di ferro marrone; Fe2O3 - minerale di ferro rosso; Fe3O4 (FeO Fe2O3) - minerale di ferro magnetico; FeS2 - pirite di ferro (pirite I composti del ferro sono inclusi nella composizione degli organismi viventi.

Il ferro è un metallo grigio argenteo, ha grande malleabilità, duttilità e forti proprietà magnetiche. La densità del ferro è 7,87 g/cm3, il punto di fusione è 1539°C.

Nell'industria, il ferro si ottiene riducendolo dai minerali di ferro con carbonio (coke) e monossido di carbonio (II) negli altiforni. La chimica del processo di dominio è la seguente:

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2,

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2,

FeO + CO = Fe + CO2.

Nelle reazioni, il ferro è un agente riducente. Tuttavia, a temperatura normale, non interagisce nemmeno con gli ossidanti più attivi (alogeni, ossigeno, zolfo), ma quando riscaldato si attiva e reagisce con essi:

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 Cloruro di ferro (III).

3Fe + 2O2 = Fe3O4 (FeO Fe2O3) Ossido di ferro (II, III)

Fe + S = FeS Solfuro di ferro(II).

A temperature molto elevate, il ferro reagisce con carbonio, silicio e fosforo:

3Fe + C = Fe3C Carburo di ferro (cementite)

3Fe + Si = Fe3Si Siliciuro di ferro

3Fe + 2P = Fe3P2 Fosfuro di ferro(II).

Nell'aria umida, il ferro si ossida rapidamente (corrode):

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

Il ferro si trova nel mezzo della serie elettrochimica delle tensioni metalliche, quindi è un metallo di media attività. La capacità riducente del ferro è inferiore a quella degli alcali, dei metalli alcalino terrosi e dell'alluminio. Solo ad alte temperature il ferro caldo reagisce con l'acqua:

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2

Il ferro reagisce con gli acidi solforico e cloridrico diluiti, spostando l'idrogeno dagli acidi:

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2

A temperature normali, il ferro non interagisce con l'acido solforico concentrato, poiché ne viene passivato. Quando riscaldato, l'H2SO4 concentrato ossida il ferro in solfito di ferro (III):

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

L'acido nitrico diluito ossida il ferro in nitrato di ferro (III):

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

L'acido nitrico concentrato passiva il ferro.

Dalle soluzioni saline, il ferro sposta i metalli che si trovano alla sua destra nella serie elettrochimica di tensioni:

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

Ossido di ferro (II) FeO - sostanza cristallina nera, insolubile in acqua. L'ossido di ferro (II) si ottiene per riduzione dell'ossido di ferro (II, III) con monossido di carbonio (II):

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2.

Ossido di ferro (II) - l'ossido principale, reagisce facilmente con gli acidi, con formazione di sali di ferro (II):

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

Idrossido di ferro(II) Fe(OH)2 - polvere bianca, insolubile in acqua. Si ottiene dai sali di ferro (II) interagendo con gli alcali:

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

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

L'idrossido di ferro (II) Fe (OH) 2 presenta le proprietà di una base, reagisce facilmente con gli acidi:

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

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

Quando riscaldato, l'idrossido di ferro (II) si decompone:

Fe(OH)2 = FeO + H2O.

I composti con uno stato di ossidazione del ferro di +2 mostrano proprietà riducenti, poiché Fe2+ si ossida facilmente a Fe+3:

Fe+2 - 1e = Fe+3

Quindi, un precipitato verdastro appena ottenuto di Fe (OH) 2 nell'aria cambia colore molto rapidamente - diventa marrone. Il cambiamento di colore è spiegato dall'ossidazione di Fe (OH) 2 a Fe (OH) 3 da parte dell'ossigeno atmosferico:

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

Ossido di ferro (III) Fe 2 o 3 - polvere marrone, insolubile in acqua. L'ossido di ferro (III) si ottiene:

A) decomposizione dell'idrossido di ferro (III):

2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

B) ossidazione della pirite (FeS2):

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

L'ossido di ferro (III) presenta proprietà anfotere:

A) interagisce con alcali solidi NaOH e KOH e con carbonati di sodio e potassio ad alta temperatura:

Fe2O3 + 2NaOH = 2NaFeO2 + H2O,

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

Fe2O3 + Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2.

ferrite di sodio

Idrossido di ferro (III). ottenuto dai sali di ferro (III) quando interagiscono con gli alcali:

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

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

L'idrossido di ferro (III) è una base più debole del Fe (OH) 2 e presenta proprietà anfotere (con una predominanza di quelle basiche). Quando interagisce con acidi diluiti, Fe (OH) 3 forma facilmente i sali corrispondenti:

Fe(OH)3 + 3HCl FeCl3 + H2O

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

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

Le reazioni con soluzioni alcaline concentrate procedono solo con riscaldamento prolungato.

