Поиск по базе сайта:
Хімія 10 клас Загальна характеристика металічних елементів за їх положенням у періодичній системі та за будовою атомів. Метали як прості речовини. Металічний зв\

Хімія 10 клас Загальна характеристика металічних елементів за їх положенням у періодичній системі та за будовою атомів. Метали як прості речовини. Металічний зв'язок. Загальні фізичні та хімічні властивості металів. Корозія металів, захист від корозії




НазваХімія 10 клас Загальна характеристика металічних елементів за їх положенням у періодичній системі та за будовою атомів. Метали як прості речовини. Металічний зв'язок. Загальні фізичні та хімічні властивості металів. Корозія металів, захист від корозії
Дата конвертації01.01.2013
Розмір77.9 Kb.
ТипДокументи

Хімія 10 клас

Загальна характеристика металічних елементів за їх положенням у періодичній системі та за будовою атомів. Метали як прості речовини. Металічний зв'язок. Загальні фізичні та хімічні властивості металів. Корозія металів, захист від корозії.


Метали мають величезне значення в розвитку людської цивілізації. З давніх-давен людству відомі золото, срібло, мідь та залізо. Сучасна металургія отримує для потреб техніки більше 60 металів та на їх основі понад 5000 сплавів.

Розглянемо положення елементів-металів у Періодичній системі хімічних елементів Д. І. Менделєєва. Якщо провести лінію від Бору до Астату, то можна помітити, що усі елементи, розташовані лівіше від проведеної лінії, відносять до металічних. Правіше цієї межі розміщені переважно елементи-неметали та деяка частина d-елементів, які належать до так званих перехідних металів (наприклад, Хром, Ферум, Платина). Бачимо, що переважна більшість відомих хімічних елементів є металічними.

Атоми елементів-металів на зовнішньому енергетичному рівні містять невелику кількість електронів — від одного до трьох, зрідка — чотири. Намагаючись набути стійкої електронної конфігурації інертних газів, металічні елементи легко віддають електрони, утворюючи катіони. Чим менше електронів міститься на зовнішньому енергетичному рівні і чим більший радіус атома, тим легше атом металічного елемента перетворюється на відповідний катіон. За цієї причини в періодах при збільшенні заряду атомного ядра, металічні властивості зменшуються, а в групах — збільшуються.

Метали є речовинами немолекулярної будови. Оскільки атоми елементів-металів здатні віддавати електрони з зовнішнього енергетичного рівня, то у вузлах кристалічної ґратки металів містяться позитивні йони і деяка частина нейтральних атомів. Між ними хаотично пересуваються відносно вільні електрони, які стають спільними для всієї кристалічної ґратки. Таку кристалічну ґратку називають металічною. Усуспільнені електрони, вільно пересуваючись, компенсують сили електростатичного відштовхування між позитивно зарядженими йонами і, таким чином, забезпечують хімічний зв’язок в кристалі металу. Зв’язок, який здійснюють відносно вільні електрони між катіонами металів кристалічної ґратки називають металічним.


^ Фізичні властивості металів зумовлені особливостями їх будови. За звичайних умов усі метали (за винятком ртуті) є твердими кристалічними речовинами. Температури плавлення металів значно відрізняються: цезій можна розплавити у долоні, а температура плавлення вольфраму +3410 °С.

Більшість металів, за винятком золота та міді, мають сріблясто-білий або сріблясто-сірий колір. Усі метали мають характерний металевий блиск, який пояснюється наявністю в них вільних електронів. У вигляді порошку метали втрачають блиск (крім магнію і алюмінію) і набувають чорного або темно-сірого кольору.

Усі метали — добрі провідники електричного струму. Це пояснюється наявністю вільних електронів, які під впливом навіть невеликої різниці потенціалів починають пересуватися в певному напрямку. Найкращими провідниками електричного струму є срібло, мідь, золото, алюміній і залізо. Метали мають високу теплопровідність, яка також пояснюється високою рухливістю електронів.

Більшість металів пластичні. Їх можна кувати, витягати в дріт, прокочувати в тонкі листи. При цьому відбувається зсув атомів та йонів кристалічної ґратки, але зв’язки між ними не розриваються завдяки руху відносно вільних електронів. Пластичність зменшується в ряду Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe. Золото можна прокатати в тонку фольгу товщиною до 0,003 мм.

