Под метали се разбира група елементи, представени под формата на най-прости вещества. Имат характерни свойства, а именно висока електро- и топлопроводимост, положителни температурен коефициентустойчивост, висока пластичност и метален блясък.

Имайте предвид, че от 118 химични елемента, които са открити досега, следните трябва да бъдат класифицирани като метали:

• сред групата на алкалоземните метали има 6 елемента;
• сред алкалните метали има 6 елемента;
• сред преходните метали 38;
• в групата на леките метали 11;
• Сред полуметалите има 7 елемента,
• 14 сред лантанидите и лантана,
• 14 в групата на актинидите и морските анемонии,
• Берилият и магнезият са извън определението.

Въз основа на това 96 елемента са класифицирани като метали. Нека да разгледаме по-подробно с какво реагират металите. Защото отвън електронен нивелирПовечето метали имат малък брой електрони от 1 до 3, след което в повечето от техните реакции те могат да действат като редуциращи агенти (т.е. те предават своите електрони на други елементи).

Реакции с най-простите елементи

• С изключение на златото и платината, абсолютно всички метали реагират с кислорода. Обърнете внимание също, че реакцията при високи температурисреща се със сребро, но сребърен (II) оксид нормални температурине се формира. В зависимост от свойствата на метала, в резултат на реакция с кислорода се образуват оксиди, супероксиди и пероксиди.

Ето примери за всяко химическо образование:

1. литиев оксид – 4Li+O 2 =2Li 2 O;
2. калиев супероксид – K+O 2 =KO 2;
3. натриев пероксид – 2Na+O 2 =Na 2 O 2.

За да се получи оксид от пероксид, той трябва да се редуцира със същия метал. Например Na 2 O 2 +2Na = 2Na 2 O. При ниско- и средноактивни метали подобна реакция ще настъпи само при нагряване, например: 3Fe+2O 2 =Fe 3 O 4.

• Металите могат да реагират с азота само с активни метали, но когато стайна температураСамо литият може да взаимодейства, образувайки нитриди - 6Li+N 2 =2Li 3 N, но при нагряване възниква следната химична реакция: 2Al+N 2 =2AlN, 3Ca+N 2 =Ca 3 N 2.
• Абсолютно всички метали реагират със сярата, както и с кислорода, с изключение на златото и платината. Обърнете внимание, че желязото може да реагира само при нагряване със сяра, образувайки сулфид: Fe+S=FeS
• Само активни метали могат да реагират с водород. Те включват метали от групи IA и IIA, с изключение на берилий. Такива реакции могат да възникнат само при нагряване, образувайки хидриди.

  Тъй като степента на окисление на водорода се счита за 1, тогава металите в в такъв случайдействат като редуциращи агенти: 2Na+H 2 =2NaH.

• Най-активните метали също реагират с въглерод. В резултат на тази реакция се образуват ацетилениди или метаниди.

Нека да разгледаме какви метали реагират с вода и какво произвеждат в резултат на тази реакция? Ацетилените, когато реагират с вода, ще дадат ацетилен, а метанът ще се получи в резултат на реакцията на вода с метаниди. Ето примери за тези реакции:

1. Ацетилен – 2Na+2C= Na 2 C 2 ;
2. Метан - Na 2 C 2 +2H 2 O=2NaOH+C 2 H 2.

Взаимодействие на киселини с метали

Металите също могат да реагират по различен начин с киселини. С всички киселини реагират само тези метали, които са в серията на електрохимичната активност на металите до водорода.

Нека дадем пример за реакция на заместване, който показва с какво реагират металите. По друг начин тази реакция се нарича редокс: Mg+2HCl=MgCl 2 +H 2 ^.

Някои киселини също могат да взаимодействат с метали, които идват след водорода: Cu+2H 2 SO 4 =CuSO 4 +SO 2 ^+2H 2 O.

Имайте предвид, че такава разредена киселина може да реагира с метала според даденото класическа схема: Mg+H2SO4 =MgSO4 +H2^.

1. Металите реагират с неметали.