I composti con uno stato di ossidazione del ferro di +3 mostrano proprietà ossidanti, poiché sotto l'azione degli agenti riducenti Fe + 3 si trasforma in Fe + 2:

Fe+3 + 1e = Fe+2.

Quindi, ad esempio, il cloruro di ferro (III) ossida lo ioduro di potassio per liberare iodio:

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

Cromo.

Il cromo è in un sottogruppo laterale del VI gruppo del sistema periodico. La struttura del guscio elettronico del cromo: Cr3d54s1.

La frazione di massa del cromo nella crosta terrestre è dello 0,02%. I minerali più importanti che compongono i minerali di cromo sono la cromite, o minerale di ferro di cromo, e le sue varietà, in cui il ferro è parzialmente sostituito dal magnesio e il cromo dall'alluminio.

Il cromo è un metallo grigio argento. Il cromo puro è abbastanza duttile, mentre il cromo tecnico è il più duro di tutti i metalli.

Il cromo è chimicamente inattivo. In condizioni normali, reagisce solo con il fluoro (da non metalli), formando una miscela di fluoruri. Ad alte temperature (sopra i 600°C) interagisce con ossigeno, alogeni, azoto, silicio, boro, zolfo, fosforo:

4Cr + 3O2 -t°? 2Cr2O3

2Cr + 3Cl2 -t°? 2CrCl3

2Cr + N2 -t°? 2CrN

2Cr + 3S -t°? Cr2S3

Negli acidi nitrico e solforico concentrato, passiva rivestendosi di un film protettivo di ossido. Si dissolve in acido cloridrico e diluito solforico, e se l'acido è completamente liberato dall'ossigeno disciolto si ottengono sali di cromo (II) e se la reazione procede in aria, sali di cromo (III):

Cr+2HCl? CrCl2 + H2-

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

L'ossido di cromo (II) e l'idrossido di cromo (II) sono entrambi di natura basica.

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

I composti di cromo (II) sono forti agenti riducenti; passare nei composti del cromo (III) sotto l'azione dell'ossigeno atmosferico.

2CrCl2 + 2HCl? 2CrCl3 + H2-

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

Composti trivalenti di cromo

L'ossido di cromo (III) Cr2O3 è una polvere verde, insolubile in acqua. Può essere ottenuto calcinando idrossido di cromo (III) o dicromati di potassio e ammonio:

2Cr(OH)3 -t°? Cr2O3 + 3H2O

4K2Cr2O7 -t°? 2Cr2O3 + 4K2CrO4 + 3O2-

(NH4)2Cr2O7 -t°? Cr2O3 + N2-+ 4H2O-

ossido anfotero. Quando Cr2O3 viene fuso con alcali, soda e sali acidi, si ottengono composti di cromo con uno stato di ossidazione (+3):

Cr2O3 + 2NaOH? 2NaCrO2 + H2O

Cr2O3 + Na2CO3 ? 2NaCrO2 + CO2-

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

Quando fusi con una miscela di alcali e un agente ossidante, si ottengono composti di cromo nello stato di ossidazione (+6):

2Cr2O3 + 4KOH + KClO3 ? 2K2Cr2O7 (dicromato di potassio) + KCl + 2H2O

L'idrossido di cromo (III) Cr(OH)3 è una sostanza verde insolubile in acqua.

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

Ha proprietà anfotere - si dissolve sia negli acidi che negli alcali:

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

Cr(OH)3 + KOH? K

Ossido di cromo (VI) CrO3 - cristalli rosso brillante, solubili in acqua.

Preparato da cromato di potassio (o dicromato) e H2SO4 (conc.).

K2CrO4 + H2SO4 ? CrO3 + K2SO4 + H2O

K2Cr2O7 + H2SO4 ? 2CrO3 + K2SO4 + H2O

CrO3 - ossido acido, forma cromati gialli CrO42- con alcali:

CrO3 + 2KOH? K2CrO4 + H2O

In un ambiente acido, i cromati si trasformano in dicromati arancioni Cr2O72-:

2K2CrO4 + H2SO4 ? K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O

In un ambiente alcalino, questa reazione procede nella direzione opposta:

K2Cr2O7 + 2KOH? 2K2CrO4 + H2O

Tutti i composti di cromo (VI) sono forti agenti ossidanti.

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

Rame.