Метали відрізняються своєю твердістю. Найбільш твердим є хром, яким можна різати скло. Найбільш м’якими є натрій і калій, які легко ріжуться ножем. Також метали різняться своєю густиною. Найлегшим з металів є літій, а найважчим — осмій.

Хімічні властивості металів: взаємодія з киснем, галогенами, сіркою й відношення до води, кислот, солей


^ Хімічні властивості металів зумовлені здатністю їх атомів легко віддавати електрони з зовнішнього енергетичного рівня, перетворюючись на позитивно заряджені йони. Таким чином в хімічних реакціях метали проявляють себе енергійними відновниками. Це є їх головною загальною хімічною властивістю.

Здатність віддавати електрони в атомів окремих металічних елементів є різною. Чим легше метал віддає свої електрони, тим він активніший, і тим енергійніше реагує з іншими речовинами. На основі досліджень всі метали були розташовані в ряд по зменшенню їх активності. Цей ряд вперше запропонував видатний вчений М. М. Бекетов. Такий ряд активності металів називають ще витискувальним рядом металів або електрохімічним рядом напруг металів. Він має наступний вигляд:

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

За допомогою цього ряду можна виявити який метал є активнішим за інший. У цьому ряді присутній водень, який не є металом. Його віднові властивості прийняті для порівняння за своєрідний нуль.

Маючи властивості відновників, метали реагують з різними окисниками, насамперед з неметалами. З киснем метали реагують за нормальних умов або при нагріванні з утворенням оксидів, наприклад:

2Mg0 + O20 = 2Mg+2O-2

У цій реакції атоми Магнію окиснюються, атоми Оксигену відновлюються. Благородні метали, що знаходяться в кінці ряду, з киснем не реагують. Активно відбуваються реакції з галогенами, наприклад, згоряння міді у хлорі:

Cu0 + Cl20 = Cu+2Cl-2

Реакції з сіркою, найчастіше відбуваються при нагріванні, наприклад:

Fe0 + S0 = Fe+2S-2

Активні метали, що знаходяться в ряду активності металів до Mg, реагують з водою з утворенням лугів та водню:

2Na0 + 2H2O → 2NaOH + H20

Метали середньої активності від Al до H реагують із водою в більш жорстких умовах і утворюють при цьому оксиди й водень:

Pb0 + H2O → PbO + H20.

Метали, які містяться після Н у витискувальному ряді металів з водою не реагують і водень не витісняють. У реакціях з водою атоми металічних елементів віддають електрони і є відновниками. Окисниками є атоми Гідрогену з молекул води.

Здатність металу реагувати із кислотами та солями в розчині залежить також від його положення у витискувальному ряді металів. Метали, що стоять у витискувальному ряді металів лівіше водню, зазвичай витісняють (відновлюють) водень із розведених кислот, а метали, що стоять правіше водню, його не витісняють. Так, цинк і магній реагують з розчинами кислот, виділяючи водень і утворюючи солі; а мідь не реагує.

Mg0 + 2HCl → MgCl2 + H20

Zn0 + H2SO4 → ZnSO4 + H20.

Атоми металів у цих реакціях є відновниками, а йони Гідрогену — окисниками.

Метали реагують із солями у водних розчинах. Активніші метали витискують менш активні метали зі складу солей. Визначити це можна по ряду активності металів. Продуктами реакції є нова сіль і новий метал. Так, якщо залізну пластинку занурити в розчин купрум(ІІ) сульфату, через якийсь час на ній виділиться мідь у вигляді червоного нальоту:

Fe0 + CuSO4 → FeSO4 + Cu0.

Але якщо в розчин купрум(ІІ) сульфату занурити срібну пластину, то ніякої реакції не відбудеться:

Ag + CuSO4 ≠ .

Для проведення таких реакції не можна брати надто активні метали (від літію до натрію), які здатні реагувати з водою.

Отже, метали здатні реагувати з неметалами, водою, кислотами і солями. У всіх цих випадках метали окиснюються і є відновниками. Для прогнозування перебігу хімічних реакцій за участю металів слід використовувати витискувальний ряд металів.

