Металите означават група елементи, която е представена под формата на най-простите вещества. Те имат характерни свойства, а именно висока електрическа и топлопроводимост, положителни температурен коефициентустойчивост, висока пластичност и метален блясък.

Имайте предвид, че от 118-те химически елемента, които са открити досега, металите трябва да включват:

• сред групата на алкалоземните метали има 6 елемента;
• сред алкалните метали има 6 елемента;
• сред преходни метали 38;
• в групата на леките метали 11;
• има 7 елемента сред полуметали,
• 14 сред лантанидите и лантана,
• 14 в групата на актинидите и анемоните,
• Берилият и магнезият са извън определението.

Въз основа на това 96 елемента принадлежат към метали. Нека разгледаме по-отблизо с какво реагират металите. Тъй като отвън електронно нивоповечето метали имат малък брой електрони от 1 до 3, тогава в повечето си реакции те могат да действат като редуциращи агенти (тоест даряват електроните си на други елементи).

Реакции с най-простите елементи

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

Ето примери за всяко от химическото 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 бъде редуциран със същия метал. Например Na 2 O 2 + 2Na = 2Na 2 O. При нискоактивни и средни метали подобна реакция ще възникне само при нагряване, например: 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4.

• Металите могат да реагират с азот само с активни метали, но когато стайна температурасамо литият може да взаимодейства, образувайки нитриди - 6Li + N 2 = 2Li 3 N, но при нагряване възниква такава химическа реакция 2Al + N 2 = 2AlN, 3Ca + N 2 = Ca 3 N 2.
• Абсолютно всички метали реагират със сяра, както и с кислород, с изключение на златото и платината. Имайте предвид, че желязото може да взаимодейства само когато се нагрява със сяра, като по този начин образува сулфид: Fe + S = FeS
• Само активните метали могат да реагират с водород. Те включват метали от групи IA и IIA, с изключение на берилия. Такива реакции могат да се осъществят 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 въглерода. В резултат на тази реакция се образуват ацетилениди или метаниди.

Помислете кои метали реагират с вода и какво дават в резултат на тази реакция? Ацетилените, когато взаимодействат с вода, ще дадат ацетилен, а метанът ще се получи в резултат на реакцията на водата с метаниди. Ето някои примери за тези реакции:

1. Ацетилен - 2Na + 2C = Na 2 C 2;
2. Метан - Na2C2 + 2H2O = 2NaOH + C2H2.

Реакция на киселини с метали

Металите също могат да реагират с киселини по различни начини. Само тези метали реагират с всички киселини, които са в реда на електрохимичната активност на металите към водорода.

Ето пример за реакция на заместване, която показва с какво реагират металите. По друг начин такава реакция се нарича редокс: Mg + 2HCl = MgCl 2 + H 2 ^.

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

Имайте предвид, че такава разредена киселина може да реагира с метал според даденото класически модел: 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, издържащи на водород, реагират с киселини (с изключение на азотни и сярни концентрации) с отделяне на водород

Me + HCl → сол + H2

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2

Pb + 2 HCl → PbCl2 ↓ + H2

3. Активните метали реагират с вода, за да образуват алкали и отделят водород.

2Me + 2n H2O → 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 металният 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 азотна и сярна конц.)

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

CuSO 4 + Zn = Zn SO 4 + Cu

CuSO 4 + Fe = Fe SO 4 + Cu

Активните метали - цинк и желязо заменят медта в сулфат и образуват соли. Цинкът и желязото се окисляват, а медта се редуцира.

7. Халогените реагират с вода и алкален разтвор.

Флуорът, за разлика от други халогени, окислява водата:

2H 2 O + 2F 2 = 4HF + O 2 .

в студа: Cl2 + 2KOH = KClO + KCl + H2OCl2 + 2KOH = KClO + KCl + H2O се образуват хлорид и хипохлорит

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

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 литий) образуват пероксиди с кислород.