Il rame è nel sottogruppo secondario del gruppo I della tavola periodica. La struttura dei gusci di elettroni degli atomi degli elementi di questo sottogruppo è espressa dalla formula (n-1)d10ns1. A livello di energia esterna dell'atomo c'è un elettrone, tuttavia, nella formazione della sostanza chimica. possono partecipare anche i legami, gli elettroni del sottolivello d del penultimo livello. Pertanto, possono presentare stati di ossidazione +1, +2, +3; per il rame, i composti con uno stato di ossidazione di +2 sono i più stabili.

Il rame è un metallo morbido e duttile dal colore rosa-rosso. Ha un'elevata conduttività elettrica.

Il rame è un metallo chimicamente inattivo. Reagisce con l'ossigeno solo se riscaldato:

Non reagisce con acqua, soluzioni alcaline, acido cloridrico e acido solforico diluito. Il rame si dissolve negli acidi, che sono forti agenti ossidanti:

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

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

In un'atmosfera umida contenente anidride carbonica, la superficie del rame è solitamente ricoperta da un rivestimento verdastro di carbonato di rame basico:

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

Ossido di rame (II) CuO - una sostanza nera, può essere ottenuta da sostanze semplici o riscaldando idrossido di rame (II):

Cu(OH)2 = CuO + H2O

L'idrossido di rame (II) è un composto blu, leggermente solubile in acqua. Facilmente solubile in acidi e quando riscaldato in soluzioni alcaline concentrate, ad es. presenta le proprietà dell'idrossido anfotero:

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

Cu(OH)2 + 2KOH = K2

La maggior parte del rame prodotto viene utilizzato nell'industria elettrica. In grandi quantità, il rame viene utilizzato nella produzione di leghe.

Zinco.

Lo zinco è nel sottogruppo secondario del gruppo II. Gli atomi degli elementi di questo sottogruppo hanno il seguente guscio di elettroni: (n-1)s2p6d10ns2. Nei composti, mostrano uno stato di ossidazione di +2.

Lo zinco è un metallo bianco argenteo. Ha una buona conduttività elettrica e termica. Nell'aria, lo zinco è ricoperto da una pellicola protettiva di ossidi e idrossidi, che ne indebolisce la lucentezza metallica.

Lo zinco è un metallo reattivo. Quando riscaldato, interagisce facilmente con i non metalli (zolfo, cloro, ossigeno):

Solubile in acidi diluiti e concentrati HCl, H2SO4, HNO3 e in soluzioni acquose di alcali:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

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

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2 + H2

L'ossido di zinco è una sostanza bianca, praticamente insolubile in acqua. L'ossido e l'idrossido di zinco sono composti anfoteri; reagiscono con acidi e alcali:

ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O

ZnO + 2KOH + H2O = K2

L'idrossido di zinco si dissolve in una soluzione acquosa di ammoniaca, formando un composto complesso:

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

Quando riceve lo zinco, i suoi minerali sono sottoposti a tostatura:

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2

ZnO + C = Zn + CO

Per ottenere un metallo più puro, l'ossido di zinco viene sciolto in acido solforico e isolato mediante elettrolisi.

Lo zinco è usato per fare leghe. Lo zinco viene applicato ai prodotti in acciaio e ghisa per proteggerli dalla corrosione.

Il concetto di leghe.

Una caratteristica dei metalli è la loro capacità di formare leghe tra loro o con non metalli. Per ottenere una lega, una miscela di metalli viene solitamente sottoposta a fusione e quindi raffreddata a velocità diverse, determinata dalla natura dei componenti e dal cambiamento nella natura della loro interazione a seconda della temperatura. A volte le leghe si ottengono sinterizzando polveri metalliche sottili senza ricorrere alla fusione (metallurgia delle polveri). Quindi le leghe sono prodotti dell'interazione chimica dei metalli.

La struttura cristallina delle leghe è per molti versi simile ai metalli puri, i quali, interagendo tra loro durante la fusione e la successiva cristallizzazione, formano: a) composti chimici detti intermetallici; b) soluzioni solide; c) una miscela meccanica di cristalli componenti.

Tuttavia, alcune impurità degradano la qualità dei metalli e delle leghe. È noto, ad esempio, che la ghisa (una lega di ferro e carbonio) non ha la resistenza e la durezza tipiche dell'acciaio. Oltre al carbonio, le proprietà dell'acciaio sono influenzate dall'aggiunta di zolfo e fosforo, che ne aumentano la fragilità.