^ Метали в природі. Загальні способи добування металів

У вільному стані в природі зустрічаються тільки неактивні метали. Так у вигляді самородків зустрічаються золото й платина, іноді – срібло й мідь. Добування цих металів пов’язане лише з механічним відокремленням їх від домішок. Більшість металічних елементів легко окиснюються й існують в природі тільки у сполуках: оксидах (Fe3O4, Cr2O3), сульфідах (FeS2, ZnS), солях (NaCl, CaCO3). Саме з таких природних сполук і добувають метали шляхом їх хімічної переробки.

Природні мінеральні сполуки, з яких економічно доцільно видобувати метал у виробничих умовах називають рудами. Найважливішими рудами є оксиди, сульфіди і карбонати металічних елементів. Першим етапом переробки руд є видалення пустої породи — збагачення руди. Добування металів із руд ґрунтується на їх відновленні різними способами.

Найважливіший спосіб одержання металів із руд — відновлення оксидів відповідних металічних елементів вугіллям (коксом) при нагріванні:

SnO2 + C = Sn + CO2.

Досить часто оксидні руди відновлюють карбон(ІІ) оксидом, а інколи — воднем:

Fe2 O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

WO3 + 3H2 = W + 3H2O.

Сульфідні руди спочатку випалюють, а потім відновлюють одержаний оксид:

2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2

PbO + C = Pb + CO.

Важливим методом добування металів є відновлення менш активних металів активнішими металами і деякими неметалами при нагріванні. Відновлення алюмінієм називають алюмінотермією, відновлення магнієм — магнієтермією, силіцієм — силікотермією:

Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3.

^ Корозія металів і способи захисту від корозії

За звичайних умов метали можуть вступати в хімічні реакції з речовинами, що містяться в навколишньому середовищі, ― киснем і водою. На поверхні металів з’являються плями, метал становиться крихким і не витримує навантажень. Це призводить до руйнування металевих виробів, на виготовлення яких було затрачено велику кількість сировини, енергію та багато людських зусиль.

Корозією називають мимовільне руйнування металів і сплавів під впливом навколишнього середовища.

Яскравий приклад корозії ― іржа на поверхні сталевих і чавунних виробів. Щорічно через корозію втрачають біля чверті всього виробленого у світі заліза. Витрати на ремонт або заміну суден, автомобілів, приладів і комунікацій, водопровідних труб у багато разів перевищують вартість металу, з якого вони виготовлені. Продукти корозії забруднюють навколишнє середовище і негативно впливають на життя та здоров'я людей.

Хімічна корозія відбувається в різних хімічних виробництвах. В атмосфері активних газів (водню, сірководню, хлору), в середовищі кислот, лугів, солей, а також у розплавах солей і інших речовин відбуваються специфічні реакції із залученням металевих матеріалів, із яких зроблені апарати, в яких здійснюється хімічний процес. Газова корозія відбувається при підвищених температурах. Під її вплив попадають арматура печей, деталі двигунів внутрішнього згоряння. Електрохімічна корозія відбувається, якщо метал міститься у будь-якому водному розчині.

Найбільш активними компонентами навколишнього середовища, які діють на метали, є кисень О2, водяна пара Н2О, карбон(IV) оксид СО2, сульфур(IV) оксид SО2, нітроген(IV) оксид NО2. Дуже сильно прискорюється процес корозії при контакті металів з солоною водою. З цієї причини кораблі іржавіють у морській воді швидше, ніж у прісній.

Суть корозії полягає в окисненні металів. Продуктами корозії можуть бути оксиди, гідроксиди, солі тощо. Наприклад, корозії заліза можна схематично описати таким рівнянням:

4Fe + 6H2O + 3O2 → 4Fe(OH)3.

Зупинити корозію неможливо, але її можна сповільнити. Існує багато способів захисту металів від корозії, але основним прийомом є запобігання контакту заліза з повітрям. Для цього металеві вироби фарбують, покривають лаком або вкривають шаром мастила. У більшості випадків цього достатньо, щоб метал не руйнувався протягом декількох десятків або навіть сотень років. Інший спосіб захисту металів від корозії електрохімічне покриття поверхні металу чи сплаву іншими металами, які є стійкими до корозії (нікелювання, хромування, оцинковування, сріблення й золотіння). У техніці дуже часто використовують спеціальні корозійностійкі сплави. Для уповільнення корозії металевих виробів у кислому середовищі також використовують спеціальні речовини ― інгібітори.



Схожі:




База даних захищена авторським правом ©lib.exdat.com
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації