Металлы
Металлы - группа элементов, находящихся в виде простых веществ, обладающих металлическими свойствами:
1. Высокая теплопроводность
2. Высокая электропроводность
3. Металлический блеск
4. Высокая пластичность
5. Высокая ковкость
В Периодической системе находятся щелочные и щелочноземельные металлы, переходные металлы, актиноиды и лантаноиды.
Физические свойства металлов
Агрегатное состояние (при н.у.) - твердое (кроме ртути, она - жидкая). Имеют температуры плавления от -39С до 3410С. Бывают легкими (алюминий, магний, цинк) и тяжелыми (осмий, иридий). Имеют различные оттенки - желтый, красный и т.д.
Химические свойства
Большинство металлов на внешнем уровне имеют от 1 до 3х электронов, поэтому намного чаще отдают электроны, чем принимают.
1. Реагируют с неметаллами
А. С кислородом
металл (кроме щелочных) + кислород → амфотерный/основной оксид
4Al + 3O2 → 2Al2O3
2Mg + O2 → 2MgO
Б. Взаимодействие с водородом (с образованием солей)
металл + водород → гидрид металла
2Na + H2 → 2NaH
В. Взаимодействие с галогенами (с образованием хлоридов)
металл + галоген → галогенид металла
Ca + Cl2 → CaCl2
Г. Взаимодействие с серой (с образованием сульфидов)
металл + сера → сульфид металла
Fe + S → FeS
Д. Взаимодействие с азотом (с образованием нитридов)
металл + азот → нитрид металла
3Mg + N2 → Mg3N2
Е. Взаимодействие с фосфором (с образованием фосфидов)
металл + фосфор → фосфид металла
3Mg + 2P → Mg3P2
Ж. Взаимодействие с углеродом (с образованием карбидов)
металл + углерод → карбид металла
4Al + 3C → Al3C4
2. Взаимодействие металлов между собой
металл + металл → интерметаллическое соединение
2Na + Sb → Na2Sb
3. Растворение металлов друг в друге без взаимодействия с образованием сплава
4. Взаимодействие кислоты с металлом
А. Взаимодействие кислоты с металлами, стоящими в ряду до или после водорода
кислота + металл до Н2 → сель металла в минимальной степени окисления + Н2↑
Fe + H2SO4(разб) → FeSO4 + H2↑
кислота + металл после Н2 ≠ реакция не идет
Cu + H2SO4(разб) ≠
Б. Взаимодействие концентрированной серной кислоты с металлами
H2SO4(конц) + Au, Pt, Ir, Rh, Ta ≠ реакция не идет
H2SO4(конц) + щелочной/щелочноземельный металл и Mg/Zn → H2S/S/SO2 (в зависимости от условий) + сульфат металла в максимальной степени окисления + Н2О
Zn + 2H2SO4(конц) (t1)→ ZnSO4 + SO2↑ + 2H2O
3Zn + 4H2SO4(конц) (t2>t1)→ 3ZnSO4 + S↓ + 4H2O
4Zn + 5H2SO4(конц) (t3>t2)→ 4ZnSO4 + H2S↑ + 4H2O
H2SO4(конц) + остальные металлы → SO2 + сульфат металла в максимальной степени окисления + H2O
Cu + 2H2SO4(конц) (t)→ CuSO4 + SO2↑ + 2H2O
2Al + 6H2SO4(конц) (t)→ Al2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O
В. Взаимодействие концентрированной азотной кислоты с металлами
HNO3(конц) + Au, Pt, Ir, Rh, Ta, Os ≠ реакция не идет
HNO3(конц) + Pt ≠
HNO3(конц) + металл щелочной/щелочноземельный → N2O + нитрат металла в максимальной степени окисления + H2O
4Ba + 10HNO3(конц) → 4Ba(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O
HNO3(конц) + остальные металлы при температуре → NO2 + нитрат металла в максbмальной степени окисления + H2O
Ag + 2HNO3(конц) → AgNO3 + NO2↑ + H2O
С Fe, Co, Ni, Cr и Al взаимодействует только при нагревании, так как при обычных условиях эти металлы азотной кислотой пассивируются - становятся химически стойкими
Г. Взаимодействие разбавленной азотной кислоты с металлами
HNO3(разб) + Au, Pt, Ir, Rh, Ta ≠ реакция не идет
Очень пассивные металлы (Au, Pt) могут быть растворены царской водкой - смесью одного объема концентрированной азотной кислоты с тремя объемами концентрированной соляной кислоты. Окислителем в ней является атомарный хлор, отщепляющийся от хлорида нитрозила, который образуется в результате реакции: HNO3 + 3HCl → 2H2O + NOCl + Cl2
HNO3(разб) + металл щелочной/щелочноземельный → NH3(NH4NO3) + нитрат металла в максимальной степени окисления + H2O
NH3 превращается в NH4NO3 в избытке азотной кислоты
4Ca + 10HNO3(разб) → 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
HNO3(разб) + металл в ряду напряжений до Н2 → NO/N2O/N2/NH3 (в зависимости от условий) + нитрат металла в максимальной степени окисления + Н2О
С остальными металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода и неметаллами, HNO3(разб) образует соль, воду и, в основном NO, но, может, в зависимости от условий и N2O, и N2, и NH3/NH4NO3 (чем больше разбавлена кислота, тем ниже степень окисления азота в выделяющемся газообразной продукте)
3Zn + 8HNO3(разб) → 3Zn(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
4Zn + 10HNO3(разб) → 4Zn(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O
5Zn + 12HNO3(разб) → 5Zn(NO3)2 + N2↑ + 6H2O
4Zn + 10HNO3(оч.разб) → 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
HNO3(разб) + металл после Н2 → NO + нитрат металла в максимальной степени окисления + H2O
С малоактивными металлами, стоящими после Н2, HNO3разб образует соль, воду и NO
3Cu + 8HNO3(разб) → 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
5. Для восстановления неметаллов из их оксидов часто используют магнийтермию.
CO2 + 2Mg → C + 2MgO
SiO2 + 2Mg (t)→ Si + 2MgO
N2O + Mg (t)→ N2 + MgO
6. Соль менее активного металла + металл более активный → металл менее активный↓ + соль
Более активный металл вытесняет менее активный металл (стоящий правее в ряду напряжения) из раствора его соли, при этом образуется новая соль, а менее активный металл выделяется в свободном виде (оседает на пластинке активного металла). Исключение - щелочные и щелочноземельные металлы в растворе взаимодействуют с водой.
Соли, обладающие окислительными свойствами, в растворе вступают с металлами и в другие окислительно-восстановительные реакции.
FeSO4 + Zn → Fe↓ + ZnSO4
ZnSO4 + Fe ≠
Hg(NO3)2 + Cu → Hg↓ + Cu(NO3)2
2FeCl3 + Fe → 3FeCl2
FeCl3 + Cu → FeCl2 + CuCl2
HgCl2 + Hg → Hg2Cl2
2CrCl3 + Zn → 2CrCl2 + ZnCl2
Металлы могут вытеснять друг друга и из расплавов солей (реакция осуществляется без доступа воздуха). При этом надо помнить, что:
а) при плавлении многие соли разлагаются
б) ряд напряжения металлов определяет относительную активность металлов только в водных растворах (так, например, Аl в водных растворах менее активен, чем щелочноземельные металлы, а в расплавах - более активен)
K + AlCl3(распл) →(t) 3KCl + Al
Mg + BeF2(распл) → (t) MgF2 + Be
2Al + 3CaCl2(распл) → (t) 2AlCl3 + 3Ca