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Piano di lezione

1. La posizione dei metalli nel sistema periodico.

2. Caratteristiche della struttura elettronica dei loro atomi.

3. Legame chimico metallico.

4. Proprietà fisiche dei metalli

5. Proprietà chimiche dei metalli.

6. Metodi per ottenere metalli.

1. Caratteristiche della struttura elettronica dei metalli.

I metalli sono elementi chimici i cui atomi donano elettroni dallo strato di elettroni esterno (e talvolta pre-esterno), trasformandosi in ioni positivi. Metalli - agenti riducenti Io 0 - ne \u003d Io n + . Ciò è dovuto al piccolo numero di elettroni nello strato esterno (principalmente 1 - 3), al grande raggio degli atomi, a causa del quale questi elettroni sono debolmente trattenuti con il nucleo.

2. La posizione dei metalli nella PSCE.

È facile vedere che la maggior parte degli elementi PSCE sono metalli (92 su 114).

I metalli sono posti nell'angolo in basso a sinistra del PSCE. Questi sono tutti elementi situati al di sotto della diagonale B - A t , anche quelli con 4 elettroni sullo strato esterno ( Je, Sn, Pb), 5 elettroni (Sb, Di), 6 elettroni (Po ), poiché hanno un raggio ampio. Tra questi ci sono s e p -elementi - metalli dei principali sottogruppi, nonché d e f metalli che formano sottogruppi secondari.

In base al posto occupato nel sistema periodico, si distinguono i metalli di transizione (elementi dei sottogruppi secondari) e i metalli non di transizione (elementi dei sottogruppi principali). I metalli dei principali sottogruppi sono caratterizzati dal fatto che nei loro atomi c'è un riempimento sequenziale dei sottolivelli elettronici s e p. Negli atomi di metallo dei sottogruppi secondari, i sottolivelli d e f sono completati.

Modelli nel modificare le proprietà degli elementi: i metalli.

Segni di confronto

Nel sottogruppo principale

Nel periodo

Numero di elettroni sullo strato esterno

non cambia

aumenta

Raggio dell'atomo

aumenta

diminuisce

Elettronegatività

diminuisce

aumenta

Proprietà ricostituenti

intensificare

diminuire

Proprietà del metallo

intensificare

diminuire

Per gli elementi - metalli di sottogruppi secondari, le proprietà sono leggermente diverse.

Nei sottogruppi laterali ( Cu , Ag , Au ) - attività b elementi - gocce di metalli. Questo modello si osserva anche negli elementi del secondo sottogruppo secondario Zn, Cd, Hg . Per elementi di sottogruppi secondari - questi sono elementi di 4-7 periodi - con un aumento dell'elemento ordinale, il raggio degli atomi cambierà poco e la carica del nucleo aumenta in modo significativo, quindi la forza del legame di valenza gli elettroni con il nucleo aumentano, le proprietà di riduzione si indeboliscono.

3. Legame chimico metallico. Reticoli cristallini.

Comunicazione nei metalli tra ("atomo-ioni") attraverso (un gran numero di elettroni mobili non associati ai nuclei) chiamato (legame metallico).

Tutti i metalli sono corpi cristallini aventi un certo tipo di reticolo cristallino, costituito da ioni caricati positivamente a bassa mobilità, tra i quali si muovono elettroni liberi (il cosiddetto gas di elettroni). Questo tipo di struttura è chiamato legame metallico.

Il tipo di reticolo è determinato dalla forma di un corpo geometrico elementare, la cui ripetizione multipla lungo tre assi spaziali forma il reticolo di un dato corpo cristallino.

Riassumiamo le informazioni sul tipo di legame chimico formato dagli atomi di metallo e sulla struttura del reticolo cristallino:

Un numero relativamente piccolo di elettroni lega contemporaneamente molti nuclei, il legame viene decolizzato;

Gli elettroni di valenza si muovono liberamente attraverso il pezzo di metallo, che generalmente è elettricamente neutro;

Il legame metallico non ha direzionalità e saturazione.

4. Proprietà fisiche dei metalli

Secondo questa struttura, i metalli sono caratterizzati da proprietà fisiche comuni.

MA) durezza Tutti i metalli tranne il mercurio sono solidi in condizioni normali. I più lievi sono sodio, potassio. Possono essere tagliati con un coltello; il cromo più duro - graffi il vetro.

B) densità. I metalli si dividono in morbidi (5 g/cm³) e pesanti (meno di 5 g/cm³).

A) fusibilità. I metalli si dividono in fusibili e refrattari.

G) conducibilità elettrica, conducibilità termica metalli è dovuto alla loro struttura. Gli elettroni che si muovono caoticamente sotto l'influenza di una tensione elettrica acquisiscono un movimento diretto, risultando in una corrente elettrica.

Con un aumento della temperatura, l'ampiezza del movimento di atomi e ioni situati nei nodi del reticolo cristallino aumenta bruscamente e questo interferisce con il movimento degli elettroni e la conduttività elettrica dei metalli diminuisce.