2 Аз + н Hal 2 → 2 MeHal n

4Li + O2 = 2Li2O

Алкалните метали, с изключение на лития, образуват пероксиди:

2Na + O 2 = Na 2 O 2

2. Металите, предхождащи водорода, реагират с киселини (с изключение на азотна и сярна киселина), за да освободят водород

Me + HCl → сол + H2

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2

Pb + 2 HCl → PbCl2↓ + H2

3. Активните метали реагират с вода, образувайки алкали и освобождавайки водород.

2Me+ 2n H 2 O → 2Me(OH) n + н H 2

Продуктът от окисляването на метала е неговият хидроксид – Me(OH) n (където n е степента на окисление на метала).

Например:

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

4. Металите със средна активност реагират с вода при нагряване, за да образуват метален оксид и водород.

2Me + nH 2 O → Me 2 O n + nH 2

Продуктът на окисление в такива реакции е метален оксид Me 2 O n (където n е степента на окисление на метала).

3Fe + 4H 2 O → Fe 2 O 3 FeO + 4H 2

5. Металите след водорода не реагират с вода и киселинни разтвори (с изключение на концентрациите на азот и сяра)

6. По-активните метали изместват по-малко активните от разтворите на техните соли.

CuSO 4 + Zn = Zn SO 4 + Cu

CuSO 4 + Fe = Fe SO 4 + Cu

Активните метали - цинк и желязо - замениха медта в сулфата и образуваха соли. Цинкът и желязото се окисляват, а медта се редуцира.

7. Халогените реагират с вода и алкален разтвор.

Флуорът, за разлика от другите халогени, окислява водата:

2H 2 O+2F 2 = 4HF + О 2 .

на студено: Cl2+2KOH=KClO+KCl+H2OCl2+2KOH=KClO+KCl+H2O се образуват хлорид и хипохлорит

при нагряване: 3Cl2+6KOH−→KClO3+5KCl+3H2O3Cl2+6KOH→t,∘CKClO3+5KCl+3H2O се образуват лорид и хлорат

8 Активните халогени (с изключение на флуора) изместват по-малко активните халогени от разтворите на техните соли.

9. Халогените не реагират с кислорода.

10. Амфотерните метали (Al, Be, Zn) реагират с разтвори на основи и киселини.

3Zn+4H2SO4= 3 ZnSO4+S+4H2O

11. Магнезият реагира с въглероден двуокиси силициев оксид.

2Mg + CO2 = C + 2MgO

SiO2+2Mg=Si+2MgO

12. Алкалните метали (с изключение на лития) образуват пероксиди с кислорода.

2Na + O 2 = Na 2 O 2

3. Класификация на неорганичните съединения

Прости вещества – вещества, чиито молекули се състоят от атоми от един и същи вид (атоми от един и същи елемент). IN химична реакцияне може да се разложи, за да образува други вещества.

Сложни вещества (или химични съединения) – вещества, чиито молекули се състоят от атоми от различен тип (атоми от различни химични елементи). При химични реакции те се разлагат, за да образуват няколко други вещества.

Простите вещества се делят на две големи групи: метали и неметали.

Метали – група елементи с характерни метални свойства: твърдите вещества (с изключение на живака) имат метален блясък, са добри проводници на топлина и електричество, ковки (желязо (Fe), мед (Cu), алуминий (Al), живак ( Hg), злато (Au), сребро (Ag) и др.).

Неметали – група елементи: твърди, течни (бром) и газообразни вещества, които нямат метален блясък, са изолатори, крехки.

А сложните вещества от своя страна се разделят на четири групи или класа: оксиди, основи, киселини и соли.

Оксиди - това са сложни вещества, чиито молекули включват атоми на кислорода и някои други вещества.

Основания - това са сложни вещества, в които металните атоми са свързани с една или повече хидроксилни групи.

От гледна точка на теорията на електролитната дисоциация основите са сложни вещества, дисоциацията на които във воден разтвор произвежда метални катиони (или NH4+) и хидроксидни аниони OH-.

Киселини - това са сложни вещества, чиито молекули включват водородни атоми, които могат да бъдат заменени или заменени с метални атоми.

соли - това са сложни вещества, чиито молекули се състоят от метални атоми и киселинни остатъци. Солта е продукт на частично или пълно заместване на водородните атоми на киселина с метал.

Структурата на металните атоми определя не само характерните физични свойства на простите вещества - метали, но и техните общи химични свойства.

С голямо разнообразие всички химични реакции на металите са окислително-редукционни и могат да бъдат само два вида: комбинация и заместване. Металите са способни да отдават електрони по време на химични реакции, тоест да бъдат редуциращи агенти и да показват само положително състояние на окисление в получените съединения.

IN общ изгледтова може да се изрази чрез диаграмата:
Me 0 – ne → Me +n,
където Me е метал - просто вещество, а Me 0+n е метал, химичен елемент в съединение.

Металите са способни да отдават своите валентни електрони на неметални атоми, водородни йони и йони на други метали и следователно ще реагират с неметали - прости вещества, вода, киселини, соли. Редукционната способност на металите обаче варира. Състав на реакционните продукти на металите с различни веществазависи от окислителната способност на веществата и условията, при които протича реакцията.

При високи температури повечето метали горят в кислород:

2Mg + O2 = 2MgO

Само златото, среброто, платината и някои други метали не се окисляват при тези условия.

Много метали реагират с халогени без нагряване. Например алуминиевият прах, когато се смеси с бром, се запалва:

2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3

Когато металите взаимодействат с вода, в някои случаи се образуват хидроксиди. При нормални условия алкалните метали, както и калцият, стронций и барий, взаимодействат много активно с водата. Общата схема на тази реакция изглежда така:

Me + HOH → Me(OH) n + H 2

Други метали реагират с водата при нагряване: магнезият при кипене, желязото във водна пара при кипене до червено. В тези случаи се получават метални оксиди.

Ако даден метал реагира с киселина, той е част от получената сол. Когато метал взаимодейства с киселинни разтвори, той може да се окисли от присъстващите в разтвора водородни йони. Съкратено йонно уравнениеНай-общо може да се напише по следния начин:

Me + nH + → Me n + + H 2

Анионите на кислородсъдържащи киселини, като концентрирана сярна и азотна, имат по-силни окислителни свойства от водородните йони. Следователно тези метали, които не могат да бъдат окислени от водородни йони, например мед и сребро, реагират с тези киселини.

Когато металите взаимодействат със соли, възниква реакция на заместване: електрони от атомите на заместващия, по-активен метал, преминават към йоните на заместващия, по-малко активен метал. Тогава мрежата заменя метала с метал в соли. Тези реакции не са обратими: ако метал A измества метал B от солевия разтвор, тогава метал B няма да измества метал A от солевия разтвор.

В низходящ ред на химическа активност, проявяваща се в реакциите на изместване на металите един от друг от водни разтвори на техните соли, металите са разположени в електрохимичната серия от напрежения (активности) на металите:

Li → Rb → K → Ba → Sr → Ca → Na→ Mg → Al → Mn → Zn → Cr → → Fe → Cd→ Co → Ni → Sn → Pb → H → Sb → Bi → Cu → → Ag → Pd → Pt → Au

Металите, разположени вляво в този ред, са по-активни и могат да изместят следните метали от солните разтвори.

Водородът е включен в електрохимичния ред напрежения на металите, като единственият неметал, който споделя общо свойство с металите - да образува положително заредени йони. Следователно водородът замества някои метали в техните соли и сам по себе си може да бъде заменен от много метали в киселини, например:

Zn + 2 HCl = ZnCl 2 + H 2 + Q

Металите, които идват преди водорода в електрохимичните напрежения, го изместват от разтвори на много киселини (солна, сярна и др.), Но всички, които го следват, например медта, не го изместват.

уебсайт, при пълно или частично копиране на материал се изисква връзка към източника.

Първият материал, който хората се научиха да използват за своите нужди, беше камъкът. Но по-късно, когато човекът осъзнава свойствата на металите, камъкът се премества далеч назад. Именно тези вещества и техните сплави са станали най-важният и основен материал в ръцете на хората. От тях са правени предмети за бита и оръдия на труда, изграждани са жилища. Затова в тази статия ще разгледаме какво представляват металите, основни характеристики, чиито свойства и приложение са толкова актуални и до днес. В крайна сметка буквално веднага след каменната ера последва цяла плеяда от метали: мед, бронз и желязо.

Метали: обща характеристика

Какво обединява всички представители на тези прости вещества? Разбира се, това е структурата на тяхната кристална решетка, видовете химични връзки и характеристиките на електронната структура на атома. В крайна сметка, оттук и характерните физически свойства, които са в основата на използването на тези материали от хората.

Първо, нека разгледаме металите като химически елементипериодична система. В него те са разположени доста свободно, заемайки 95 клетки от 115 известни днес. Има няколко особености на тяхното разположение в общата система:

• Те образуват основните подгрупи на групи I и II, както и III, като се започне от алуминия.
• Всички странични подгрупи се състоят само от метали.
• Те са разположени под конвенционалния диагонал от бор до астат.

Въз основа на такива данни е лесно да се види, че неметалите се събират в горната дясна част на системата, а останалата част от пространството принадлежи на елементите, които разглеждаме.

Всички те имат няколко характеристики на електронната структура на атома:

Общите характеристики на металите и неметалите позволяват да се идентифицират закономерностите в тяхната структура. По този начин кристалната решетка на първия е метална и специална. Неговите възли съдържат няколко вида частици:

• йони;
• атоми;
• електрони.

Вътре се натрупва общ облак, наречен електронен газ, което обяснява всички физически свойства на тези вещества. Тип химическа връзкав металите същото име с тях.

Физични свойства

Има редица параметри, които обединяват всички метали. Общата им характеристика физични свойстваизглежда така.

Изброените параметри са общите характеристики на металите, тоест всичко, което ги обединява в едно голямо семейство. Трябва обаче да се разбере, че всяко правило има изключения. Освен това има твърде много елементи от този вид. Следователно в самото семейство също има разделения на различни групи, които ще разгледаме по-долу и за които ще посочим характерни особености.

Химични свойства

От гледна точка на науката химия всички метали са редуциращи агенти. При това много силна. Колкото по-малко електрони са във външното ниво и колкото по-голям е атомният радиус, толкова по-силен е металът според този параметър.

В резултат на това металите могат да реагират с:

Просто е общ прегледхимични свойства. В крайна сметка за всяка група елементи те са чисто индивидуални.

Алкалоземни метали

Общите характеристики на алкалоземните метали са следните:

По този начин алкалоземните метали са общи елементи от s-семейството, които проявяват висока химическа активност и са силни редуциращи агенти и важни участници в биологичните процеси в тялото.

Алкални метали

Общите характеристики започват с името им. Те го получиха заради способността му да се разтваря във вода, образувайки алкали - каустични хидроксиди. Реакциите с вода са много бурни, понякога с възпаление. Тези вещества не се срещат в свободна форма в природата, тъй като тяхната химическа активност е твърде висока. Те реагират с въздух, водни пари, неметали, киселини, оксиди и соли, тоест с почти всичко.

Това се обяснява с тяхната електронна структура. На външното ниво има само един електрон, който те лесно предават. Това са най-силните редуциращи агенти, поради което са били необходими доста усилия за получаването им в чист вид. за дълго време. Това е направено за първи път от Хъмфри Дейви още през 18 век чрез електролиза на натриев хидроксид. Сега всички представители на тази група се добиват по този метод.

Обща характеристика на алкалните метали е, че те съставляват първата група, основната подгрупа на периодичната таблица. Всички тях - важни елементи, образувайки много ценни естествени съединенияизползвани от хората.

Обща характеристика на металите от d- и f-семействата

Тази група елементи включва всички онези, чието състояние на окисление може да варира. Това означава, че в зависимост от условията металът може да действа както като окислител, така и като редуциращ агент. Такива елементи имат голяма способност да реагират. Сред тях има голям брой амфотерни вещества.

Общото име за всички тези атоми е преходни елементи. Те са го получили, защото по отношение на свойствата си наистина стоят по средата, между типичните метали от s-семейството и неметалите от p-семейството.

Общите характеристики на преходните метали предполагат обозначаването на техните сходни свойства. Те са както следва:

• голям брой електрони във външното ниво;
• голям атомен радиус;
• няколко степени на окисление (от +3 до +7);
• са на d- или f-подниво;
• образуват 4-6 големи периода на системата.

Като прости вещества, металите от тази група са много здрави, ковки и пластични, поради което имат голямо индустриално значение.

Странични подгрупи на периодичната система

Общите характеристики на металите от страничните подгрупи напълно съвпадат с тези на преходните метали. И това не е изненадващо, защото по същество те са абсолютно едно и също нещо. Просто страничните подгрупи на системата се формират точно от представители на d- и f-семействата, тоест преходни метали. Следователно можем да кажем, че тези понятия са синоними.

Най-активните и важни от тях са първият ред от 10 представители от скандий до цинк. Всички те имат важно индустриално значение и често се използват от хората, особено за топене.

Сплави

Общите характеристики на металите и сплавите позволяват да се разбере къде и как могат да се използват тези вещества. Такива съединения са претърпели големи трансформации през последните десетилетия, тъй като се откриват и синтезират нови добавки за подобряване на тяхното качество.

Най-известните сплави днес са:

• месинг;
• дуралуминий;
• излято желязо;
• стомана;
• бронз;
• ще спечели;
• нихром и други.

Какво е сплав? Това е смес от метали, получена чрез топене на последните в специални пещи. Това се прави, за да се получи продукт, който превъзхожда свойствата на чистите вещества, които го образуват.

Сравнение на свойствата на металите и неметалите

Ако говорим за общи свойства, тогава характеристиките на металите и неметалите ще се различават в една много важна точка: за последните е невъзможно да се разграничат сходни характеристики, тъй като те са много различни в своите проявени свойства, както физични, така и химични.

Следователно е невъзможно да се създаде подобна характеристика за неметалите. Можете да разгледате само представителите на всяка група поотделно и да опишете техните свойства.

Цел на работата:практически се запознават с характерните химични свойства на металите с различна активност и техните съединения; изучават характеристиките на металите с амфотерни свойства. Редокс реакциите се балансират с помощта на метода на електронно-йонния баланс.

Теоретична част

Физични свойства на металите. При нормални условия всички метали, с изключение на живака, са твърди вещества, които рязко се различават по степен на твърдост. Металите, като проводници от първи вид, имат висока електрическа и топлопроводимост. Тези свойства са свързани със структурата на кристалната решетка, в чиито възли има метални йони, между които се движат свободни електрони. Преносът на електричество и топлина възниква поради движението на тези електрони.

Химични свойства на металите . Всички метали са редуциращи агенти, т.е. По време на химични реакции те губят електрони и се превръщат в положително заредени йони. В резултат на това повечето метали реагират с типични окислители, като кислород, образувайки оксиди, които в повечето случаи покриват повърхността на металите в плътен слой.

Mg° +O 2 °=2Mg +2 о- 2

Mg-2=Mg +2

ОТНОСНО 2 +4 =2О -2

Редукционната активност на металите в разтворите зависи от позицията на метала в редицата на напрежението или от стойността на електродния потенциал на метала (таблица). Колкото по-нисък е електродният потенциал на даден метал, толкова по-активен е редуциращият агент е. Всички метали могат да бъдат разделени на 3 групи :

Активни метали – от началото на серията напрежения (т.е. от Li) до Mg;

Метали с междинна активност от Mg до Н;

Нискоактивни метали – от H до края на серията напрежения (до Au).

Металите от група 1 взаимодействат с вода (това включва главно алкални и алкалоземни метали); Продуктите на реакцията са хидроксиди на съответните метали и водород, например:

2К°+2Н 2 О=2КОН+Н 2 ОТНОСНО

K°-=К + | 2

2H + +2 =N 2 0 | 1

Взаимодействие на метали с киселини

Всички безкислородни киселини (солна HCl, бромоводородна HBr и др.), Както и някои кислородсъдържащи киселини (разредена сярна киселина H 2 SO 4, фосфорна киселина H 3 PO 4, оцетна киселина CH 3 COOH и др.) Реагират с метали 1 и 2 групи, стоящи в серията на напрежението до водорода. В този случай се образува съответната сол и се отделя водород:

Zn+ з 2 ТАКА 4 = ZnSO 4 + з 2

Zn 0 -2 = Zn 2+ | 1

2H + +2 =N 2 ° | 1

Концентрираната сярна киселина окислява метали от групи 1, 2 и частично 3 (до Ag включително), докато се редуцира до SO 2 - безцветен газ с остра миризма, свободна сяра, утаена под формата на бяла утайка или сероводород H 2 S - газ с миризма на гнило яйца Колкото по-активен е металът, толкова повече сярата се редуцира, например:

| 1

| 8

Азотната киселина с всякаква концентрация окислява почти всички метали, което води до образуването на нитрат на съответния метал, вода и редукторния продукт N +5 (NO 2 - кафяв газ с остра миризма, NO - безцветен газ с остра миризма, N 2 O - газ с наркотична миризма, N 2 е газ без мирис, NH 4 NO 3 е безцветен разтвор). Колкото по-активен е металът и колкото по-разредена е киселината, толкова повече азот се редуцира в азотната киселина.

Реагирайте с алкали амфотерни метали, принадлежащи предимно към група 2 (Zn, Be, Al, Sn, Pb и др.). Реакцията протича чрез сливане на метали с алкали:

Pb+2 NaOH= Na 2 PbO 2 +H 2

Pb 0 -2 = Pb 2+ | 1

2H + +2 =N 2 ° | 1

или при взаимодействие с силно решениеалкали:

Be + 2NaOH + 2H 2 ОТНОСНО = Na 2 +H 2

Be°-2= Бъдете +2 | 1

Амфотерните метали образуват амфотерни оксиди и съответно амфотерни хидроксиди (реагиращи с киселини и основи за образуване на соли и вода), например:

или в йонна форма:

или в йонна форма:

Практическа част

Опит No1.Взаимодействие на метали с вода .

Вземете малко парче алкален или алкалоземен метал (натрий, калий, литий, калций), който се съхранява в буркан с керосин, изсушете го добре с филтърна хартия и го добавете в порцеланова чаша, пълна с вода. В края на опита добавете няколко капки фенолфталеин и определете средата на получения разтвор.

Когато магнезият реагира с вода, загрейте реакционната тръба за известно време върху спиртна лампа.

Опит No2.Взаимодействие на метали с разредени киселини .

Налейте 20 - 25 капки 2N разтвор на солна, сярна и азотни киселини. Пуснете метали под формата на жици, парчета или талаш във всяка епруветка. Наблюдавайте случващите се явления. Загрейте епруветките, в които нищо не се случва, в спиртна лампа, докато започне реакцията. Внимателно подушете епруветката, съдържаща азотна киселина, за да определите отделения газ.

Опит No3.Взаимодействие на метали с концентрирани киселини .

Налейте 20 - 25 капки концентрирана азотна и сярна (внимателно!) Киселини в две епруветки, спуснете метала в тях и наблюдавайте какво се случва. Ако е необходимо, епруветките могат да се нагреят в спиртна лампа преди да започне реакцията. За да определите отделените газове, внимателно подушете тръбите.

Експеримент №4.Взаимодействие на метали с алкали .

Изсипете 20 - 30 капки концентриран алкален разтвор (KOH или NaOH) в епруветка и добавете метала. Загрейте леко епруветката. Наблюдавайте какво се случва.

Опит№5. Касова бележка и имоти метални хидроксиди.

Изсипете 15-20 капки сол от съответния метал в епруветка, добавете алкали, докато се образува утайка. Разделете утайката на две части. Изсипете разтвор на солна киселина към едната част, а алкален разтвор към другата. Отбележете наблюденията, напишете уравнения в молекулярни, пълни йонни и къси йонни форми и направете заключения за природата на получения хидроксид.

Дизайн на работата и заключения

Напишете уравнения на електрон-йонния баланс за редокс реакции, напишете йонообменни реакции в молекулярни и йонно-молекулни форми.

В заключенията си напишете към коя група на активност (1, 2 или 3) принадлежи изучаваният от вас метал и какви свойства – основни или амфотерни – проявява неговият хидроксид. Обосновете заключенията си.

Лабораторна работа №11