Metale aktywne z wodą. Oddziaływanie metali z niemetalami. Przykłady reakcji interakcji metali z kwasami

Właściwości metali.

1. Podstawowe właściwości metali.

Właściwości metali dzielimy na fizyczne, chemiczne, mechaniczne i technologiczne.

Właściwości fizyczne obejmują: kolor, ciężar właściwy, topliwość, przewodność elektryczną, właściwości magnetyczne, przewodność cieplną, rozszerzalność po podgrzaniu.

Do chemicznego - utleniania, rozpuszczalności i odporności na korozję.

Do mechanicznych - wytrzymałość, twardość, elastyczność, lepkość, plastyczność.

Do technologicznej - hartowność, płynność, ciągliwość, spawalność, skrawalność.

1. Właściwości fizyczne i chemiczne.

Kolor. Metale są nieprzezroczyste, tj. nie przepuszczaj światła, a w tym odbitym świetle każdy metal ma swój specjalny odcień - kolor.

Spośród metali technicznych tylko miedź (czerwona) i jej stopy są barwione. Kolory innych metali wahają się od stalowoszarego do srebrzystobiałego. Najcieńsze warstewki tlenków na powierzchni wyrobów metalowych nadają im dodatkowe kolory.

Środek ciężkości. Ciężar jednego centymetra sześciennego substancji, wyrażony w gramach, nazywa się ciężarem właściwym.

Według ciężaru właściwego rozróżnia się metale lekkie i metale ciężkie. Spośród metali technicznych najlżejszy jest magnez (ciężar właściwy 1,74), najcięższy wolfram (ciężar właściwy 19,3). Ciężar właściwy metali zależy w pewnym stopniu od sposobu ich wytwarzania i przetwarzania.

Topliwość. Możliwość zmiany ze stałego na płynny po podgrzaniu jest najważniejsza własność metale. Po podgrzaniu wszystkie metale przechodzą ze stanu stałego do stanu ciekłego, a po schłodzeniu stopionego metalu ze stanu ciekłego do stanu stałego. Temperatura topnienia stopów technicznych nie ma jednej określonej temperatury topnienia, ale zakres temperatur, czasami dość znaczący.

Przewodnictwo elektryczne. Przewodnictwo to przenoszenie energii elektrycznej przez wolne elektrony. Przewodność elektryczna metali jest tysiące razy wyższa niż przewodność elektryczna ciał niemetalicznych. Wraz ze wzrostem temperatury zmniejsza się przewodność elektryczna metali, a wraz ze spadkiem temperatury wzrasta. Kiedy się zbliżasz zero absolutne(- 273 0 C) przewodność elektryczna nieskończenie metali waha się od +232 0 (cyna) do 3370 0 (wolfram). Najwięcej wzrostów (opór spada prawie do zera).

Przewodność elektryczna stopów jest zawsze niższa niż przewodność elektryczna jednego ze składników tworzących stopy.

Właściwości magnetyczne. Tylko trzy metale są wyraźnie magnetyczne (ferromagnetyczne): żelazo, nikiel i kobalt, a także niektóre ich stopy. Po podgrzaniu do określonych temperatur metale te również tracą swoje właściwości magnetyczne. Niektóre stopy żelaza nie są ferromagnetyczne nawet w temperaturze pokojowej. Wszystkie pozostałe metale dzielą się na paramagnetyczne (przyciągane przez magnesy) i diamagnetyczne (odpychane przez magnesy).

Przewodność cieplna. Przewodność cieplna to przenoszenie ciepła w ciele z gorętszego miejsca do mniej nagrzanego miejsca bez widocznego ruchu cząstek tego ciała. Wysoka przewodność cieplna metali pozwala na ich szybkie i równomierne podgrzewanie i schładzanie.

Spośród metali technicznych miedź ma najwyższą przewodność cieplną. Przewodność cieplna żelaza jest znacznie niższa, a przewodność cieplna stali zmienia się w zależności od zawartości w niej składników. Wraz ze wzrostem temperatury zmniejsza się przewodność cieplna, a wraz ze spadkiem temperatury wzrasta.

Pojemność cieplna. Pojemność cieplna to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury ciała o 10.

Ciepło właściwe substancji to ilość ciepła w kilogramach - kaloriach, które należy podać na 1 kg substancji, aby podnieść jej temperaturę o 1 0.

Ciepło właściwe metali w porównaniu z innymi substancjami jest niewielkie, co sprawia, że ​​stosunkowo łatwo można je podgrzać do wysokich temperatur.

Ekspansja po podgrzaniu. Stosunek przyrostu długości ciała po podgrzaniu o 10 do jego pierwotnej długości nazywany jest współczynnikiem rozszerzalności liniowej. Dla różnych metali współczynnik rozszerzalności liniowej jest bardzo zróżnicowany. Na przykład wolfram ma współczynnik rozszerzalności liniowej 4,0·10 -6 , a ołów 29,5 ·10 -6 .

Odporność na korozję. Korozja to zniszczenie metalu z powodu jego chemicznego lub elektrochemicznego oddziaływania ze środowiskiem zewnętrznym. Przykładem korozji jest rdzewienie żelaza.

Wysoka odporność na korozję (odporność na korozję) jest ważną naturalną właściwością niektórych metali: platyny, złota i srebra, dlatego nazywa się je szlachetnymi. Nikiel i inne metale nieżelazne również są odporne na korozję. Metale żelazne korodują silniej i szybciej niż metale nieżelazne.

2. Właściwości mechaniczne.

Wytrzymałość. Siłą metalu jest jego zdolność do opierania się działaniu sił zewnętrznych bez zapadania się.

Twardość. Twardość to zdolność ciała do opierania się penetracji innego, więcej ciało stałe.

Elastyczność. Sprężystość metalu jest jego właściwością przywracania kształtu po zakończeniu działania sił zewnętrznych, które spowodowały zmianę kształtu (odkształcenie).

Lepkość. Wytrzymałość to zdolność metalu do opierania się gwałtownie rosnącym (wstrząsom) siłom zewnętrznym. Lepkość to przeciwna właściwość kruchości.

Plastikowy. Plastyczność jest właściwością metalu, który odkształca się bez zniszczenia pod działaniem sił zewnętrznych i zachowuje Nowa forma po ustaniu władzy. Plastyczność jest właściwością przeciwną elastyczności.

W tabeli. 1 przedstawia właściwości metali technicznych.

Tabela 1.

Właściwości metali technicznych.

metalowa nazwa	Ciężar właściwy (gęstość) gcm 3	Temperatura topnienia 0 С	Twardość Brinella	Wytrzymałość na rozciąganie (wytrzymałość na rozciąganie) kgmm 2	Względne rozszerzenie %	Skurcz względny przekroju %
AluminiumWolframŻelazoKobaltMagnezManganMiedźNikielCynaProwadzićChromCynk	2,7 19,3 7,87 8,9 1,74 7,44 8,84 8,9 7,3 11,34 7,14 7,14	658 3370 1530 1490 651 1242 1083 1452 232 327 1550 419	20-37 160 50 125 25 20 35 60 5-10 4-6 108 30-42	8-11 110 25-33 70 17-20 Kruchy22 40-50 2-4 1,8 Kruchy11,3-15	40 - 21-55 3 15 Kruchy60 40 40 50 Kruchy5-20	85 - 68-55 - 20 Kruchy75 70 74 100 Kruchy-

3. Znaczenie właściwości metali.

Właściwości mechaniczne. Pierwszym wymogiem dla każdego produktu jest wystarczająca wytrzymałość.

Metale mają wyższą wytrzymałość w porównaniu z innymi materiałami, dlatego obciążone części maszyn, mechanizmów i konstrukcji są zwykle wykonane z metali.

Wiele produktów, oprócz ogólnej wytrzymałości, musi mieć również specjalne właściwości charakterystyczne dla działania tego produktu. Na przykład narzędzia tnące muszą mieć wysoką twardość. Do produkcji innych narzędzi skrawających stosuje się stale narzędziowe i stopy.

Do produkcji sprężyn i sprężyn stosuje się specjalne stale i stopy o wysokiej elastyczności.

Metale sferoidalne są stosowane w przypadkach, w których części są poddawane obciążeniu udarowemu podczas pracy.

Plastyczność metali umożliwia ich obróbkę ciśnieniową (kucie, walcowanie).

właściwości fizyczne. W samolotach, samochodach i przy budowie wagonów waga części jest często najważniejszą cechą, więc aluminium, a zwłaszcza stopy magnezu są tutaj niezbędne. Wytrzymałość właściwa (stosunek wytrzymałości na rozciąganie do ciężaru właściwego) w przypadku niektórych stopów, takich jak aluminium, jest wyższa niż w przypadku stali miękkiej.

Topliwość służy do uzyskiwania odlewów poprzez wlewanie stopionego metalu do form. Metale niskotopliwe (takie jak ołów) są używane jako czynnik hartujący do stali. Niektóre złożone stopy mają tak niską temperaturę topnienia, że ​​topią się w gorącej wodzie. Takie stopy są wykorzystywane do odlewania matryc drukarskich, w urządzeniach służących do ochrony przed pożarami.

Metale o wysokim poziomie przewodnictwo elektryczne(miedź, aluminium) wykorzystywane są w elektrotechnice, do budowy linii energetycznych, oraz stopy o dużej oporności elektrycznej – do żarówek, grzałek elektrycznych.

Właściwości magnetyczne metale odgrywają podstawową rolę w elektrotechnice (dynamy, silniki, transformatory), do urządzeń komunikacyjnych (zestawy telefoniczne i telegraficzne) oraz są stosowane w wielu innych typach maszyn i urządzeń.

Przewodność cieplna metale umożliwiają wytworzenie ich właściwości fizycznych. Przewodność cieplną wykorzystuje się również w produkcji lutowania i spawania metali.

Niektóre stopy metali mają współczynnik rozszerzalności liniowej, blisko zera; takie stopy są używane do produkcji precyzyjnych instrumentów, lamp radiowych. Podczas budowy długich konstrukcji, takich jak mosty, należy wziąć pod uwagę rozszerzanie się metali. Należy również pamiętać, że dwie części wykonane z metali o różnych współczynnikach rozszerzalności i spięte ze sobą mogą wyginać się, a nawet pękać po podgrzaniu.

Właściwości chemiczne. Odporność korozyjna jest szczególnie istotna w przypadku produktów pracujących w środowiskach silnie utleniających (ruszty rusztowe, części maszyn i urządzeń chemicznych). W celu uzyskania wysokiej odporności na korozję produkowane są specjalne stale nierdzewne, kwasoodporne i żaroodporne, a także stosowane są powłoki ochronne.

Metale (od łac. metallum - moje, moje) - grupa pierwiastków, w postaci proste substancje o charakterystycznych właściwościach metalicznych, takich jak wysoka przewodność cieplna i elektryczna, dodatni współczynnik temperaturowy oporu, wysoka ciągliwość i metaliczny połysk.

Spośród 118 pierwiastków chemicznych odkrytych w tej chwili (z których nie wszystkie są oficjalnie uznane), metale obejmują:

• 6 pierwiastków z grupy metali alkalicznych,
• 6 w grupie metali ziem alkalicznych,
• 38 w grupie metali przejściowych,
• 11 w grupie metali lekkich,
• 7 w grupie półmetali,
• 14 w grupie lantanowce + lantan,
• 14 w grupie aktynowców (nie dla wszystkich pierwiastków badano właściwości fizyczne) + aktyn,
• poza niektórymi grupami berylu i magnezu.

Tak więc 96 pierwiastków spośród wszystkich odkrytych może należeć do metali.

W astrofizyce termin „metal” może mieć inne znaczenie i dotyczyć wszystkich pierwiastki chemiczne cięższy niż hel

Charakterystyczne właściwości metali

1. Połysk metaliczny (charakterystyczny nie tylko dla metali: mają go również niemetale jod i węgiel w postaci grafitu)
2. Dobra przewodność elektryczna
3. Możliwość lekkiej obróbki
4. Wysoka gęstość (zwykle metale są cięższe niż niemetale)
5. Wysoka temperatura topnienia (z wyjątkiem: rtęci, galu i metali alkalicznych)
6. Świetna przewodność cieplna
7. W reakcjach najczęściej są czynnikami redukującymi.

Właściwości fizyczne metali

Wszystkie metale (z wyjątkiem rtęci i warunkowo Francji) są w normalnych warunkach w stanie stałym, ale mają różną twardość. Poniżej znajduje się twardość niektórych metali w skali Mohsa.

Temperatury topnienia zakres czystych metali wynosi od -39 °C (rtęć) do 3410 °C (wolfram). Temperatura topnienia większości metali (z wyjątkiem zasad) jest wysoka, ale niektóre „zwykłe” metale, takie jak cyna i ołów, można topić na konwencjonalnej kuchence elektrycznej lub gazowej.

W zależności od gęstość metale dzielą się na lekkie (gęstość 0,53 ÷ 5 g/cm³) i ciężkie (5 ÷ 22,5 g/cm³). Najlżejszym metalem jest lit (gęstość 0,53 g/cm³). Obecnie nie można wymienić najcięższego metalu, ponieważ gęstości osmu i irydu - dwóch najcięższych metali - są prawie równe (około 22,6 g / cm³ - dokładnie dwa razy więcej niż gęstość ołowiu) i niezwykle trudno jest obliczyć ich dokładną gęstość: do tego potrzebne są całkowicie czyste metale, ponieważ wszelkie zanieczyszczenia zmniejszają ich gęstość.

Większość metali Plastikowy, czyli metalowy drut można zgiąć i nie pęknie. Wynika to z przemieszczenia warstw atomów metalu bez zerwania wiązania między nimi. Najwięcej plastiku to złoto, srebro i miedź. Ze złota można wykonać folię o grubości 0,003 mm, która służy do złocenia wyrobów. Jednak nie wszystkie metale są plastyczne. Drut cynkowy lub cynowy chrupie podczas zginania; mangan i bizmut nie wyginają się w ogóle podczas deformacji, ale natychmiast pękają. Plastyczność zależy również od czystości metalu; Tak więc bardzo czysty chrom jest bardzo plastyczny, ale zanieczyszczony nawet niewielkimi zanieczyszczeniami staje się kruchy i twardszy. Niektóre metale, takie jak złoto, srebro, ołów, aluminium, osm, mogą rosnąć razem, ale może to potrwać dziesiątki lat.

Wszystkie metale są dobre przewodzić prąd elektryczny; Wynika to z obecności w nich sieci krystaliczne elektrony ruchome poruszające się pod wpływem pole elektryczne. Srebro, miedź i aluminium mają najwyższą przewodność elektryczną; z tego powodu dwa ostatnie metale są najczęściej używane jako materiał na druty. Sód ma również bardzo wysoką przewodność elektryczną, znane są próby wykorzystania przewodników sodowych w postaci cienkościennych rurek ze stali nierdzewnej wypełnionych sodem w sprzęcie doświadczalnym. Ze względu na niski ciężar właściwy sodu, przy równym oporze, „druty” sodowe są znacznie lżejsze niż miedź, a nawet nieco lżejsze niż aluminium.

Wysoka przewodność cieplna metali zależy również od ruchliwości wolnych elektronów. Dlatego szereg przewodności cieplnych jest podobny do szeregu przewodności elektrycznych, a najlepszym przewodnikiem ciepła, podobnie jak elektryczność, jest srebro. Sód znajduje również zastosowanie jako dobry przewodnik ciepła; Powszechnie znane jest np. stosowanie sodu w zaworach silników samochodowych w celu poprawy ich chłodzenia.

Kolor większość metali jest w przybliżeniu taka sama - jasnoszary z niebieskawym odcieniem. Złoto, miedź i cez są odpowiednio żółte, czerwone i jasnożółte.

Właściwości chemiczne metali

Na zewnętrznym poziomie elektronicznym większość metali ma niewielką liczbę elektronów (1-3), więc w większości reakcji działają one jako środki redukujące (czyli „oddają” swoje elektrony)

Reakcje z prostymi substancjami

• Wszystkie metale reagują z tlenem z wyjątkiem złota i platyny. Reakcja ze srebrem zachodzi w wysokich temperaturach, ale tlenek srebra(II) praktycznie nie powstaje, ponieważ jest niestabilny termicznie. W zależności od metalu, wyjściem mogą być tlenki, nadtlenki, ponadtlenki:

tlenek litu

nadtlenek sodu

nadtlenek potasu

Aby uzyskać tlenek z nadtlenku, nadtlenek jest redukowany metalem:

W przypadku metali o średniej i niskiej aktywności reakcja zachodzi po podgrzaniu:

• Tylko najbardziej aktywne metale reagują z azotem, tylko lit oddziałuje w temperaturze pokojowej, tworząc azotki:

Po podgrzaniu:

• Wszystkie metale reagują z siarką z wyjątkiem złota i platyny:

Żelazo reaguje z siarką po podgrzaniu, tworząc siarczek:

• Z wodorem reagują tylko najbardziej aktywne metale, czyli metale z grup IA i IIA, z wyjątkiem Be. Reakcje przeprowadza się po ogrzaniu i tworzą się wodorki. W reakcjach metal działa jako czynnik redukujący, stopień utlenienia wodoru wynosi -1:

• Tylko najbardziej aktywne metale reagują z węglem. W tym przypadku powstają acetylenki lub metanoniki. Acetylidy w interakcji z wodą dają acetylen, metanowce - metan.

Metale różnią się znacznie pod względem aktywności chemicznej. Aktywność chemiczną metalu można z grubsza ocenić na podstawie jego położenia.

Najaktywniejsze metale znajdują się na początku tego rzędu (po lewej), najbardziej nieaktywne - na końcu (po prawej).
Reakcje z prostymi substancjami. Metale reagują z niemetalami, tworząc związki dwuskładnikowe. Warunki reakcji, a czasami ich produkty, różnią się znacznie dla różnych metali.
Na przykład metale alkaliczne aktywnie reagują z tlenem (w tym z powietrzem) w temperaturze pokojowej, tworząc tlenki i nadtlenki.

4Li + O2 = 2Li2O;
2Na + O2 \u003d Na2O2

Metale o średniej aktywności reagują z tlenem po podgrzaniu. W takim przypadku powstają tlenki:

2Mg + O2 \u003d t 2MgO.

Metale nieaktywne (np. złoto, platyna) nie reagują z tlenem i dzięki temu praktycznie nie zmieniają swojego połysku w powietrzu.
Większość metali po podgrzaniu proszkiem siarki tworzy odpowiednie siarczki:

Reakcje z złożone substancje. Związki wszystkich klas reagują z metalami - tlenkami (w tym wodą), kwasami, zasadami i solami.
Metale aktywne reagują gwałtownie z wodą w temperaturze pokojowej:

2Li + 2H2O \u003d 2LiOH + H2;
Ba + 2H 2 O \u003d Ba (OH) 2 + H 2.

Powierzchnia metali, takich jak na przykład magnez i aluminium, jest chroniona gęstą warstwą odpowiedniego tlenku. Zapobiega to reakcji z wodą. Jeśli jednak ten film zostanie usunięty lub naruszona zostanie jego integralność, wówczas metale te również aktywnie reagują. Na przykład sproszkowany magnez reaguje z gorącą wodą:

Mg + 2H 2 O \u003d 100 ° C Mg (OH) 2 + H 2.

W podwyższonych temperaturach z wodą reagują również mniej aktywne metale: Zn, Fe, Mil itp. W tym przypadku powstają odpowiednie tlenki. Na przykład, gdy para wodna jest przepuszczana przez gorące żelazne wióry, zachodzi następująca reakcja:

3Fe + 4H 2 O \u003d t Fe 3 O 4 + 4H 2.

Metale z szeregu aktywności aż do wodoru reagują z kwasami (oprócz HNO 3) tworząc sole i wodór. Metale aktywne (K, Na, Ca, Mg) bardzo gwałtownie reagują z roztworami kwasów (z dużą prędkością):

Ca + 2HCl \u003d CaCl2 + H2;
2Al + 3H 2 SO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2.

Metale nieaktywne są często praktycznie nierozpuszczalne w kwasach. Wynika to z tworzenia na ich powierzchni filmu nierozpuszczalnej soli. Na przykład ołów, który znajduje się w szeregu aktywności aż do wodoru, praktycznie nie rozpuszcza się w rozcieńczonych kwasach siarkowym i chlorowodorowym z powodu tworzenia na jego powierzchni filmu nierozpuszczalnych soli (PbSO 4 i PbCl 2).

Aby głosować, musisz mieć włączoną obsługę JavaScript

Oddziaływanie metali z prostymi utleniaczami. Stosunek metali do wody, wodnych roztworów kwasów, zasad i soli. Rola filmu tlenkowego i produktów utleniania. Oddziaływanie metali z kwasem azotowym i stężonym kwasem siarkowym.

Metale obejmują wszystkie s-, d-, f-elementy, a także p-elementy znajdujące się w dolnej części układ okresowy od przekątnej wyciągniętej z boru do astatu. W prostych substancjach tych pierwiastków realizowane jest wiązanie metaliczne. Atomy metali mają niewiele elektronów w zewnętrznej powłoce elektronowej, w ilości 1, 2 lub 3. Metale wykazują właściwości elektropozytywne i mają niską elektroujemność, mniejszą niż dwa.

Metale są nieodłączne cechy charakterystyczne. to ciała stałe, cięższy od wody, z metalicznym połyskiem. Metale mają wysoką przewodność cieplną i elektryczną. Charakteryzują się emisją elektronów pod wpływem różnych wpływów zewnętrznych: naświetlania światłem, nagrzewania, pękania (emisja egzoelektroniczna).

Główną cechą metali jest ich zdolność oddawania elektronów atomom i jonom innych substancji. W zdecydowanej większości przypadków metale są czynnikami redukującymi. I to jest ich cecha charakterystyczna Właściwości chemiczne. Rozważ stosunek metali do typowych środków utleniających, które obejmują proste substancje - niemetale, wodę, kwasy. Tabela 1 dostarcza informacji o stosunku metali do prostych środków utleniających.

Tabela 1

Stosunek metali do prostych utleniaczy

Wszystkie metale reagują z fluorem. Wyjątkami są aluminium, żelazo, nikiel, miedź, cynk przy braku wilgoci. Pierwiastki te, reagując z fluorem, tworzą początkowo warstewki fluorkowe, które chronią metale przed dalszą reakcją.

W tych samych warunkach iz tych samych powodów żelazo ulega pasywacji w reakcji z chlorem. W stosunku do tlenu nie wszystkie, ale tylko niektóre metale tworzą gęste warstewki ochronne tlenków. W przejściu od fluoru do azotu (tabela 1) zmniejsza się aktywność oksydacyjna, a zatem wszystkie jeszcze metale nie są utleniane. Na przykład tylko lit i metale ziem alkalicznych reagują z azotem.