D) lucentezza metallica- Gli elettroni che riempiono lo spazio interatomico riflettono i raggi luminosi e non trasmettono come il vetro. Pertanto, tutti i metalli allo stato cristallino hanno una lucentezza metallica. Per la maggior parte dei metalli, tutti i raggi della parte visibile dello spettro sono ugualmente dispersi, quindi hanno un colore bianco argenteo. Solo l'oro e il rame assorbono in larga misura le lunghezze d'onda corte e riflettono le lunghezze d'onda lunghe dello spettro luminoso, quindi hanno un colore giallo. I metalli più brillanti sono mercurio, argento, palladio. Tutti i metalli in polvere tranne Al e Mg , perdono lucentezza e sono di colore nero o grigio scuro.

E) plastica. L'effetto meccanico su un cristallo con reticolo metallico provoca solo uno spostamento degli strati di atomi e non è accompagnato da rottura del legame, e quindi il metallo è caratterizzato da un'elevata plasticità.

Alcuni metalli, ad esempio ferro, titanio, stagno, ecc., sono in grado di modificare la struttura cristallina al raggiungimento di determinate temperature. Questo fenomeno è stato nominato allotropia o polimorfismo, e le transizioni stesse da una struttura cristallina all'altra sono chiamate allotropiche o polimorfiche.

5.
Proprietà chimiche dei metalli.

Una serie di tensioni caratterizza le proprietà chimiche dei metalli: minore è il potenziale elettrodico del metallo, maggiore è la sua capacità riducente.

A) Interazione con non metalli ( nei nomi delle sostanze ottenute, il finale

-idi)

2Mg 0 + O 2 0 ->2Mg 2+ O 2- (ox id magnesio)

Fe 0 + S 0 -> Fe 2+ S 2- (sul id ghiandola II)

B) Interazione con l'acqua. Più metalli attivi reagiscono con l'acqua in condizioni normali e, come risultato di queste reazioni, si formano basi idrosolubili e viene rilasciato idrogeno

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

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

Metalli meno attivi reagire con acqua a temperatura elevata per rilasciare idrogeno e formare un ossido del metallo corrispondente Zn + H 2 O \u003d ZnO + H 2

C) Interazione con soluzioni acide. Si verifica quando vengono soddisfatte determinate condizioni

· Il metallo dovrebbe essere a sinistra nella serie di sollecitazioni metalliche;

· I metalli alcalini non sono raccomandati per queste reazioni, poiché reagiscono con l'acqua in una soluzione acida;

· Gli acidi nitrico e solforico concentrati interagiscono con i metalli in modo speciale;

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

D) Interazione con soluzioni saline. In questo caso, sono soddisfatte le seguenti condizioni

· Il metallo deve trovarsi nella serie di tensioni alla sinistra del metallo che forma il sale;

· Come risultato della reazione si deve formare un sale solubile, altrimenti il metallo sarà ricoperto da un precipitato e l'accesso dell'acido al metallo si arresterà;

· I metalli alcalini non sono raccomandati per queste reazioni, poiché reagiscono con l'acqua in una soluzione salina;

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

E) Interazione con alcali (solo anfoteri)

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

Il magnesio e i metalli alcalino terrosi non reagiscono con gli alcali.

E) Interazione con ossidi metallici (metallotermia).

Alcuni metalli attivi sono in grado di spostare altri metalli dai loro ossidi quando la miscela viene accesa.

2Al 0 +Fe 2 o 3 = Al 2 o 3 +2 Fe 0

G) Corrosione(di cui parleremo in un'altra lezione).

6. Metodi per ottenere metalli

Esistono diversi modi principali per ottenere: i metalli.
un)Pirometallurgia - si tratta della produzione di metalli dai loro composti ad alta temperatura utilizzando vari agenti riducenti (C, CO, H 2, Al, Mg, ecc.).

Dai loro ossidi, carbonio o monossido di carbonio (II)
ZnO + C \u003d Zn + CO
Fe 2 O 3 + ZSO \u003d 2Fe + ZSO 2
- idrogeno
WO 3 + 3H 2 \u003d W + 3H 2 O
CoO + H 2 \u003d Co + H 2 O
- alluminotermia
4Al + ZMnO 2 \u003d 2A1 2 O 3 + ZMn
b) Idrometallurgia - questa è la produzione di metalli, che consiste in due processi: in primo luogo, un composto metallico naturale (ossido) viene sciolto in un acido, a seguito del quale si ottiene un sale metallico. Quindi, dalla soluzione risultante, il metallo richiesto viene sostituito da un metallo più attivo. Per esempio:

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

CuSO 4 + Zn \u003d ZnSO 4 + Cu.

Tostatura dei solfuri metallici e successiva riduzione degli ossidi formati (ad esempio con carbone):
2ZnS + ZO 2 \u003d 2ZnO + 2SO 2
ZnO + C = CO + Zn
in) Elettrometallurgia - questa è la produzione di metalli per elettrolisi di soluzioni o fusi dei loro composti. In questo caso, il ruolo dell'agente riducente è svolto da una corrente elettrica.

CuCl 2 → Cu 2 + 2Cl -
Catodo (recupero): Cu 2+ - 2e - = Cu 0

Anodo (ossidazione): 2Cl - - 2e - = Сl ° 2

domande di prova

1. Dove sono i metalli nella tavola periodica degli elementi chimici di D.I. Mendeleev?

2. Quali sono le caratteristiche della struttura degli atomi di metallo?
3. Qual è la differenza nella struttura del livello energetico esterno di metalli e non metalli?
4. Quanti elettroni esterni hanno gli atomi di metallo dei sottogruppi principale e secondario?
5. In quali forme si possono trovare i metalli in natura?
6. Come è disposto il reticolo cristallino dei metalli?
7. Quali sono le proprietà fisiche dei metalli?

8. Come si ottengono i metalli dai loro composti?
9. Come si comportano gli atomi di metallo nelle reazioni chimiche e perché?
10. Quali proprietà - agenti ossidanti o agenti riducenti - presentano i metalli nelle reazioni chimiche?
11. Parlaci della serie elettrochimica delle tensioni dei metalli.
12. Elenca le reazioni in cui possono entrare i metalli.
13. Qual è l'importanza dei metalli nella vita umana?

La stragrande maggioranza (93 su 117) degli elementi chimici attualmente conosciuti sono metalli.
Gli atomi di vari metalli hanno molto in comune nella struttura e le sostanze semplici e complesse che formano hanno proprietà simili (fisiche e chimiche).

Posizione nel sistema periodico e struttura degli atomi di metallo.

Nella tavola periodica, i metalli si trovano a sinistra e al di sotto della linea spezzata condizionale che passa dal boro all'astato (vedi tabella sotto). I metalli includono quasi tutti gli elementi s (ad eccezione di H, He), circa la metà R-elementi, tutto d- e f-elementi ( lantanidi e attinidi).

La maggior parte degli atomi di metallo ha un piccolo numero (fino a 3) di elettroni a livello di energia esterna, solo alcuni atomi dell'elemento p (Sn, Pb, Bi, Po) ne hanno di più (da quattro a sei). Gli elettroni di valenza degli atomi di metallo sono debolmente (rispetto agli atomi non metallici) legati al nucleo. Pertanto, gli atomi di metallo donano con relativa facilità questi elettroni ad altri atomi, agendo nelle reazioni chimiche solo come agenti riducenti e, allo stesso tempo, trasformandosi in cationi carichi positivamente:

Io - ne - \u003d Io n +.

A differenza dei non metalli, solo gli stati di ossidazione positivi da +1 a +8 sono caratteristici degli atomi di metallo.

La facilità con cui gli atomi di metallo donano i loro elettroni di valenza ad altri atomi caratterizza l'attività riducente di un determinato metallo. Più facilmente un atomo di metallo cede i suoi elettroni, più forte è come agente riducente. Se disponiamo i metalli in fila in modo da diminuire la loro capacità riducente in soluzioni acquose, ce la facciamo conoscere serie di spostamento dei metalli, che è anche chiamata serie elettrochimica di tensioni (o attività nelle vicinanze) metalli (vedi tabella sotto).

Prevalenza mmetalli in natura.

I primi tre metalli più comuni nella crosta terrestre (questo è lo strato superficiale del nostro pianeta spesso circa 16 km) includono alluminio, ferro e calcio. Meno comuni sono sodio, potassio e magnesio. La tabella seguente mostra le frazioni di massa di alcuni metalli nella crosta terrestre.

ferro e calcio. Meno comuni sono sodio, potassio e magnesio. La tabella seguente mostra le frazioni di massa di alcuni metalli nella crosta terrestre.

La prevalenza dei metalli nella crosta terrestre

Metallo		Metallo	Frazione di massa nella crosta terrestre,%
Al	8,8	Cr	8,3 ∙ 10 -3
Fe	4,65	Zn	8,3 ∙ 10 -3
Circa	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

Vengono chiamati gli elementi la cui frazione di massa nella crosta terrestre è inferiore allo 0,01%. raro. I metalli rari includono, ad esempio, tutti i lantanidi. Se un elemento non è in grado di concentrarsi nella crosta terrestre, cioè non forma i propri minerali, ma si presenta come una miscela con altri elementi, allora è classificato come sparpagliato elementi. Sparsi, ad esempio, sono i seguenti metalli: Sc, Ga, In, Tl, Hf.

