Тема: Характеристика металлов.

Тема: Характеристика металлов.

ЗАДАНИЕ НА УРОК: Прочитайте теоретический материал, напишите краткий опорный конспект, дайте ответы на контрольные вопросы в письменном виде.

1. Общая характеристика металлов.

Первая, вторая, третья группы Периодической системы, а также побочные подгруппы остальных групп, включают только металлы (кроме водорода и бора). Металлы на внешнем электронном слое имеют, как правило, 1 - 3 электрона и легко отдают их, проявляя при этом восстановительные свойства.

Чистые металлы в твердом состоянии имеют металлическую кристаллическую решетку, в узлах которой находятся атомы и положительно заряженные ионы, а между ними свободно перемещаются электроны. Атомы в кристаллической решетке металлов расположены очень близко друг к другу, и их валентные электроны могут перемещаться не только вокруг одного атома, а вокруг многих. Таким образом, валентные электроны свободно перемещаются по всему металлу, образуя так называемый электронный газ.

Существование свободных электронов в металлах подтверждается следующими фактами:

1)металлы обладают большой электрической проводимостью;

2)при нагревании все металлы испускают поток свободных электронов.

Кристаллические решетки металлов могут иметь разную геометрическую форму. Расположение атомов в кристаллической решетке оказывает большое влияние на свойства простых веществ - металлов: физические, механические, химические.

2. Свойства металлов.

2.1 Химические свойства. Особенности химических свойств металлов (простых веществ) обусловлены главным образом наличием в их атомах электронов, слабо связанных с ядром.

Общим присущим исключительно металлам химическим свойством является способность отдавать электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы:

М - 1е- = М⁺¹

Способность отдавать электроны выражена у металлов по-разному. Мерой прочности связи электронов в атомах является энергия ионизации. Наименьшей энергией ионизации обладают щелочные металлы, поэтому они проявляют сильные восстановительные свойства.

Восстановительными свойствами металлов обусловлена их способность вступать в реакции с различными окислителями: неметаллами и сложными веществами.

Названия соединений металлов с неметаллами часто оканчиваются на -ид (оксид, хлорид, нитрид, сульфид и т.д.).

1) Отношение к неметаллам. Металлы взаимодействуют с неметаллами:

■ большинство металлов легко реагирует с кислородом, давая оксиды:

4Li + 0₂ = 2Li₂0 оксид лития; 2Mg + 0₂ = 2MgO оксид магния

§ большинство металлов легко взаимодействует с галогенами, образуя соли:

2Na + 1₂ = 2NaI иодид натрия; 2Fe + ЗС1₂ = 2FeCl₃хлорид железа

■ с азотом металлы образуют нитриды:

ЗВа + N₂ = Ba₃N₂нитрид бария; 6Na + N₂ = 2Na₃N нитрид натрия

■ при определенных условиях металлы взаимодействуют с серой, образуя сульфиды:

Fe + S = FeS сульфид железа; 2А1 + 3S = A1₂S₃ сульфид алюминия

§ необходимо отметить, что чем более электроотрицателен элемент, тем он глубже (сильней) окисляет металл; например, если в соединениях с серой железо имеет степень окислении +2, то в соединениях с хлором +3; соединения металлов с углеродом называют карбидами

4А1 + ЗС = А1₄С₃карбид алюминия; Са + 2С = СаС₂ карбид кальция

§ соединения металлов с фосфором можно получить путем синтеза при высокой (600—1200 С) температуре; эти соединения называют фосфидами:

3Li + Р = Li₃P фосфид лития; 3Zn + 2Р = Zn₃P₂ фосфид цинка

фосфиды некоторых металлов обладают полупроводниковыми свойствами, легко разлагаются водой с выделением газа — фосфина:

Li₃P + ЗН₂0 = ЗЬЮН + РН₃Фосфин

с водородом взаимодействуют только щелочные и щелочноземельные металлы, давая гидриды:

2Li + Н₂ = 2LiH гидрид лития; Са + Н₂ = СаН₂гидрид кальция

гидриды остальных металлов получают другим путем;

§ при непосредственном взаимодействии некоторых металлов с кремнием могут быть получены силициды, например:

2Mg + Si = Mg₂Si силицид магния

Силициды могут иметь более сложный состав, могут полимеризоваться.

2)Отношение к сложным веществам. По степени легкости отдачи электронов в растворах металлы можно расположить в ряд напряжений металлов:

Li, Cs, К, Са, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H₂, Cu, Ag, Hg, Au

Усиление восстановительной способности

Li⁺, Cs⁺, K⁺, Ca²⁺, Na⁺, Mg²\ Al³⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Ni²⁺, Sn²⁺, Pb²⁺, 2H⁺, Cu²⁺, Ag⁺, Hg²⁺,Au³⁺ Усиление окислительной способности.

