Что такое металлы в химии - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Что такое металлы в химии

Металлы

Нахождение металлов в природе

Металлы широко распространены в природе и могут встречаться в различном виде: в самородном состоянии (Ag, Au, Rt, Cu), в виде оксидов (Fe3O4, Fe2O3, (NaK)2O×AlO3), солей (KCl, BaSO4, Ca3(PO4)2), а также сопутствуют различным минералам (Cd – цинковые руды, Nb, Tl – оловянные и т.д.).

По распространенности в земной коре (в массовых процентах) металлы распределяются следующим образом: Al, Fe, Ca, Na, Mg, K, Ti – 8,2%, 4,1%, 4,1%, 2,3% 2,3%, 2,1%, и 0,56%, соответственно. Натрий и магний содержатся в морской воде – 0,12 и 1,05%, соответственно.

Физические свойства металлов

Всем металлам присущи металлический блеск (однако In и Ag отражают свет лучше других металлов), твердость (самый твердый металл – Cr, самые мягкие металлы – щелочные), пластичность (в ряду Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe наблюдается уменьшение пластичности), ковкость, плотность (самый легкий металл – Li, самый тяжелый – Os), тепло – и электропроводность, которые уменьшаются в ряду Ag, Cu, Au, Al, W, Fe.

В зависимости от температуры кипения все металлы подразделяют на тугоплавкие (Tкип > 1000С) и легкоплавкие (Tкип 1 , ns 2 ), р- элементы – металлы, расположенные в группах III – VI (ns 2 np 1-4 ). Металлы d-элементы имеют большее число валентных электронов по сравнению с металлами s- и p-элементами. Общая электронная конфигурация валентных электронов металлов d-элементов – (n-1)d 1-10 ns 2 . Начиная с 6 периода появляются металлы f-элементы, которые объединены в семейства по 14 элементов (за счет сходных химических свойств) и носят особые названия лантаноидов и актиноидов. Общая электронная конфигурация валентных электронов металлов f-элементов – (n-2)f 1-14 (n-1)d 0-1 ns 2 .

Получение металлов

Щелочные, щелочноземельные металлы и алюминий получают электролизом расплавов солей или оксидов этих элементов:

Тяжелые металлы получают восстановлением из руд при высоких температурах и в присутствии катализатора (пирометаллургия) (1) или восстановлением из солей в растворе (гидрометаллургия) (2):

Cu2O + C = 2Cu + CO (1)

Некоторые металлы получают термическим разложением их неустойчивых соединений:

Химические свойства металлов

Металлы способны реагировать с простыми веществами, такими как кислород (реакция горения), галогены, азот, сера, водород, фосфором и углеродом:

2Na + Cl2 = 2NaCl (хлорид натрия)

2K +S = K2S (сульфид калия)

2Na + H2 = NaH (гидрид натрия)

3Ca + 2P = Ca3P2 (фосфид кальция)

Металлы взаимодействуют друг с другом, образуя интерметаллические соединения:

Щелочные и некоторые щелочноземельные металлы (Ca, Sr, Ba) взаимодействуют с водой с образованием гидроксидов:

В ОВР металлы являются восстановителями – отдают валентные электроны и превращаются в катионы. Восстановительная способность металла — его положение в электрохимическом ряду напряжений металлов. Так, чем левее в ряду напряжений стоит металл, тем более сильные восстановительные свойства он проявляет.

Металлы, стоящие в ряду активности до водорода способны реагировать с кислотами:

Примеры решения задач

ЗаданиеПри взаимодействии 6,0 г металла с водой выделилось 3,36 л водорода (н.у.). Определите этот металл, если он в своих соединениях двухвалентен.
РешениеТ.к. металл двухвалентен, его реакция с водой будет описываться уравнением:

v(Ме) = v(Н2) = 3,36/22,4 = 0,15 моль

От­сюда атомная масса металла равна:

Ar(Ме) = m/v = 6,0/0,15 = 40 г/моль

Металлы

Общая характеристика

Металлами называют группу элементов, в виде простых веществ, которые обладают металлическими свойствами (пластичность, ковкость, блеск, электронная проводимость и т. д.)

Основное отличие элементов-металлов – они обладают только восстановительными свойствами, а в реакциях могут только окисляться. В соединениях они могут иметь только положительные степени окисления как в элементарных положительно заряженных ионах, так и в сложных ионах, где они образуют положительные центры.