Negli anni '40 del XX secolo. Lo hanno suggerito gli scienziati tedeschi Walter e Ida Nolla. che ogni selciato del selciato contenga tutti gli elementi chimici della tavola periodica. In un primo momento, queste parole sono state accolte con un'approvazione tutt'altro che unanime dai loro colleghi. Tuttavia, man mano che compaiono metodi di analisi sempre più accurati, gli scienziati sono sempre più convinti della verità di queste parole.

Poiché tutti gli organismi viventi sono in stretto contatto con l'ambiente, ognuno di essi deve contenere, se non tutti, la maggior parte degli elementi chimici del sistema periodico. Ad esempio, nel corpo di un adulto, la frazione di massa delle sostanze inorganiche è del 6%. Dei metalli in questi composti, ci sono Mg, Ca, Na, K. Molti enzimi e altri composti organici biologicamente attivi nel nostro corpo contengono V, Mn, Fe, Cu, Zn, Co, Ni, Mo, Cr e alcuni altri metalli .

Il corpo di un adulto contiene in media circa 140 g di ioni potassio e circa 100 g di ioni sodio. Con il cibo consumiamo giornalmente da 1,5 g a 7 g di ioni potassio e da 2 g a 15 g di ioni sodio. La necessità di ioni sodio è così grande che devono essere aggiunti in modo speciale al cibo. Una significativa perdita di ioni sodio (sotto forma di NaCl con urina e sudore) influisce negativamente sulla salute umana. Pertanto, nella stagione calda, i medici raccomandano di bere acqua minerale. Tuttavia, l'eccesso di sale contenuto negli alimenti influisce negativamente sul lavoro dei nostri organi interni (principalmente cuore e reni).

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Le proprietà degli elementi chimici consentono di combinarli in gruppi appropriati. Su questo principio è stato creato un sistema periodico, che ha cambiato l'idea di sostanze esistenti e ha permesso di ipotizzare l'esistenza di elementi nuovi, prima sconosciuti.

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Sistema periodico di Mendeleev

La tavola periodica degli elementi chimici fu compilata da D. I. Mendeleev nella seconda metà del 19° secolo. Che cos'è e perché è necessario? Combina tutti gli elementi chimici in ordine di peso atomico crescente e tutti sono disposti in modo che le loro proprietà cambino in modo periodico.

Il sistema periodico di Mendeleev ha riunito in un unico sistema tutti gli elementi esistenti che in precedenza erano considerati semplicemente sostanze separate.

Sulla base del suo studio, sono state previste nuove sostanze chimiche e successivamente sintetizzate. Il significato di questa scoperta per la scienza non può essere sopravvalutato., era molto in anticipo sui tempi e ha dato impulso allo sviluppo della chimica per molti decenni.

Esistono tre opzioni di tavolo più comuni, che sono convenzionalmente denominate "breve", "lungo" ed "extra lungo". ». Il tavolo principale è considerato un lungo tavolo, esso approvato ufficialmente. La differenza tra loro è la disposizione degli elementi e la lunghezza dei periodi.

Che cos'è un periodo

Il sistema contiene 7 periodi. Sono rappresentati graficamente come linee orizzontali. In questo caso, il periodo può avere una o due righe, dette righe. Ogni elemento successivo differisce dal precedente aumentando di uno la carica nucleare (il numero di elettroni).

In parole povere, un punto è una riga orizzontale nella tavola periodica. Ognuno di essi inizia con un metallo e termina con un gas inerte. In realtà, questo crea periodicità: le proprietà degli elementi cambiano entro un periodo, ripetendosi di nuovo nel successivo. Il primo, secondo e terzo periodo sono incompleti, sono detti piccoli e contengono rispettivamente 2, 8 e 8 elementi. Il resto è completo, hanno 18 elementi ciascuno.

Che cos'è un gruppo

Il gruppo è una colonna verticale, contenenti elementi con la stessa struttura elettronica o, più semplicemente, con lo stesso superiore. La tavola lunga ufficialmente approvata contiene 18 gruppi che iniziano con metalli alcalini e terminano con gas inerti.

Ogni gruppo ha il proprio nome, che semplifica la ricerca o la classificazione degli elementi. Le proprietà metalliche sono migliorate indipendentemente dall'elemento nella direzione dall'alto verso il basso. Ciò è dovuto all'aumento del numero di orbite atomiche: più ce ne sono, più deboli sono i legami elettronici, il che rende il reticolo cristallino più pronunciato.