В этот ряд помещен и водород, потому что это единственный неметалл, разделяющий с металлами их общее свойство — способность находиться в водных растворах в виде положительных ионов, хотя и гидратированных.

Нужно сказать, что ряд напряжений металлов справедлив лишь применительно к определенным условиям. Металлы в ряду напряжений расположены по убыванию (ослаблению) их восстановительной способности в растворах или по возрастанию (усилению) окислительной способности их ионов в растворах. В ряду напряжений каждый предыдущий металл вытесняет из растворов солей все последующие.

Металлы, расположенные в ряду до водорода, вытесняют водород из разбавленных кислот (кроме азотной), а щелочные и щелочноземельные вытесняют водород даже из воды.

Ряд напряжений металлов справедлив только для окислительно-восстановительных процессов, происходящих в водной среде.

Важные химические свойства металлов проявляются в их отношении к воде, растворам кислот, основаниям, солям.

1. Щелочные и щелочноземельные металлы энергично реагируют с водой при обычной температуре:

2Na + 2Н₂0 = 2NaOH + Н₂

другие металлы — при высокой температуре:

3Fe + 4Н₂0 = Fe₃0₄ + 4Н₂

2. Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, реагируют с разбавленными кислотами (кроме азотной), вытесняя из кислоты водород, например:

2НС1 + Ва = ВаС1₂ + Н₂; H₂S0₄(paзб.) + Zn = ZnS0₄ + Н₂

Кислоты-окислители (концентрированная H₂S0₄, концентрированная и разбавленная HN0₃) при взаимодействии с металлами водород не выделяют, например:

Си + 2H₂S0₄(kohц.) = CuS0₄ + SO_a + 2Н₂0

Малоактивные металлы, например медь, ртуть, при взаимодействии с концентрированной азотной кислотой реагируют по схеме

М + 4HN0₃ = M(N0₃)₂ + 2Н₂0 + 2N0₂

с разбавленной азотной кислотой — по схеме

ЗМ + 8HN0₃ = 3M(N0₃)₂ + 4Н₂0 + 2NO

Очень разбавленная азотная кислота активным металлом восстанавливается до NH₄N0₃, например:

4Zn + 10HN0₃ = 4Zn(N0₃)₂ + 3H₂0 + NH₄N0₃

3. Способность атомов металлов отдавать электроны наиболее ярко проявляется в реакциях с растворами солей. Например, при погружении железной пластинки в раствор соли меди железо окисляется и переходит в раствор, и катионы меди восстанавливаются до свободной меди, которая оседает на железной пластинке:

Fe + CuS0₄ = FeS0₄ + Cu

4. Некоторые металлы, например цинк, алюминий, хром, могут взаимодействовать с щелочами, образуя соли (илюминаты, цинкаты, хроматы) соответствующих слабых кислот, например:

2А1 + 2 NaOH + 2Н₂0 = 2NaA10₂ + ЗН₂Метаалюминат натрия

Zn + 2NaOH = Na₂Zn0₂ + Н₂ Цинкат натрия

2.2 Физические свойства. Все металлы, за исключением ртути, при обычных условиях — твердые вещества. В компактном состоянии (в виде пластинки, слитка) для металлов характерен блеск из-за отражения света от их поверхности. В тонкоизмельченном состоянии металлический блеск сохраняют только магний и алюминий, порошки остальных металлов имеют черный или темно-серый цвет.

Большинство металлов имеет белый серебристый цвет; не прозрачны, так как почти все они в одинаковой мере поглощают излучение длинных и коротких волн. Исключение составляют цезий и золото — желтого цвета, медь — желто-красного.

В технике металлы принято делить на следующие группы:

■ по цвету: черные (железо, хром, марганец и их сплавы), цветные - все остальные;

■ по плотности: легкие (плотность < 5 г/см³), тяжелые (плотность > 5 г/см³); к легким металлам относятся литий, калий, кальций, алюминий и другие; примером тяжелых металлов служат олово, свинец, ртуть, железо; самым легким металлом является литий (плотность 0,53 г/см^{^[1]}), самым тяжелым — осмий (плотность 22,5 г/см³);

■ по температуре плавления: легкоплавкие(температура плавления 350 С⁰ и ниже); тугоплавкие(температура плавления выше 350 С); например, легкоплавкие: свинец — 327°С, олово — 232⁰ С, натрий — 98⁰, калий — 63⁰ С, цезий — 28 °С и другие; тугоплавкие: железо — 1539 °С, хром — 1875 С; самые тугоплавкий металлы — вольфрам, температура плавления которого 3380⁰ С, и рений, имеющий температуру плавлении 2180⁰С.

Самыми важными физическими свойствами металлов являются электрическая проводимость и теплопроводность, Эти виды проводимости обусловлены наличием в металлах свободных электронов. Наибольшую электрическую проводимость имеет серебро, затем — медь, золото, хром, алюминий, магний.

12 Следующая ⇒