Stosunek metali do wody i wodnych roztworów środków utleniających.

W roztwory wodne aktywność redukcyjna metalu charakteryzuje się wartością jego standardowego potencjału redoks. Z całego zakresu standardowych potencjałów redoks wyróżnia się szereg napięć metali, co wskazano w tabeli 2.

Tabela 2

Metale naprężające rzędy

Utleniacz	Równanie procesu elektrody	Standardowy potencjał elektrody φ 0, V	Środek redukujący	Warunkowe działanie środków redukujących
Li +	Li + + e - = Li	-3,045	Li	Aktywny
Rb+	Rb + + e - = Rb	-2,925	Rb	Aktywny
K+	K + + e - = K	-2,925	K	Aktywny
CS+	Cs + + e - = Cs	-2,923	Cs	Aktywny
Ca2+	Ca 2+ + 2e - = Ca	-2,866	Ca	Aktywny
Na+	Na + + e - = Na	-2,714	Na	Aktywny
Mg2+	Mg 2+ +2 e - \u003d Mg	-2,363	mg	Aktywny
Al 3+	Al 3+ + 3e - = Al	-1,662	Glin	Aktywny
Ti 2+	Ti 2+ + 2e - = Ti	-1,628	Ti	Poślubić działalność
Mn2+	Mn 2+ + 2e - = Mn	-1,180	Mn	Poślubić działalność
Cr2+	Cr 2+ + 2e - = Cr	-0,913	Cr	Poślubić działalność
H2O	2H 2 O + 2e - \u003d H 2 + 2OH -	-0,826	H2, pH=14	Poślubić działalność
Zn2+	Zn 2+ + 2e - = Zn	-0,763	Zn	Poślubić działalność
Cr3+	Cr 3+ +3e - = Cr	-0,744	Cr	Poślubić działalność
Fe2+	Fe 2+ + e - \u003d Fe	-0,440	Fe	Poślubić działalność
H2O	2H 2 O + e - \u003d H 2 + 2OH -	-0,413	H2, pH=7	Poślubić działalność
CD 2+	Cd 2+ + 2e - = Cd	-0,403	płyta CD	Poślubić działalność
CO2+	Co 2+ +2 e - \u003d Co	-0,227	współ	Poślubić działalność
Ni2+	Ni 2+ + 2e - = Ni	-0,225	Ni	Poślubić działalność
sn 2+	Sn 2+ + 2e - = Sn	-0,136	sn	Poślubić działalność
Pb 2+	Pb 2+ + 2e - = Pb	-0,126	Pb	Poślubić działalność
Fe3+	Fe 3+ + 3e - \u003d Fe	-0,036	Fe	Poślubić działalność
H+	2H + + 2e - =H 2		H2, pH=0	Poślubić działalność
Bi 3+	Bi 3+ + 3e - = Bi	0,215	Bi	Mały aktywny
Cu2+	Cu 2+ + 2e - = Cu	0,337	Cu	Mały aktywny
Cu+	Cu + + e - = Cu	0,521	Cu	Mały aktywny
Hg 2 2+	Hg 2 2+ + 2e - = Hg	0,788	Hg 2	Mały aktywny
Ag+	Ag + + e - = Ag	0,799	Ag	Mały aktywny
Hg2+	Hg 2+ + 2e - \u003d Hg	0,854	hg	Mały aktywny
Pkt 2+	Pt 2+ + 2e - = Pt	1,2	Pt	Mały aktywny
3+	Au 3+ + 3e - = Au	1,498	Au	Mały aktywny
Au +	Au++e-=Au	1,691	Au	Mały aktywny

W tej serii napięć podano również wartości potencjałów elektrody wodorowej w środowisku kwaśnym (p=0), neutralnym (p=7), zasadowym (pН=14). Pozycja danego metalu w szeregu napięć charakteryzuje jego zdolność do oddziaływań redoks w roztworach wodnych w standardowych warunkach. Jony metali są środkami utleniającymi, a metale środkami redukującymi. Im dalej metal znajduje się w szeregu napięć, tym silniejszy środek utleniający w roztworze wodnym są jego jony. Im bliżej początku rzędu znajduje się metal, tym silniejszy jest środek redukujący.

Metale są w stanie wypierać się nawzajem z roztworów soli. Kierunek reakcji jest w tym przypadku określony przez ich wzajemne położenie w szeregu napięć. Należy pamiętać, że metale aktywne wypierają wodór nie tylko z wody, ale także z dowolnego roztworu wodnego. Dlatego wzajemne przemieszczenie metali z roztworów ich soli występuje tylko w przypadku metali znajdujących się w szeregu napięć za magnezem.

Wszystkie metale są podzielone na trzy grupy warunkowe, co znajduje odzwierciedlenie w poniższej tabeli.

Tabela 3

Warunkowy podział metali

Interakcja z wodą. Czynnikiem utleniającym w wodzie jest jon wodorowy. Dlatego tylko te metale mogą zostać utlenione przez wodę, których standardowe potencjały elektrod są niższe niż potencjał jonów wodorowych w wodzie. Zależy od pH podłoża i jest

φ \u003d -0,059 pH.

W środowisku obojętnym (рН=7) φ = -0,41 V. Charakter oddziaływania metali z wodą przedstawiono w tabeli 4.

Metale z początku serii o potencjale znacznie bardziej ujemnym niż -0,41 V wypierają wodór z wody. Ale już magnez wypiera wodór tylko z gorącej wody. Zwykle metale znajdujące się pomiędzy magnezem a ołowiem nie wypierają wodoru z wody. Na powierzchni tych metali tworzą się warstewki tlenków, które mają działanie ochronne.

Tabela 4

Oddziaływanie metali z wodą w środowisku obojętnym

Oddziaływanie metali z kwasem solnym.

Czynnikiem utleniającym w kwasie solnym jest jon wodorowy. Standardowy potencjał elektrody jonu wodorowego wynosi zero. Dlatego wszystkie metale aktywne i metale o aktywności pośredniej muszą reagować z kwasem. Tylko ołów wykazuje pasywację.

Tabela 5

Oddziaływanie metali z kwasem solnym

Miedź może być rozpuszczana w bardzo stężonym kwasie solnym, mimo że należy do metali o niskiej aktywności.

Oddziaływanie metali z kwasem siarkowym przebiega różnie i zależy od jego stężenia.

Reakcja metali z rozcieńczonym kwasem siarkowym. Oddziaływanie z rozcieńczonym kwasem siarkowym odbywa się w taki sam sposób jak z kwasem solnym.

Tabela 6

Reakcja metali z rozcieńczonym kwasem siarkowym

Rozcieńczony Kwas siarkowy utlenia się swoim jonem wodorowym. Oddziałuje z tymi metalami, których potencjały elektrod są niższe niż potencjały wodoru. Ołów nie rozpuszcza się w kwasie siarkowym w stężeniu poniżej 80%, ponieważ sól PbSO 4 powstająca podczas oddziaływania ołowiu z kwasem siarkowym jest nierozpuszczalna i tworzy film ochronny na powierzchni metalu.

Oddziaływanie metali ze stężonym kwasem siarkowym.

W stężonym kwasie siarkowym siarka na stopniu utlenienia +6 działa jako środek utleniający. Jest częścią jonu siarczanowego SO 4 2-. Dlatego stężony kwas utlenia wszystkie metale, których potencjał elektrody standardowej jest mniejszy niż środka utleniającego. Najwyższa wartość Potencjał elektrodowy w procesach elektrodowych z udziałem jonu siarczanowego jako środka utleniającego wynosi 0,36 V. W rezultacie niektóre metale o niskiej aktywności reagują również ze stężonym kwasem siarkowym.

W przypadku metali o średniej aktywności (Al, Fe) pasywacja następuje w wyniku tworzenia gęstych warstw tlenkowych. Cyna utlenia się do stanu czterowartościowego z utworzeniem siarczanu cyny (IV):

Sn + 4 H 2 SO 4 (stęż.) \u003d Sn (SO 4) 2 + 2SO 2 + 2H 2 O.

Tabela 7

Oddziaływanie metali ze stężonym kwasem siarkowym

Ołów utlenia się do stanu dwuwartościowego z utworzeniem rozpuszczalnego wodorosiarczanu ołowiu. Rtęć rozpuszcza się w gorącym stężonym kwasie siarkowym, tworząc siarczany rtęci (I) i rtęci (II). Nawet srebro rozpuszcza się we wrzącym stężonym kwasie siarkowym.

Należy pamiętać, że im bardziej aktywny metal, tym głębszy stopień redukcji kwasu siarkowego. W przypadku metali aktywnych kwas jest redukowany głównie do siarkowodoru, chociaż obecne są również inne produkty. Na przykład

Zn + 2H2SO4 \u003d ZnSO4 + SO2 + 2H2O;

3Zn + 4H2SO4 = 3ZnSO4 + S↓ + 4H2O;

4Zn + 5H2SO4 \u003d 4ZnSO4 \u003d 4ZnSO4 + H2S + 4H2O.

Oddziaływanie metali z rozcieńczonym kwasem azotowym.

W kwasie azotowym azot na stopniu utlenienia +5 działa jako środek utleniający. Maksymalna wartość potencjału elektrody dla jonu azotanowego rozcieńczonego kwasu jako środka utleniającego wynosi 0,96 V. Ze względu na tak dużą wartość kwas azotowy jest silniej utleniającym środkiem niż kwas siarkowy. Wynika to z faktu, że kwas azotowy utlenia srebro. Kwas jest redukowany im głębiej, im bardziej aktywny jest metal i tym bardziej rozcieńczony kwas.

Tabela 8

Reakcja metali z rozcieńczonym kwasem azotowym

Oddziaływanie metali ze stężonym kwasem azotowym.

Stężony kwas azotowy jest zwykle redukowany do dwutlenku azotu. Oddziaływanie stężonego kwasu azotowego z metalami przedstawiono w tabeli 9.

Przy stosowaniu kwasu w niedoborze i bez mieszania metale aktywne redukują go do azotu, a metale o średniej aktywności do tlenku węgla.

Tabela 9

Oddziaływanie stężonego kwasu azotowego z metalami

Oddziaływanie metali z roztworami alkalicznymi.

Metale nie mogą być utleniane przez zasady. Wynika to z faktu, że metale alkaliczne są silnymi środkami redukującymi. Dlatego ich jony są najsłabszymi środkami utleniającymi i nie wykazują właściwości utleniających w roztworach wodnych. Jednak w obecności zasad utleniające działanie wody przejawia się w większym stopniu niż przy ich braku. Z tego powodu w roztworach alkalicznych metale są utleniane przez wodę, tworząc wodorotlenki i wodór. Jeśli tlenek i wodorotlenek są związkami amfoterycznymi, to rozpuszczą się w roztworze alkalicznym. W rezultacie metale, które są pasywne w czystej wodzie, silnie oddziałują z roztworami alkalicznymi.

Tabela 10

Oddziaływanie metali z roztworami alkalicznymi

Proces rozpuszczania jest przedstawiony w postaci dwóch etapów: utleniania metalu wodą i rozpuszczania wodorotlenku:

Zn + 2HOH \u003d Zn (OH) 2 ↓ + H 2;

Zn (OH) 2 ↓ + 2NaOH \u003d Na 2.

Przede wszystkim należy pamiętać, że metale generalnie dzielą się na trzy grupy:

1) Metale aktywne: metale te obejmują wszystkie metale alkaliczne, metale ziem alkalicznych, a także magnez i aluminium.

2) Metale o średniej aktywności: należą do nich metale znajdujące się pomiędzy aluminium i wodorem w szeregu aktywności.

3) Metale nieaktywne: metale znajdujące się w szeregu aktywności na prawo od wodoru.

Przede wszystkim należy pamiętać, że metale o niskiej aktywności (czyli te znajdujące się za wodorem) w żadnych warunkach nie reagują z wodą.

Metale alkaliczne i ziem alkalicznych reagują z wodą w każdych warunkach (nawet w zwykłej temperaturze i na zimno), przy czym reakcji towarzyszy wydzielanie wodoru i tworzenie wodorotlenku metalu. Na przykład:

2Na + 2H2O \u003d 2NaOH + H2

Ca + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + H 2

Magnez, ze względu na to, że jest pokryty ochronną warstwą tlenku, reaguje z wodą dopiero po przegotowaniu. Po podgrzaniu w wodzie warstwa tlenkowa składająca się z MgO ulega zniszczeniu, a znajdujący się pod nią magnez zaczyna reagować z wodą. W tym przypadku reakcji towarzyszy również wydzielanie wodoru i powstanie wodorotlenku metalu, który jednak jest nierozpuszczalny w przypadku magnezu:

Mg + 2H 2 O \u003d Mg (OH) 2 ↓ + H 2

Aluminium, podobnie jak magnez, pokryte jest ochronną warstwą tlenku, ale w tym przypadku nie może zostać zniszczone przez gotowanie. Aby go usunąć, wymagane jest czyszczenie mechaniczne (za pomocą jakiegoś materiału ściernego) lub jego chemiczne zniszczenie alkaliami, roztwory soli rtęci lub soli amonowych:

2Al + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2

Metale o średniej aktywności reagują z wodą tylko wtedy, gdy znajduje się ona w stanie przegrzanej pary wodnej. W takim przypadku sam metal musi zostać podgrzany do rozgrzanej do czerwoności temperatury (około 600-800 ° C). W przeciwieństwie do metali aktywnych, metale o pośredniej aktywności podczas reakcji z wodą tworzą tlenki metali zamiast wodorotlenków. Produktem redukcji w tym przypadku jest wodór:

Zn + H 2 O \u003d ZnO + H 2

3Fe + 4H 2 O = Fe 3 O 4 + 4H 2 lub

Fe + H 2 O \u003d FeO + H 2 (w zależności od stopnia nagrzania)