Рис. 1. Список металлов.

Как правило, на внешнем уровне элементов металлов находится небольшое число электронов (1-3), значения электроотрицательности невысокие. К металлам относятся все s-элементы (кроме водорода и гелия), d- и f-элементы, а также p-элементы под чертой бор-астат. Для типичных металлов характерен большой размер атомов, что способствует легкости отдачи валентных электронов. Образующиеся положительные ионы устойчивы, так как имеют завершенную внешнюю электронную оболочку.

Физические и химические свойства

Все металлы, кроме ртути, при нормальных условиях в виде простых веществ находятся в твердом агрегатном состоянии и образуют металлическую кристаллическую решетку.

Рис. 2. Металлы в таблице Д.И. Менделеева.

Таблица «Металлы»

В следующей таблицы представлены группы основных металлов:

Группа металловМеталл
Щелочныелитий, натрий, калий и т.д.
Щелочноземельныекальций, стронций, барий и т.д.
Переходныеуран, титан, железо, платина и т.д.
постпереходныеалюминий, свинец, олово и т.д.
Тугоплавкиемолибден, вольфрам
Цветныемедь, титан, магний и т.д.
Благородныезолото, серебро и т.д.

Металлы пластичны и ковки, особенно если на внешнем электронном уровне атомов по одному электрону: слои атомов перемещаются относительно друг друга без разрушения кристаллической решетки (щелочные металлы, медь, серебро, золото). В атомах непластичных хрупких металлов хрома и марганца – большое число валентных электронов.

Плотность, твердость, температура плавления металлов изменяются в широком диапазоне и зависят от атомной массы, строения атома и геометрии кристаллической решетки. Самый легкий металл – литий (плотность 0,53 г/см 3 ), самый тяжелый – осмий (плотность 22,5 г/см 3 ). Металлы с плотностью больше 5 г/см 3 относят к тяжелым, меньше 5 г/см 3 – к легким металлам.

Самая низкая температура плавления у ртути (-39 градусов по Цельсию), самый тугоплавкий металл – вольфрам (температура плавления 3410 градусов по Цельсию.) Энергия атомизации вольфрама составляет 836 кДж/моль, а температура кипения его 5930 градусов.

Металлы вступают в реакцию как с простыми, так и со сложными веществами. Как типичные восстановители металлы реагируют почти со всеми неметаллами-окислителями (кислород, сера, азот и т. д.):

Также металлы реагируют с такими сложными веществами, как оксиды и гидроксиды, разбавленные растворы кислот, с растворенными в воде щелочами.

В пределах одного и того же периода металлические свойства ослабевают, а неметаллические усиливаются; в пределах одной и той же группы (в главной подгруппе) металлические свойства усиливаются, а неметаллические ослабевают

Рис. 3. Металлы главных подгрупп.

Нахождение металлов и способы их получения

Самый распространенный на земле элемент-металл – алюминий. За ним следуют железо, кальций, натрий.

Некоторые металлы встречаются в природе в самородном состоянии (золото, ртуть, платина), но в основном они находятся в природе в виде оксидов и солей.

Получение металлов происходит с помощью металлургии (получение из руд), пирометаллургии (получение с помощью реакции восстановления при высокой температуре), гидрометаллургии (извлечение из руд в виде растворимых соединений), электрометаллургии (получение металлов электролизом расплавов и растворов их соединений).

Что мы узнали?

Металлы – вещества, которые обладают высокой электро- и теплопроводностью, ковкостью, пластичностью и металлическим блеском. В данной статье по химии 9 класса рассматриваются их физические и химические свойства, формулы класса металлов, а также способы получения.

Химия : Металлы

Металлы – это элементы, проявляющие в своих соединениях только положительные степени окисления, и в простых веществах которые имеют металлические связи. Металлическая кристаллическая решетка – решетка, образованная нейтральными атомами и ионами металлов, связанными между собой свободными электронами. У металлов в узлах кристаллической решетки находятся атомы и положительные ионы. Электроны, отданные атомами, находятся в общем владении атомов и положительных ионов. Такая связь называется металлической. Для металлов наиболее характерны следующие физические свойства: металлический блеск, твердость, пластичность, ковкость и хорошая проводимость тепла и электричества. Теплопроводность и электропроводность уменьшается в ряду металлов: Аg Сu Аu Аl Мg Zn Fе РЬ Hg.

