Металлы и неметаллы

Металлы и неметаллы

Все металлы проявляют только восстановительные свойства. Т.к. металлы являются восстановителями, то они отдают свои электроны неметаллам, которые проявляют окислительные свойства. Металлы взаимодействуют с галогенами с образованием солей: Fe + S = FeS, 2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃ .

При взаимодействии с кислородом металлы образуют оксиды: 2Mg + O₂ = 2MgO. Алюминий сгорает ярким, ослепительным пламенем, а поэтому в порошке применяется в качестве компонентов зажигательных ракет, фейерверков, салютов, бенгальских огней и других пиротехнических средств: 4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃.

При обычных условиях энергично взаимодействуют с водой щелочные и щелочноземельные металлы, при этом образуются щелочь и водород:

2Са + 2Н₂О = Са(ОН)₂ + Н₂.

Способность металлов взаимодействовать с растворами кислот вытекает из их положения в электрохимическом ряду напряжений.

Металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода, вытесняют его из растворов кислот, а стоящие правее – не вытесняют водород из растворов кислот:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂

Каждый металл вытесняет из растворов солей другие металлы, находящиеся правее него в ряду напряжений, и сам может быть вытеснен металлами, расположенными левее, например: Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

Cu + HgCl₂ = Hg + CuCl₂

Получение металлов. Металлы находятся в природе как в свободном виде – самородные металлы, так и в виде различных соединений. В свободном состоянии в природе встречаются такие металлы, которые трудно окисляются кислородом воздуха, платина, золото, серебро, реже ртуть, медь.

Самородные металлы обычно содержаться в небольших количествах в виде зерен или вкраплений в горных породах. Изредка встречаются и довольно крупные куски металлов – самородки. Так, из найденных самый крупный самородок меди весил 420 т, серебра – 13,5 т, а золота – 112 кг.

Большинство металлов в природе существует в связанном состоянии в виде различных химических природных соединений – минералов. Минералы входят в состав горных пород и руд. Рудами называют содержащие минералы природные образования, в которых металлы находятся в количествах, пригодных в технологическом и экономическом отношении для получения металлов в промышленности.

По химическому составу минерала, входящего в руду, различают оксидные, сульфидные и др. руды.

Обычно перед получением металлов из руды ее предварительно о б о г а щ а ю т – отделяют пустую породу, примеси и т.д., в результате образуется к о н ц е н т р а т, служащий сырьем для металлургического производства.

Металлургия – это наука о методах и процессах производства металлов из руд и других металлосодержащих продуктов, о получении сплавов и обработке металлов. Такое же название имеет и важнейшая отрасль тяжелой промышленности, занимающаяся получением металлов и сплавов.

В зависимости от метода получения металла из руды (концентрата) существует несколько видов металллургических производств.

Пирометаллургия – методы переработки руд, основанные на химических реакциях, происходящих при высоких температурах.

Гидрометаллургия– методы получения металлов, основанные на химических реакциях, происходящих в растворах.

Электрометаллургия– методы получения металлов, основанные на электролизе, т.е. выделении металлов из растворов или расплавов их соединений при пропускании через них постоянного электрического тока.

Коррозия металлов. Коррозией называют самопроизвольное разрушение металлов и сплавов под влиянием окружающей среды. Коррозию металлов и сплавов (их окисление) вызывают такие компоненты окружающей среды, как вода, кислород, оксиды углерода и серы, содержащиеся в воздухе, водные растворы солей (морская соль, грунтовые воды). Эти компоненты непосредственно окисляют металл – происходит химическая коррозия.

Чащевсего коррозии подвергаются изделия из железа. Особенно сильно корродирует металл во влажном воздухе или в воде. Упрощенно этот процесс выражают с помощью следующего уравнения химической реакции:

Fe + 3O₂ + 6H₂O = 4Fe(OH)₃

Химически чистое железо почти не корродирует. Техническое железо содержит различные примеси (в чугунах и сталях) ржавеет, т.к. одной из причин коррозии является наличие примесей в металле, его неоднородность.

Для борьбы с коррозией используют много способов:

1. Нанесение защитных покрытий на поверхности предохраняемого от коррозии металла, это масляные краски, эмали, лаки. Защищаемый от коррозии металл можно покрыть слоем другого металла: золота, серебра, хрома, никеля, олова, цинка и др. Один из самых старых способов – это лужение, или покрытие железного листа слоем олова. Такое железо называют белой жестью.

2. Использование нержавеющих сталей, содержащих спец.добавки, нержавейка (12% хрома и до 10% никеля

3. Создание контакта с более активным металлом – протектором. Например, для защиты стальных корпусов морских судов обычно используют цинк.

Неметаллы. Если для атомов металлов характерны сравнительно большие радиусы и небольшое число электронов на внешнем уровне (1 – 3), атомам неметаллов, наоборот, свойственны небольшие радиусы атомов и число электронов на внешнем энергетическом уровне от 4 до 8. Атомы металлов стремятся к отдаче внешних электронов, т.е. восстановительные свойства, а для атомов неметаллов – стремление к приему недостающих до восьмерки электронов, т.е. окислительные свойства. К неметаллам относят 22 элемента. Общих характерных свойств немного. Водород, кислород, озон, фтор, хлор, азот – газы при обычных условиях, бром – жидкость, а бор, углерод, кремний, фосфор, сера, селен, теллур, йод, астат – твердые вещества. Окраска неметаллов охватывает все цвета спектра. Температуры плавления неметаллов лежат в очень широком интервале. Разным строением кристаллических решеток объясняется и явление аллотропии.

Наиболее ярко окислительные свойства неметаллов проявляются в реакциях с металлами. S + Hg = HgS. 3H₂ + N₂ === 2NH₃

Способность неметаллов проявлять те или другие свойства определяется их положением в ряду электроотрицательности:

F ---- O----- N ----- Cl ----- Br ----- S ------ C ----- H

Электроотрицательность уменьшается