2Na + O 2 = Na 2 O 2

3. Класификация на неорганичните съединения

Прости вещества - вещества, чиито молекули се състоят от атоми от един вид (атоми на един елемент). V химична реакцияне могат да се разлагат, за да образуват други вещества.

Комплексни вещества (или химични съединения) - вещества, чиито молекули се състоят от атоми от различни видове (атоми на 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: твърди вещества (с изключение на живак) имат метален блясък, 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 подразделят на четири групи или класове: оксиди, основи, киселини и соли.

Оксиди - това са сложни вещества, в състава на молекулите на които са включени атоми на кислород и някои други вещества.

Основи Това са сложни вещества, в които металните атоми са комбинирани с една или повече хидроксилни групи.

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

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

Сол Това са сложни вещества, чиито молекули са съставени от метални атоми и киселинни остатъци. Солта е продукт на частично или пълно заместване на метал с водородни атоми на киселина.

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 редокс реакции и могат да бъдат само два вида: съединения и замествания. Металите са способни да даряват електрони по време на химични реакции, тоест да бъдат редуциращи агенти, показвайки само положително окислително състояние в получените съединения.

V общ изгледтова може да се изрази със схемата:
Ме 0 - ne → Me + n,
където Me е метал - просто вещество, а Me 0 + n е метал - химичен елемент в съединение.

Металите са в състояние да дарят своите валентни електрони на неметални атоми, водородни йони, йони на други метали и следователно ще реагират с неметали - прости вещества, вода, киселини, соли. Въпреки това, намаляващата способност на металите е различна. Съставът на реакционните продукти на металите с различни веществасъщо зависи от окислителната способност на веществата и условията, при които протича реакцията.

При високи температури повечето метали изгарят в кислород:

2Mg + O 2 = 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 калций, стронций, барий, взаимодействат много активно с водата. Схемата на тази реакция като цяло изглежда така:

Ме + HOH → Me (OH) n + H 2

Други метали реагират с вода при нагряване: магнезий, когато кипи, желязо във водна пара, когато кипи червено. В тези случаи се получават метални оксиди.

Ако металът реагира с киселина, тогава той е част от получената сол. Когато металът взаимодейства с киселинни разтвори, той може да бъде окислен от водородните йони, присъстващи в този разтвор. Съкратено йонно уравнениекато цяло може да се напише така:

Me + nH + → Me n + + H 2

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

Когато металите взаимодействат със солите, възниква реакция на заместване: електроните от атомите на заместващия - по-активен метал преминават към йоните на заместения - по-малко активен метал. Тогава мрежата е замяната на метала с метала в солите. Тези реакции не са обратими: ако метал А измести метал В от солевия разтвор, тогава метал В няма да измести метал А от солния разтвор.

В низходящ ред на химическа активност, проявяваща се в реакциите на изместване на метали един от друг от водни разтвори на техните соли, металите са разположени в електрохимичния ред 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 → Hg → Ag → Pd → Pt → Au

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

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

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

Металите в електрохимичния ред от напрежения до водород го изместват от разтвори на много киселини (солна, сярна и др.), а всички следващи го, например, не изместват медта.

сайт, с пълно или частично копиране на материала, е необходима връзка към източника.

Първият материал, който хората са се научили да използват за своите нужди, е камъкът. По-късно обаче, когато човек осъзнава свойствата на металите, камъкът се премества далеч назад. Именно тези вещества и техните сплави се превърнаха в най-важния и основен материал в ръцете на хората. Използвани са за изработка на предмети от бита, инструменти, строени са помещения. Ето защо в тази статия ще разгледаме какви са металите, основни характеристики, чиито свойства и приложение са толкова актуални и до днес. В края на краищата, буквално веднага след каменната ера, последва цяла галактика от метал: 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 особеностите на електронната структура на атома. В крайна сметка, оттук и характерните физически свойства, които са в основата на използването на тези материали от хората.

На първо място, разгледайте металите като химични елементипериодичната система. В него те са разположени доста свободно, заемайки 95 клетки от известни днес 115. Има няколко особености на тяхното местоположение в общата система:

• Образувайте основните подгрупи от групи I и II, както и III, като се започне с алуминий.
• Всички странични подгрупи са съставени само от метали.
• Те са разположени под конвенционалния диагонал от бор до астат.

Въз основа на такива данни е лесно да се проследи, че неметали са събрани в горната дясна част на системата, а цялото останало пространство принадлежи на елементите, които разглеждаме.

Всички те имат няколко характеристики на електронната структура на атома:

Общите характеристики на метали и неметали позволяват да се идентифицират модели в тяхната структура. И така, кристалната решетка на първата е метална, специална. В неговите възли има няколко вида частици наведнъж:

• йони;
• атоми;
• електрони.

Вътре се натрупва общ облак, наречен електронен газ, което обяснява всички физични свойства на тези вещества. Тип химическа връзкав едноименни метали с тях.

Физически свойства

Има редица параметри, които всички метали имат общи. Обща характеристика на техните 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 има изключения от всяко правило. Освен това има твърде много елементи от този вид. Следователно в рамките на самото семейство има и подразделения за различни групи, които ще разгледаме по-долу и за които посочваме характерните особености.

Химични свойства

От гледна точка на науката химия всички метали са редуциращи агенти. Освен това те са много силни. Колкото по-малко електрони на външното ниво и по-голям е атомният радиус, толкова по-силен е металът в този параметър.

В резултат на това металите могат да реагират с:

Просто е общ прегледхимични свойства. Всъщност за всяка група елементи те са чисто индивидуални.

Алкалноземни метали

Общите характеристики на алкалоземните метали са както следва:

По този начин алкалоземните метали са често срещани елементи от s-семейството, проявяващи висока химическа активност и са силни редуциращи агенти и важни участници в биологичните процеси в организма.

Алкални метали

Общото описание започва с името им. Те го получиха за 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, водна пара, неметали, киселини, оксиди и соли, тоест с почти всичко.

Това се дължи на тяхната електронна структура. На външното ниво има само един електрон, който те лесно даряват. Това са най-силните редуциращи агенти, поради което отне достатъчно 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.

Общата характеристика на алкалните метали се крие и във факта, че те съставляват първата група от основната подгрупа на периодичната система. Всички тях - важни елементи, образувайки много ценни природни съединения, използвани от хората.

Обща характеристика на металите от d- и f-семействата

Тази група елементи включва всички онези, чието окислително състояние 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 го получиха заради факта, че по отношение на проявените свойства те наистина стоят по средата, сякаш между типичните метали от s-семейството и неметалите от p-семейството.

Общата характеристика на преходните метали предполага обозначаването на техните сходни свойства. Те са както следва:

• голям брой електрони на външно 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, пластични и ковки, поради което имат голямо индустриално значение.

Странични подгрупи на периодичната система

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

Най-активният и важен от тях е първият ред от 10 представители от скандий до цинк. Всички те имат голямо 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 е възможно да се използват тези вещества. Такива съединения са претърпели големи трансформации през последните десетилетия, тъй като все повече и повече добавки се откриват и синтезират за подобряване на тяхното качество.

Най-известните сплави днес са:

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

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

Сравнение на свойствата на метали и неметали

Говорейки за общи свойства, тогава характеристиките на метали и неметали ще се различават в един много важен момент: за последните е невъзможно да се разграничат подобни характеристики, тъй като те са много различни по отношение на проявените свойства, както физически, така и химически.

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

Цел на работата:да се запознаят на практика с характерните химични свойства на металите с различна активност и техните съединения; изучаване на характеристиките на метали с амфотерни свойства. редокс реакциите се изравняват по метода на електрон-йонния баланс.

Теоретична част

Физични свойства на металите. При нормални условия всички метали, с изключение на живака, са твърди вещества, рязко се различават по степента 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 се осъществява поради движението на тези електрони.

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

Mg ° + O 2 ° = 2Mg +2 О- 2

Mg-2 = Mg +2

О 2 +4 = 20 -2

Редукционната активност на металите в разтвори зависи от позицията на метала в поредицата от напрежения или от стойността на потенциала на металния електрод (таблица) Колкото по-ниска е стойността на електродния потенциал на даден метал, толкова по-активен е редуциращ агент. е. Всички метали могат да бъдат разделени на 3 групи :

Активни метали - от началото на поредицата от напрежения (т.е. от Li) до Mg;

Метали със средна активност от Mg до Н;

Нискоактивни метали - от H до края на 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:

2K ° + 2N 2 O = 2KON + H 2 О

К ° -= К + | 2

2H + +2 = H 2 0 | 1

Взаимодействие на метали с киселини

Всички аноксикови киселини (хлороводородна HCl, бромоводородна HBr и др.), както и някои кислород-съдържащи киселини (разредена сярна киселина H 2 SO 4, фосфорна H 3 PO 4, оцетна CH 3 COOH и др.) реагират с метали 1 и 2 групи, стоящи в серия от напрежения до водород. В този случай се образува съответната сол и се отделя водород:

Zn+ Х 2 ТАКА 4 = ZnSO 4 + Х 2

Zn 0 -2 = Zn 2+ | 1

2H + +2 = H 2 ° | 1

Концентрираната сярна киселина окислява метали от група 1, 2 и частично от 3-та група (до Ag включително), като същевременно се редуцира до SO 2 - безцветен газ с остър мирис, свободна сяра, утаяваща се като бяла утайка или сероводород H 2 S - газ с гнила миризма на яйца. Колкото по-активен е металът, толкова повече сяра се намалява, например:

| 1

| 8

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

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

Pb+2 NaOH= на 2 PbO 2 + H 2

Pb 0 -2 = Pb 2+ | 1

2H + +2 = H 2 ° | 1

или при взаимодействие с силно решениеалкали:

Be + 2NaOH + 2H 2 О = на 2 + H 2

Бъдете ° -2= Бъди +2 | 1

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

или в йонна форма:

или в йонна форма:

Практическа част

Опит номер 1.Взаимодействие на метали с вода .

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

Когато магнезият взаимодейства с вода, загрейте реакционната тръба за известно време на алкохолна лампа.

Опит номер 2.Взаимодействие на метали с разредени киселини .

Налейте 20-25 капки 2N разтвор на физиологичен, сярен и азотна киселина... Потопете метали във всяка тръба под формата на тел, парчета или стърготини. Наблюдавайте случващите се явления. Загрейте епруветки, в които нищо не се случва на алкохолна лампа, докато реакцията започне. Помиришете внимателно тръбата с азотна киселина, за да определите отделяния газ.

Опит номер 3.Взаимодействие на метали с концентрирани киселини .

Налейте 20 - 25 капки концентрирана азотна и сярна (внимателно!) киселини в две епруветки, потопете метала в тях, наблюдавайте какво се случва. Ако е необходимо, епруветките могат да се затоплят на алкохолна лампа преди началото на реакцията. Подушете внимателно епруветките, за да определите отделените газове.

Опит номер 4.Взаимодействие на метали с алкали .

Изсипете 20-30 капки концентриран алкален разтвор (KOH или NaOH) в епруветка, добавете метал. Загрейте леко тръбата. Гледайте какво се случва.

Опит№5. Получаване и имоти метални хидроксиди.

Изсипете 15-20 капки от солта на съответния метал в епруветка, добавете алкали, докато се образува утайка. Разделете утайката на две части. В едната част се изсипва разтвор на солна киселина, а в другата - алкален разтвор. Отбележете наблюденията, напишете уравнения в молекулярна, пълна йонна и къса йонна форма, направете заключение за естеството на получения хидроксид.

Регистрация на работата и заключенията

За редокс реакции напишете уравненията на баланса на електрон-йон, напишете йонообменните реакции в молекулярна и йонно-молекулярна форма.

В заключенията напишете към коя група активност (1, 2 или 3) принадлежи металът, който сте изследвали и какви свойства - основни или амфотерни - проявява неговият хидроксид. Обосновете заключенията си.

Лабораторна работа No11