Многие металлы широко распространены в природе. Так, содержание некоторых металлов в земной коре следующее: алюминия — 8,2%; железа — 4,1%; кальция — 4,1%; натрия — 2,3%; магния — 2,3%; калия – 2,1%; титана — 0,56%.

С внешней стороны металлы, как известно, характеризуются прежде всего особым “металлическим” блеском, который обусловливается их способностью сильно отражать лучи света. Однако этот блеск наблюдается обыкновенно только в том случае, когда металл образует сплошную компактную массу. Правда, магний и алюминий сохраняют свой блеск, даже будучи превращенными в порошок, но большинство металлов в мелкораздробленном виде имеет черный или темно-серый цвет. Затем типичные металлы обладают высокой тепло- и электропроводностью, причем по способности проводить тепло и ток располагаются в одном и том же порядке: лучшие проводники – серебро и медь, худшие – свинец и ртуть. С повышением температуры электропроводность падает, при понижении температуры, наоборот, увеличивается.

Очень важным свойством металлов является их сравнительно легкая механическая деформируемость. Металлы пластичны, они хорошо куются, вытягиваются в проволоку, прокатываются в листы и т.п.

Характерные физические свойства металлов находятся в связи с особенностями их внутренней структуры. Согласно современным воззрениям, кристаллы металлов состоят из положительно заряженных ионов и свободных электронов, отщепившихся от соответствующих атомов. Весь кристалл можно себе представить в виде пространственной решетки, узлы которой заняты ионами, а в промежутках между ионами находятся легкоподвижные электроны. Эти электроны постоянно переходят от одних атомов к другим и вращаются вокруг ядра то одного, то другого атома. Так как электроны не связаны с определенными ионами, то уже под влиянием небольшой разности потенциалов они начинают перемещаться в определенном направлении, т.е. возникает электрический ток.

Наличием свободных электронов обусловливается и высокая теплопроводность металлов. Находясь в непрерывном движении, электроны постоянно сталкиваются с ионами и обмениваются с ними энергией. Поэтому колебания ионов, усилившиеся в данной части металла вследствие нагревания, сейчас же передаются соседним ионам, от них – следующим и т.д., и тепловое состояние металла быстро выравнивается; вся масса металла принимает одинаковую температуру.

По плотности металлы условно подразделяются на две большие группы: легкие металлы, плотность которых не больше 5 г/см3, и тяжелые металлы – все остальные.

Частицы металлов, находящихся в твердом и жидком состоянии, связаны особым типом химической связи – так называемой металлической связью. Она определяется одновременным наличием обычных ковалентных связей между нейтральными атомами и кулоновским притяжением между ионами и свободными электронами. Таким образом, металлическая связь является свойством не отдельных частиц, а их агрегатов.

Химические свойства металлов

Взаимодействие с простыми веществами:

4Al + 3O2 ? 2Al2O3

В реакциях с галогенами и кислородом металлы наиболее энергично проявляют восстановительные способности.

Что такое металлы

Ou brille l’ardent metal. – Люди гибнут за металл!

Наверняка, многие слышали эту фразу из куплетов Мефистофеля (опера Гуно “Фауст”). Трудно не согласиться с автором, ведь металлы действительно играют чрезвычайно важную роль в жизни человека.

Большинство, известных современной науке, химических элементов являются металлами (их более 80). Металлы входят в большинство неорганических соединений.

Наибольшую химическую активность проявляют щелочные и щелочноземельные металлы, которые образуют наиболее типичные для металлов химические соединения.

Еще одним существенным нюансом является тот факт, что соединения некоторых металлов Ia и IIa групп (литий, калий, магний, кальций) принимают участие во многих химико-биологических процессах, протекающих в клетках живых организмов.

Общая характеристика металлов

Все химические элементы делятся на металлы и неметаллы. В основе такого деления лежит различие в строении атомов элементов.

Неметаллы в таблице Периодической системы Менделеева занимают правый верхний угол (желтые ячейки на рисунке внизу):

Все остальные, не желтые ячейки плюс водород и гелий – занимают металлы. Таким образом, неметаллы и металлы в Периодической таблице разделены условной диагональю бор-астат.

Химические элементы, расположенные в непосредственной близости от этой диагонали (алюминий, титан, галлий, германий, сурьма, теллур, астат), имеют двойственные свойства, реагируя в некоторых случаях, как металлы, а в других – как неметаллы.

Закономерности расположения элементов в периодах (слева-направо):

  • Радиус атома – уменьшается;
  • Заряд ядра – увеличивается;
  • Электроотрицательность – увеличивается;
  • Кол-во электронов на внешнем слое – увеличивается;
  • Прочность связи внешних электронов с ядром атома – увеличивается;
  • Способность отдавать электроны – уменьшается.

Исходя из вышеуказанных закономерностей, нетрудно догадаться, что металлы находятся в начале каждого периода (слева), а неметаллы – в конце (справа).

  • как правило, на внешнем электронном слое имеют 1-3 электрона (4 электрона у Ge, Sn, Pb; 5 – у Sb, Bi; 6 – у Po);
  • имеют больший размер атома и меньший заряд его ядра, по сравнению с неметаллами своего периода;
  • имеют высокопрочную связь внешних электронов с ядром атома;
  • легко расстаются с валентными электронами, превращаясь в катионы.

При н.у. все металлы (за исключением ртути) являются твердыми веществами, обладающими прочной кристаллической решеткой, образованной за счет металлических связей. Между узлами кристаллической решетки находятся свободные электроны, которые могут переносить теплоту и проводить электрический ток. Поэтому, в отличие от неметаллов, металлы хорошо проводят тепло и обладают высокой электропроводностью.

Физические свойства металлов:

  • твердые вещества (кроме ртути);
  • обладают характерным металлическим блеском;
  • обладают высокой электро- и теплопроводностью;
  • обладают высокими механическими качествами: упругостью, пластичностью, прочностью.

Самыми мягкими металлами являются калий и натрий (их можно резать ножом), самый твердый металл – хром (царапает стекло).

Самый легкоплавкий металл ртуть (-38,9°C), самый тугоплавкий – вольфрам (3380°C).

Самая низкая плотность у лития (0,59 г/см 3 ), самая высокая – у осмия (22,48 г/см 3 ).

Еще одной характерной особенностью металлов является их способность намагничиваться:

  • ферромагнетики обладают высокой способностью намагничиваться даже под действием незначительного магнитного поля (железо, никель);
  • парамагнетики проявляются слабую способность к намагничиванию (алюминий, хром);
  • диамагнетики не намагничиваются (олово, медь).

Химические свойства металлов

Выше уже было сказано, что металлы достаточно легко расстаются со своими электронами (окисляются), т.е. в окислительно-восстановительных реакциях являются восстановителями.

Во всех химических реакциях металлы являются восстановителями, проявляя только положительные степени окисления
Me 0 -ne – → Me n+
  • M – металл;
  • e – – электрон;
  • n – целое число.

Металлы характеризуются низкими величинами энергии ионизации (энергии, необходимой, для отрыва электрона от атома).

Восстановительная способность металлов:

  • в периодах уменьшается слева-направо;
  • в главных подгруппах увеличивается сверху-вниз.

Металл является более сильным восстановителем, чем он стоит левее в периоде и ниже в главной подгруппе.

Восстановительная активность металлов, в реакциях, протекающих в растворах веществ, зависит от места металла в электрохимическом ряду напряжений.

Химические реакции металлов с неметаллами (простыми веществами):

  • с водородом металлы образуют гидриды:
    Ca+H2 = CaH2 – гидрид кальция
  • с галогенами металлы образуют галогениды (соли):
    Mg+Br2 = MgBr2 – бромид магния
  • с кислородом металлы образуют оксиды:
    4Na+O2 = 2Na2O – оксид натрия
  • с серой металлы образуют сульфиды (соли):
    Fe+S = FeS – сульфид железа
  • с углеродом металлы образуют карбиды:
    Ca+2C = CaC2 – карбид кальция

Химические реакции металлов с сложными веществами:

  • металлы от лития до натрия (см. ряд напряжений) вытесняют водород при н.у. с образованием щелочей:
    2Na+2H2O = 2NaOH+H2
  • металлы, стоящие левее водорода, реагируют с разбавленными кислотами с образованием солей и выделением водорода:
    2Al+6HCl = 2AlCl3+3H2
  • металлы реагируют с растворами солей менее активных металлов, восстанавливая при этом менее активный металл, с образованием соли более активного металла:
    Fe+CuSO4 = FeSO4+Cu

Получение металлов

В свободном виде в природе присутствуют наименее активные металлы, встречаются они в виде так называемых самородков (кто не мечтает найти самородок золота). Так уж сложилось, что количество таких металлов на земле не так уж и много, поэтому, их еще называют драгоценными металлами – это золото, серебро, платина.