Metalli nella tavola periodica

Metalli in tavola Mendeleev ha un numero predominante, la loro lista è piuttosto ampia. Sono caratterizzati da caratteristiche comuni, sono eterogenei nelle proprietà e sono divisi in gruppi. Alcuni di loro hanno poco in comune con i metalli in senso fisico, mentre altri possono esistere solo per frazioni di secondo e non si trovano assolutamente in natura (almeno sul pianeta), perché sono stati creati, più precisamente, calcolati e confermati in condizioni di laboratorio, artificialmente. Ogni gruppo ha le sue caratteristiche, il nome è notevolmente diverso dagli altri. Questa differenza è particolarmente pronunciata nel primo gruppo.

La posizione dei metalli

Qual è la posizione dei metalli nella tavola periodica? Gli elementi sono organizzati aumentando la massa atomica o il numero di elettroni e protoni. Le loro proprietà cambiano periodicamente, quindi non c'è un preciso posizionamento uno a uno nella tabella. Come determinare i metalli ed è possibile farlo secondo la tavola periodica? Per semplificare la questione, è stato inventato un trucco speciale: condizionatamente, viene tracciata una linea diagonale da Bor a Polonio (o ad Astato) alle giunzioni degli elementi. Quelli a sinistra sono metalli, quelli a destra sono non metalli. Sarebbe molto semplice e fantastico, ma ci sono delle eccezioni: germanio e antimonio.

Un tale "metodo" è una specie di cheat sheet, è stato inventato solo per semplificare il processo di memorizzazione. Per una rappresentazione più accurata, ricordalo l'elenco dei non metalli è di soli 22 elementi, quindi, rispondendo alla domanda su quanti metalli sono contenuti nella tavola periodica

Nella figura è possibile vedere chiaramente quali elementi non sono metalli e come sono disposti nella tabella per gruppi e periodi.

Proprietà fisiche generali

Ci sono proprietà fisiche generali dei metalli. Questi includono:

Plastica.
brillantezza caratteristica.
Conduttività elettrica.
Alta conducibilità termica.
Tutto tranne il mercurio è allo stato solido.

Dovrebbe essere chiaro che le proprietà dei metalli sono molto diverse rispetto alla loro natura chimica o fisica. Alcuni di essi somigliano poco ai metalli nel senso ordinario del termine. Ad esempio, il mercurio occupa una posizione speciale. In condizioni normali, è allo stato liquido, non ha un reticolo cristallino, la cui presenza deve le sue proprietà ad altri metalli. Le proprietà di quest'ultimo in questo caso sono condizionali; il mercurio è correlato ad esse in misura maggiore dalle caratteristiche chimiche.

Interessante! Gli elementi del primo gruppo, i metalli alcalini, non si trovano nella loro forma pura, essendo nella composizione di vari composti.

Il metallo più tenero che esiste in natura - il cesio - appartiene a questo gruppo. Lui, come altre sostanze alcaline simili, ha poco in comune con i metalli più tipici. Alcune fonti affermano che in effetti il metallo più morbido è il potassio, cosa difficile da contestare o confermare, poiché né l'uno né l'altro elemento esistono da soli: rilasciati a seguito di una reazione chimica, si ossidano o reagiscono rapidamente.

Il secondo gruppo di metalli - alcalino terrosi - è molto più vicino ai gruppi principali. Il nome "terra alcalina" deriva da tempi antichi, quando gli ossidi erano chiamati "terre" perché hanno una struttura friabile e sciolta. Proprietà più o meno familiari (in senso comune) sono possedute dai metalli a partire dal 3° gruppo. All'aumentare del numero del gruppo, la quantità di metalli diminuisce., essendo sostituiti da elementi non metallici. L'ultimo gruppo è costituito da gas inerti (o nobili).

Definizione di metalli e non metalli nella tavola periodica. Sostanze semplici e complesse.

Sostanze semplici (metalli e non)

Conclusione

Il rapporto tra metalli e non metalli nella tavola periodica prevale chiaramente a favore della prima. Questa situazione indica che il gruppo dei metalli è combinato in modo troppo ampio e richiede una classificazione più dettagliata, riconosciuta dalla comunità scientifica.

Segni di confronto	Nel sottogruppo principale	Nel periodo
Numero di elettroni sullo strato esterno	non cambia	aumenta
Raggio dell'atomo	aumenta	diminuisce
Elettronegatività	diminuisce	aumenta
Proprietà ricostituenti	intensificare	diminuire
Proprietà del metallo	intensificare	diminuire