Остальные металлы, не имеющие “благородного” происхождения, т.к. являются достаточно активными, чтобы вступать во взаимодейcтвие с другими веществами, в природе присутствуют в разнообразных соединениях – сульфидах, сульфатах, оксидах, хлоридах, нитратах, фосфатах и проч.

Благодаря своим высоким практическим качествам, металлы заслужили “уважение” у наших далеких предков, которые, поняв их полезность, пытались найти способы извлечения металлов из соединений. Так зародилась целая отрасль, называемая металлургией.

Любой современный металлургический процесс заключается в восстановлении ионов металла, с получением на выходе металла в свободном виде.

Разновидности металлургических процессов:

  • Прометаллургия – получение металлов из их руд при помощи различных восстановителей при высоких температурах:
    FeO+C = Fe+CO
    Cr2O3+2Al = Al2O3+2Cr
  • Гидрометаллургия – получение металлов из раствора соли металла путем вытеснения более активным металлом:
    • на первом этапе оксид металла растворяют в кислоте с целью получения раствора соли металла:
      CuO+H2SO4 = CuSO4+H2O
    • на втором этапе из полученного раствора более активным металлом вытесняют “нужный” металл:
      CuSO4+Fe = FeSO4+Cu
  • Электрометаллургия – получение металлов электролизом растворов (расплавов) их соединений (роль восстановителя выполняет электрический ток).

Сплавы металлов

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

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

Главные разновидности сплавов металлов:

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

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

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

Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию 🙂 Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:

Код кнопки:
Политика конфиденциальности Об авторе

Геохимия / Металлы / Химия, металлы

Московский Государственный Геологоразведочный

Университет им. С. Орджоникидзе

Реферат и лабораторная работа

По теме: «Металлы»

СВОЙСТВА, ОБЩИЕ ДЛЯ ВСЕХ МЕТАЛЛОВ

Основным химическим свойством металлов является способность их атомов легко отдавать свои электроны и переходить в положительно заряженный ион. Типичные металлы никогда не присоединяют электроны; их ионы заряжены положительно.

Легко отдавая при химических реакциях свои валентные электроны, металлы являются восстановителями. Чем легче металл отдает свои электроны, тем он активнее, тем энергичнее он вступает во взаимодействие с другими веществами. Благодаря различному сродству к кислороду, металлы способны при высоких температурах восстанавливаться из окислов другие металлы.

С внешней же стороны (физические свойства) металлы характеризуются прежде всего особым «металлическим блеском», которое обуславливается их способностью сильно отражать лучи света. Также типичные металлы обладают высокой тепло- и электропроводностью. Причем проводить тепло и так могут металлы, располагающиеся в одном и том же порядке: лучшие проводники – серебро и медь, худшие – свинец и ртуть. С повышением температуры проводность металлов падает, при понижении, наоборот, увеличивается.

Очень важным свойством металлов является их сравнительно легкая механическая деформируемость. Металлы пластичны, они хорошо куются, вытягиваются в проволоку и т. д.

Кристаллы металлов состоят из положительно заряженных ионов и свободных электронов, отщепившихся от соответствующих атомов. весь кристалл можно себе представить в виде пространственной решетки, узлы которой заняты ионами, а в промежутках находятся легкоподвижные электроны. Эти электроны постоянно переходят от одних атомов к другим и вращаются вокруг ядра то одного, то другого атома. Таким образом высокая электропроводность металлов объясняется присутствием в них свободных электронов. Также наличием свободных электронов обуславливается и высокая теплопроводность металлов. Находясь в непрерывном движении, электроны постоянно сталкиваются с ионами и обмениваются с ними энергией.

Пластичность металлов также непосредственно связана с их внутренним строением, допускающим легкое скольжение одних слоев ионов относительно других под влиянием внешнего воздействия. Когда однородность структуры нарушается от добавления другого металла, сплавы отличаются твердостью и хрупкостью. По плотности металлы условно подразделяются на две группы: легкие металлы (плотностью 3 ) и тяжелые металлы – все остальные.

Все металлы, кроме ртути, являются при обычной температуре твердыми веществами. Легкие металлы более легкоплавки, тяжелые – тугоплавкие. Температуры кипения металлов очень высоки.

ПОЛОЖЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В ТАБЛИЦЕ МЕНДЕЛЕЕВА. ПОТЕНЦИАЛЫ ИОНИЗАЦИИ.

В периодической системе Д. И. Менделеева металлы занимают всю левую нижнюю часть, причем граница переходит за диагональную линию, проведенную из левого верхнего угла. В соответствии с особенностями электронной структуры и положением в периодической системе, различают s-, p-, d- и f- металлы. К s- металлам относятся элементы, у которых происходит заполнение внешнего s- уровня. Это элементы главных подгрупп I и II групп ПС – щелочные и щелочноземельные металлы. К числу р- металлов относятся элементы III – IV групп. Эти металлы типичные полупроводники. Характерная черта этих элементов – образование амфотерных гидроксидов. d- металлы получили название переходных металлов. Каждое семейство состоит из 10 d- элементов. Максимально возможная степень окисления d- металлов +8. Самая характерная особенность d- элементов – исключительная способность к комплексообразованиям. Этим они резко отличаются от непереходных элементов. Химию с достраивающими f- слоями образуют две группы элементов – лантаноиды и актиноиды. Лантаноиды – редкоземельные элементы. Их типичная степень окисления +3. Среди актиноидов большинство – радиоактивные элементы. Они способны проявлять несколько степеней окисления. Металлы IV и VII периодов называют также тяжелыми металлами, в связи с высокой плотностью, в отличии от легких металлов первых трех периодов.

По группе По периоду

металл металл

МЕТАЛЛЫ В ПРИРОДЕ И ИХ КЛАРКИ

s-металлы встречаются в природе только в виде соединений, либо в составе минералов (KCl, NaCl, CaCO3 и т. д.), либо в виде ионов в морской воде. Алюминий – самый распространенный металл на Земле ( 8% состава земной коры). В виде свободного металла в природе не встречается ; входит в состав глиноземов (Al2O3), бокситов (Al2O3  xH2O).

Золото и платина встркчаются почти исключительно в самородном виде, а серебро и медь – отчасти; иногда встречается самородная ртуть.

Минералы и горные породы, содержащие соединения металлов и пригодные для получения этих металлов, носят название руд.

Рассеянное состояние – когда элементы не образуют или почти не образуют собственных минералов.

Что такое ряд активности металлов?

Наиболее химически активные металлы стоят в ряду активности до водорода, причем, чем левее расположен металл, тем он активнее. Металлы, занимающие в ряду активности, место после водорода считаются неактивными.

Алюминий представляет собой серебристо-белого цвета. Основные физические свойства алюминия – легкость, высокая тепло- и электропроводность. В свободном состоянии при пребывании на воздухе алюминий покрывается прочной пленкой оксида Al2O3, которая делает его устойчивым к действию концентрированных кислот.

Ряд активности металлов в химии

Все металлы, в зависимости от их окислительно-восстановительной активности объединяют в ряд, который называется электрохимическим рядом напряжения металлов (так как металлы в нем расположены в порядке увеличения стандартных электрохимических потенциалов) или рядом активности металлов:

Li, K, Ва, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Рt, Au

Алюминий

Алюминий относится к металлам p-семейства. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня – 3s23p1. В своих соединениях алюминий проявляет степень окисления равную «+3».

Алюминий получают электролизом расплава оксида этого элемента:

Однако из-за небольшого выхода продукта, чаще используют способ получения алюминия электролизом смеси Na3[AlF6] и Al2O3. Реакция протекает при нагревании до 960С и в присутствии катализаторов – фторидов (AlF3, CaF2 и др.), при этом на выделение алюминия происходит на катоде, а на аноде выделяется кислород.

Алюминий способен взаимодействовать с водой после удаления с его поверхности оксидной пленки, взаимодействовать с простыми веществами (кислородом, галогенами, азотом, серой, углеродом), кислотами и основаниями:

  • 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 +3H2↑
  • 2Al +3/2O2 = Al2O3
  • 2Al + 3Cl2 = 2AlCl3
  • 2Al + N2 = 2AlN
  • 2Al +3S = Al2S3
  • 4Al + 3C = Al4C3
  • 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2↑
  • 2Al +2NaOH +3H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑

Кальций

В свободном виде Ca – серебристо-белый металл. При нахождении на воздухе мгновенно покрывается желтоватой пленкой, которая представляет собой продукты его взаимодействия с составными частями воздуха. Кальций – достаточно твердый металл, имеет кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку.

Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня – 4s2. В своих соединениях кальций проявляет степень окисления равную «+2».

Кальций получают электролизом расплавов солей, чаще всего – хлоридов:

Кальций способен растворяются в воде с образованием гидроксидов, проявляющих сильные основные свойства (1), реагировать с кислородом (2), образуя оксиды, взаимодействовать с неметаллами (3 -8), растворяться в кислотах (9):

  1. Ca + H2O = Ca(OH)2 + H2↑ (1)
  2. 2Ca + O2 = 2CaO (2)
  3. Ca + Br2 =CaBr2 (3)
  4. 3Ca + N2 = Ca3N2 (4)
  5. 2Ca + 2C = Ca2C2 (5)
  6. Ca +S = CaS (6)
  7. 2Ca + 2P = Ca3P2 (7)
  8. Ca + H2 = CaH2 (8)
  9. Ca + 2HCl = CaCl2 + H2↑ (9)

Железо и его соединения

Железо – металл серого цвета. В чистом виде оно довольно мягкое, ковкое и тягучее. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня – [Ar]3d 64s2. В своих соединениях железо проявляет степени окисления «+2» и «+3».

Металлическое железо реагирует с водяным паром, образуя смешанный оксид (II, III) Fe3O4:

На воздухе железо легко окисляется, особенно в присутствии влаги (ржавеет):

Как и другие металлы железо вступает в реакции с простыми веществами, например, галогенами (1), растворяется в кислотах (2):

  • 2Fe + Br2 = 2FeBr3 (при нагревании) (1)
  • Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑ (2)

Железо образует целый спектр соединений, поскольку проявляет несколько степеней окисления: гидроксид железа (II), гидроксид железа (III), соли, оксиды и т.д. Так, гидроксид железа (II) можно получить при действии растворов щелочей на соли железа (II) без доступа воздуха:

  1. FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2↓ + Na2SO4

Гидроксид железа (II) растворим в кислотах и окисляется до гидроксида железа (III) в присутствии кислорода.

Соли железа (II) проявляют свойства восстановителей и превращаются в соединения железа (III).

Оксид железа (III) нельзя получить по реакции горения железа в кислороде, для его получения необходимо сжигать сульфиды железа или прокаливать другие соли железа:

  1. 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 +8SO2↑
  2. 2FeSO4 = Fe2O3 + SO2↑ + 3H2O

Соединения железа (III) проявляют слабые окислительные свойства и способны вступать в ОВР с сильными восстановителями:

  1. 2FeCl3 + H2S = Fe(OH)3↓ + 3NaCl

Производство чугуна и стали

Стали и чугуны – сплавы железа с углеродом, причем содержание углерода в стали до 2%, а в чугуне 2-4%. Стали и чугуны содержат легирующие добавки: стали– Cr, V, Ni, а чугун – Si.

Выделяют различные типы сталей, так, по назначению выделяют конструкционные, нержавеющие, инструментальные, жаропрочные и криогенные стали. По химическому составу выделяют углеродистые (низко-, средне- и высокоуглеродистые) и легированные (низко-, средне- и высоколегированные). В зависимости от структуры выделяют аустенитные, ферритные, мартенситные, перлитные и бейнитные стали.

Стали нашли применение во многих отраслях народного хозяйства, таких как строительная, химическая, нефтехимическая, охрана окружающей среды, транспортная энергетическая и другие отрасли промышленности.

В зависимости от формы содержания углерода в чугуне — цементит или графит, а также их количества различают несколько типов чугуна: белый (светлый цвет излома из-за присутствия углерода в форме цементита), серый (серый цвет излома из-за присутствия углерода в форме графита), ковкий и жаропрочный. Чугуны очень хрупкие сплавы.

Области применения чугунов обширны – из чугуна изготавливают художественные украшения (ограды, ворота), корпусные детали, сантехническое оборудование, предметы быта (сковороды), его используют в автомобильной промышленности.

Читайте также:  Вертикальный фрезерный станок по дереву своими руками
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector