Mga aktibong metal na may tubig. Pakikipag-ugnayan ng mga metal sa mga di-metal. Mga halimbawa ng mga reaksyon ng pakikipag-ugnayan ng mga metal sa mga acid

Mga katangian ng mga metal.

1. Mga pangunahing katangian ng mga metal.

Ang mga katangian ng mga metal ay nahahati sa pisikal, kemikal, mekanikal at teknolohikal.

Kabilang sa mga pisikal na katangian ang: kulay, tiyak na gravity, fusibility, electrical conductivity, magnetic properties, thermal conductivity, expandability kapag pinainit.

Sa kemikal - oxidizability, solubility at corrosion resistance.

Sa mekanikal - lakas, tigas, pagkalastiko, lagkit, plasticity.

Sa teknolohikal - hardenability, fluidity, malleability, weldability, machinability.

1. Mga katangiang pisikal at kemikal.

Kulay. Ang mga metal ay malabo, i.e. huwag hayaang dumaan ang liwanag, at sa sinasalamin nitong liwanag, ang bawat metal ay may sariling espesyal na lilim - kulay.

Sa mga teknikal na metal, tanso lamang (pula) at mga haluang metal nito ang may kulay. Ang kulay ng iba pang mga metal ay mula sa steel grey hanggang silvery white. Ang mga manipis na pelikula ng mga oxide sa ibabaw ng mga produktong metal ay nagbibigay sa kanila ng karagdagang mga kulay.

Specific gravity. Ang bigat ng isang cubic centimeter ng isang substance, na ipinahayag sa gramo, ay tinatawag na specific gravity.

Ayon sa tiyak na gravity, ang mga magaan na metal at mabibigat na metal ay nakikilala. Sa mga teknikal na metal, ang magnesium ang pinakamagaan (specific gravity 1.74), ang pinakamabigat ay tungsten (specific gravity 19.3). Ang tiyak na gravity ng mga metal ay depende sa ilang lawak sa paraan ng paggawa at pagproseso ng mga ito.

Fusibility. Ang kakayahang magbago mula sa solid hanggang likido kapag pinainit ay ang pinakamahalagang ari-arian mga metal. Kapag pinainit, ang lahat ng mga metal ay pumasa mula sa isang solidong estado hanggang sa isang likidong estado, at kapag ang isang tinunaw na metal ay pinalamig, mula sa isang likidong estado patungo sa isang solidong estado. Ang punto ng pagkatunaw ng mga teknikal na haluang metal ay walang isang tiyak na punto ng pagkatunaw, ngunit isang hanay ng mga temperatura, kung minsan ay medyo makabuluhan.

Electrical conductivity. Ang conductivity ay ang paglipat ng kuryente sa pamamagitan ng mga libreng electron. Ang electrical conductivity ng mga metal ay libu-libong beses na mas mataas kaysa sa electrical conductivity ng mga non-metallic na katawan. Habang tumataas ang temperatura, bumababa ang electrical conductivity ng mga metal, at habang bumababa ang temperatura, tumataas ito. Nang lumalapit ganap na zero(- 273 0 C) ang electrical conductivity ng walang katapusang mga metal ay mula +232 0 (lata) hanggang 3370 0 (tungsten). Karamihan sa mga pagtaas (resistance ay bumaba sa malapit sa zero).

Ang electrical conductivity ng alloys ay palaging mas mababa kaysa sa electrical conductivity ng isa sa mga bahagi na bumubuo sa alloys.

Magnetic na katangian. Tatlong metal lamang ang malinaw na magnetic (ferromagnetic): iron, nickel, at cobalt, pati na rin ang ilan sa kanilang mga haluang metal. Kapag pinainit sa ilang mga temperatura, ang mga metal na ito ay nawawala rin ang kanilang mga magnetic properties. Ang ilang mga bakal na haluang metal ay hindi ferromagnetic kahit na sa temperatura ng silid. Ang lahat ng iba pang mga metal ay nahahati sa paramagnetic (naaakit ng mga magnet) at diamagnetic (tinataboy ng mga magnet).

Thermal conductivity. Ang thermal conductivity ay ang paglipat ng init sa isang katawan mula sa isang mas mainit na lugar patungo sa isang hindi gaanong init na lugar na walang nakikitang paggalaw ng mga particle ng katawan na ito. Ang mataas na thermal conductivity ng mga metal ay nagpapahintulot sa kanila na mapainit at palamig nang mabilis at pantay.

Sa mga teknikal na metal, ang tanso ay may pinakamataas na thermal conductivity. Ang thermal conductivity ng bakal ay mas mababa, at ang thermal conductivity ng bakal ay nag-iiba depende sa nilalaman ng mga bahagi nito. Habang tumataas ang temperatura, bumababa ang thermal conductivity, at habang bumababa ang temperatura, tumataas ito.

Kapasidad ng init. Ang kapasidad ng init ay ang dami ng init na kinakailangan upang itaas ang temperatura ng isang katawan ng 10.

Ang tiyak na kapasidad ng init ng isang sangkap ay ang dami ng init sa kilo - mga calorie, na dapat iulat sa 1 kg ng isang sangkap upang mapataas ang temperatura nito ng 1 0.

Ang tiyak na kapasidad ng init ng mga metal kumpara sa iba pang mga sangkap ay maliit, na ginagawang medyo madali upang init ang mga ito sa mataas na temperatura.

Pagpapalawak kapag pinainit. Ang ratio ng pagtaas sa haba ng katawan kapag pinainit ito ng 1 0 sa orihinal nitong haba ay tinatawag na koepisyent ng linear expansion. Para sa iba't ibang mga metal, ang koepisyent ng linear expansion ay malawak na nag-iiba. Halimbawa, ang tungsten ay may linear expansion coefficient na 4.0·10 -6 , at lead 29.5 ·10 -6 .

paglaban sa kaagnasan. Ang kaagnasan ay ang pagkasira ng isang metal dahil sa pakikipag-ugnayan ng kemikal o electrochemical nito sa panlabas na kapaligiran. Ang isang halimbawa ng kaagnasan ay ang kalawang ng bakal.

Ang mataas na resistensya ng kaagnasan (corrosion resistance) ay isang mahalagang likas na pag-aari ng ilang mga metal: platinum, ginto at pilak, kaya naman tinawag silang marangal. Ang nikel at iba pang mga non-ferrous na metal ay mahusay ding lumalaban sa kaagnasan. Ang mga ferrous na metal ay nabubulok nang mas malakas at mas mabilis kaysa sa mga non-ferrous na metal.

2. Mga mekanikal na katangian.

Lakas. Ang lakas ng isang metal ay ang kakayahang pigilan ang pagkilos ng mga panlabas na puwersa nang hindi bumagsak.

Katigasan. Ang katigasan ay ang kakayahan ng isang katawan na pigilan ang pagtagos ng iba, higit pa matibay na katawan.

Pagkalastiko. Ang pagkalastiko ng isang metal ay ang pag-aari nito upang maibalik ang hugis nito pagkatapos ng pagwawakas ng pagkilos ng mga panlabas na puwersa na nagdulot ng pagbabago sa hugis (deformation.)

Lagkit. Ang katigasan ay ang kakayahan ng isang metal na labanan ang mabilis na pagtaas (pagkabigla) ng mga panlabas na puwersa. Ang lagkit ay ang kabaligtaran ng pag-aari ng brittleness.

Plastic. Ang plasticity ay ang pag-aari ng isang metal na ma-deform nang walang pagkasira sa ilalim ng pagkilos ng mga panlabas na pwersa at upang mapanatili ang isang bagong hugis pagkatapos ng pagtigil ng mga puwersa. Ang plasticity ay isang ari-arian na kabaligtaran ng pagkalastiko.

Sa mesa. Ipinapakita ng 1 ang mga katangian ng mga teknikal na metal.

Talahanayan 1.

Mga katangian ng mga teknikal na metal.

pangalan ng metal	Specific gravity (density) gcm 3	Punto ng pagkatunaw 0 С	Katigasan ng Brinell	Lakas ng makunat (tensile strength) kgmm 2	Relatibong extension %	Relatibong pag-urong ng cross section %
aluminyoTungstenbakalkobaltMagnesiumManganesetansoNikelTinNangungunaChromiumZinc	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 marupok22 40-50 2-4 1,8 marupok11,3-15	40 - 21-55 3 15 marupok60 40 40 50 marupok5-20	85 - 68-55 - 20 marupok75 70 74 100 marupok-

3. Kahalagahan ng mga katangian ng mga metal.

Mga katangiang mekanikal. Ang unang kinakailangan para sa anumang produkto ay sapat na lakas.

Ang mga metal ay may mas mataas na lakas kumpara sa iba pang mga materyales, kaya ang mga load na bahagi ng mga makina, mekanismo at istruktura ay karaniwang gawa sa mga metal.

Maraming mga produkto, bilang karagdagan sa pangkalahatang lakas, ay dapat ding magkaroon ng mga espesyal na katangian na katangian ng pagpapatakbo ng produktong ito. Halimbawa, ang mga tool sa pagputol ay dapat na may mataas na tigas. Para sa paggawa ng iba pang mga tool sa pagputol, ginagamit ang mga tool na bakal at haluang metal.

Para sa paggawa ng mga bukal at bukal, ginagamit ang mga espesyal na bakal at haluang metal na may mataas na pagkalastiko.

Ang mga ductile metal ay ginagamit sa mga kaso kung saan ang mga bahagi ay sumasailalim sa shock loading sa panahon ng operasyon.

Ang plasticity ng mga metal ay ginagawang posible na iproseso ang mga ito sa pamamagitan ng presyon (forging, rolling).

pisikal na katangian. Sa sasakyang panghimpapawid, sasakyan at karwahe na gusali, ang bigat ng mga bahagi ay madalas na pinakamahalagang katangian, kaya ang aluminyo at lalo na ang mga haluang metal ng magnesiyo ay kailangang-kailangan dito. Ang partikular na lakas (ang ratio ng tensile strength sa specific gravity) para sa ilang haluang metal, gaya ng aluminyo, ay mas mataas kaysa sa banayad na bakal.

Fusibility ginagamit upang makakuha ng mga casting sa pamamagitan ng pagbuhos ng tinunaw na metal sa mga hulma. Ang mga low-melting na metal (tulad ng lead) ay ginagamit bilang isang quenching medium para sa bakal. Ang ilang mga kumplikadong haluang metal ay may mababang punto ng pagkatunaw na natutunaw sila sa mainit na tubig. Ang ganitong mga haluang metal ay ginagamit para sa paghahagis ng mga matrice sa pag-print, sa mga device na nagsisilbing protektahan laban sa sunog.

Mga metal na may mataas electrical conductivity(tanso, aluminyo) ay ginagamit sa electrical engineering, para sa pagtatayo ng mga linya ng kuryente, at mga haluang metal na may mataas na electrical resistance - para sa mga maliwanag na lampara, mga electric heater.

Magnetic na katangian Ang mga metal ay gumaganap ng pangunahing papel sa electrical engineering (dynamos, motors, transformers), para sa mga kagamitang pangkomunikasyon (telepono at telegraph set) at ginagamit sa maraming iba pang uri ng mga makina at kagamitan.

Thermal conductivity ginagawang posible ng mga metal na makagawa ng kanilang mga pisikal na katangian. Ginagamit din ang thermal conductivity sa paggawa ng paghihinang at hinang ng mga metal.

Ang ilang mga haluang metal ay mayroon linear expansion coefficient, malapit sa zero; ang mga naturang haluang metal ay ginagamit para sa paggawa ng mga instrumento ng katumpakan, mga tubo ng radyo. Ang pagpapalawak ng mga metal ay dapat isaalang-alang kapag gumagawa ng mahahabang istruktura tulad ng mga tulay. Dapat ding tandaan na ang dalawang bahagi na gawa sa mga metal na may magkakaibang coefficients ng pagpapalawak at pinagsama-sama ay maaaring yumuko at kahit na masira kapag pinainit.

Mga katangian ng kemikal. Ang paglaban sa kaagnasan ay lalong mahalaga para sa mga produktong gumagana sa mga kapaligirang may mataas na oxidizing (mga rehas na bakal, mga bahagi ng mga kemikal na makina at device). Upang makamit ang mataas na resistensya ng kaagnasan, ang mga espesyal na hindi kinakalawang, lumalaban sa acid at lumalaban sa init na bakal ay ginawa, at ginagamit din ang mga proteksiyon na coatings.

Mga metal (mula sa lat. metallum - minahan, minahan) - isang pangkat ng mga elemento, sa anyo mga simpleng sangkap na may mga katangiang metal, tulad ng mataas na thermal at electrical conductivity, positive temperature coefficient of resistance, mataas na ductility at metallic luster.

Sa 118 na elemento ng kemikal na natuklasan sa kasalukuyan (na hindi lahat ay opisyal na kinikilala), ang mga metal ay kinabibilangan ng:

• 6 na elemento sa pangkat ng alkali metal,
• 6 sa pangkat ng mga metal na alkaline earth,
• 38 sa transition metal group,
• 11 sa pangkat ng mga magaan na metal,
• 7 sa pangkat ng mga semimetal,
• 14 sa pangkat ng lanthanides + lanthanum,
• 14 sa pangkat ng mga actinides (hindi napag-aralan ang mga pisikal na katangian para sa lahat ng mga elemento) + actinium,
• sa labas ng ilang partikular na grupo ng beryllium at magnesium.

Kaya, 96 na elemento sa lahat ng natuklasan ay maaaring kabilang sa mga metal.

Sa astrophysics, ang terminong "metal" ay maaaring magkaroon ng ibang kahulugan at tumutukoy sa lahat mga elemento ng kemikal mas mabigat kaysa sa helium

Mga katangian ng mga metal

1. Metallic luster (katangian hindi lamang para sa mga metal: ang mga non-metal na yodo at carbon sa anyo ng grapayt ay mayroon din nito)
2. Magandang electrical conductivity
3. Posibilidad ng light machining
4. Mataas na density (kadalasan ang mga metal ay mas mabigat kaysa sa mga hindi metal)
5. Mataas na punto ng pagkatunaw (mga pagbubukod: mercury, gallium at alkali na mga metal)
6. Mahusay na thermal conductivity
7. Sa mga reaksyon, ang mga ito ay kadalasang nagpapababa ng mga ahente.

Mga pisikal na katangian ng mga metal

Ang lahat ng mga metal (maliban sa mercury at, may kondisyon, France) ay nasa isang solidong estado sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ngunit mayroon silang iba't ibang katigasan. Nasa ibaba ang tigas ng ilang metal sa Mohs scale.

Mga punto ng pagkatunaw ang mga purong metal ay mula -39 °C (mercury) hanggang 3410 °C (tungsten). Ang punto ng pagkatunaw ng karamihan sa mga metal (maliban sa alkalis) ay mataas, ngunit ang ilang "normal" na mga metal, tulad ng lata at tingga, ay maaaring matunaw sa isang kumbensyonal na electric o gas stove.

Depende sa densidad, ang mga metal ay nahahati sa magaan (density 0.53 ÷ 5 g / cm³) at mabigat (5 ÷ 22.5 g / cm³). Ang pinakamagaan na metal ay lithium (density 0.53 g/cm³). Kasalukuyang imposibleng pangalanan ang pinakamabigat na metal, dahil ang mga densidad ng osmium at iridium - ang dalawang pinakamabigat na metal - ay halos pantay (mga 22.6 g / cm³ - eksaktong doble ang density ng lead), at napakahirap kalkulahin ang eksaktong mga ito. density: para dito kailangan mo ng ganap na malinis na mga metal, dahil ang anumang mga impurities ay binabawasan ang kanilang density.

Karamihan sa mga metal plastik, iyon ay, ang isang metal wire ay maaaring baluktot, at hindi ito masira. Ito ay dahil sa pag-aalis ng mga patong ng mga atomo ng metal nang hindi nasisira ang bono sa pagitan nila. Ang pinaka-plastik ay ginto, pilak at tanso. Maaaring gamitin ang ginto upang gumawa ng foil na may kapal na 0.003 mm, na ginagamit para sa mga produktong gilding. Gayunpaman, hindi lahat ng metal ay plastik. Sink o tin wire crunches kapag baluktot; mangganeso at bismuth ay hindi yumuko sa lahat sa panahon ng pagpapapangit, ngunit agad na masira. Ang plasticity ay nakasalalay din sa kadalisayan ng metal; Kaya, ang napakadalisay na chromium ay napaka-ductile, ngunit kontaminado ng kahit menor de edad na impurities, ito ay nagiging malutong at mas matigas. Ang ilang mga metal tulad ng ginto, pilak, tingga, aluminyo, osmium ay maaaring tumubo nang magkasama, ngunit ito ay maaaring tumagal ng mga dekada.

Ang lahat ng mga metal ay mabuti magsagawa ng electric current; Ito ay dahil sa presensya sa kanila kristal na sala-sala mga mobile electron na gumagalaw sa ilalim ng impluwensya ng electric field. Ang pilak, tanso at aluminyo ay may pinakamataas na electrical conductivity; para sa kadahilanang ito, ang huling dalawang metal ay madalas na ginagamit bilang isang materyal para sa mga wire. Ang sodium ay mayroon ding napakataas na electrical conductivity; ang mga pagtatangka ay kilala na gumamit ng sodium conductor sa anyo ng manipis na pader na hindi kinakalawang na bakal na tubo na puno ng sodium sa mga eksperimentong kagamitan. Dahil sa mababang tiyak na gravity ng sodium, na may pantay na pagtutol, ang "mga wire" ng sodium ay mas magaan kaysa sa tanso at kahit na medyo mas magaan kaysa sa aluminyo.

Ang mataas na thermal conductivity ng mga metal ay nakasalalay din sa mobility ng mga libreng electron. Samakatuwid, ang serye ng mga thermal conductivity ay katulad ng serye ng mga electrical conductivity at ang pinakamahusay na conductor ng init, tulad ng kuryente, ay pilak. Ang sodium ay nakakahanap din ng paggamit bilang isang mahusay na konduktor ng init; Ito ay malawak na kilala, halimbawa, ang paggamit ng sodium sa mga balbula ng mga makina ng sasakyan upang mapabuti ang kanilang paglamig.

Kulay halos pareho ang karamihan sa mga metal - mapusyaw na kulay abo na may maasul na kulay. Ang ginto, tanso, at cesium ay dilaw, pula, at mapusyaw na dilaw, ayon sa pagkakabanggit.

Mga kemikal na katangian ng mga metal

Sa panlabas na antas ng elektroniko, karamihan sa mga metal ay may maliit na bilang ng mga electron (1-3), kaya kumikilos sila bilang mga ahente ng pagbabawas sa karamihan ng mga reaksyon (iyon ay, "ibinibigay" nila ang kanilang mga electron)

Mga reaksyon na may mga simpleng sangkap

• Lahat ng metal ay tumutugon sa oxygen maliban sa ginto at platinum. Ang reaksyon sa pilak ay nangyayari sa mataas na temperatura, ngunit ang silver(II) oxide ay halos hindi nabuo, dahil ito ay thermally unstable. Depende sa metal, ang output ay maaaring oxides, peroxides, superoxides:

lithium oxide

sodium peroxide

potasa superoxide

Upang makakuha ng oksido mula sa peroxide, ang peroxide ay binabawasan ng isang metal:

Sa medium at mababang-aktibong mga metal, ang reaksyon ay nangyayari kapag pinainit:

• Tanging ang pinaka-aktibong mga metal lamang ang tumutugon sa nitrogen, ang lithium lamang ang nakikipag-ugnayan sa temperatura ng silid, na bumubuo ng mga nitride:

Kapag pinainit:

• Lahat ng metal ay tumutugon sa asupre maliban sa ginto at platinum:

Ang bakal ay tumutugon sa asupre kapag pinainit upang bumuo ng sulfide:

• Tanging ang pinaka-aktibong mga metal lamang ang tumutugon sa hydrogen, iyon ay, mga metal ng mga pangkat na IA at IIA, maliban sa Be. Ang mga reaksyon ay isinasagawa kapag pinainit, at ang mga hydride ay nabuo. Sa mga reaksyon, ang metal ay kumikilos bilang isang ahente ng pagbabawas, ang estado ng oksihenasyon ng hydrogen ay −1:

• Tanging ang pinaka-aktibong mga metal ay tumutugon sa carbon. Sa kasong ito, nabuo ang acetylenides o methanides. Ang acetylides, kapag nakikipag-ugnayan sa tubig, nagbibigay ng acetylene, methanides - methane.

Malaki ang pagkakaiba ng mga metal sa kanilang kemikal na aktibidad. Ang aktibidad ng kemikal ng isang metal ay maaaring halos hinuhusgahan ng posisyon nito sa.

Ang pinaka-aktibong mga metal ay matatagpuan sa simula ng hilera na ito (sa kaliwa), ang pinaka-hindi aktibo - sa dulo (sa kanan).
Mga reaksyon na may mga simpleng sangkap. Ang mga metal ay tumutugon sa mga di-metal upang bumuo ng mga binary compound. Ang mga kondisyon ng reaksyon, at kung minsan ang kanilang mga produkto, ay lubhang nag-iiba para sa iba't ibang mga metal.
Halimbawa, ang mga alkali metal ay aktibong tumutugon sa oxygen (kabilang ang hangin) sa temperatura ng silid upang bumuo ng mga oxide at peroxide.

4Li + O 2 = 2Li 2 O;
2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2

Ang mga intermediate activity na metal ay tumutugon sa oxygen kapag pinainit. Sa kasong ito, nabuo ang mga oxide:

2Mg + O 2 \u003d t 2MgO.

Ang mga hindi aktibong metal (halimbawa, ginto, platinum) ay hindi tumutugon sa oxygen at, samakatuwid, halos hindi nagbabago ng kanilang ningning sa hangin.
Karamihan sa mga metal, kapag pinainit ng sulfur powder, ay bumubuo ng kaukulang sulfide:

Mga reaksyon sa kumplikadong mga sangkap. Ang mga compound ng lahat ng klase ay tumutugon sa mga metal - mga oxide (kabilang ang tubig), mga acid, base at asin.
Ang mga aktibong metal ay marahas na tumutugon sa tubig sa temperatura ng silid:

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

Ang ibabaw ng mga metal tulad ng magnesium at aluminyo, halimbawa, ay protektado ng isang siksik na pelikula ng kaukulang oksido. Pinipigilan nito ang reaksyon sa tubig. Gayunpaman, kung ang pelikulang ito ay tinanggal o ang integridad nito ay nilabag, ang mga metal na ito ay aktibong tumutugon din. Halimbawa, ang powdered magnesium ay tumutugon sa mainit na tubig:

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

Sa mataas na temperatura, ang mga hindi gaanong aktibong metal ay tumutugon din sa tubig: Zn, Fe, Mil, atbp. Sa kasong ito, ang mga kaukulang oxide ay nabuo. Halimbawa, kapag ang singaw ng tubig ay dumaan sa mainit na mga pinagkataman na bakal, ang sumusunod na reaksyon ay nangyayari:

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

Ang mga metal sa serye ng aktibidad hanggang sa hydrogen ay tumutugon sa mga acid (maliban sa HNO 3) upang bumuo ng mga asin at hydrogen. Ang mga aktibong metal (K, Na, Ca, Mg) ay tumutugon sa mga solusyon sa acid nang napakalakas (sa mataas na bilis):

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

Ang mga hindi aktibong metal ay kadalasang halos hindi matutunaw sa mga acid. Ito ay dahil sa pagbuo ng isang hindi matutunaw na salt film sa kanilang ibabaw. Halimbawa, ang tingga, na nasa serye ng aktibidad hanggang sa hydrogen, ay halos hindi natutunaw sa dilute na sulfuric at hydrochloric acid dahil sa pagbuo ng isang pelikula ng mga hindi matutunaw na asin (PbSO 4 at PbCl 2) sa ibabaw nito.

Kailangan mong paganahin ang JavaScript upang bumoto

Pakikipag-ugnayan ng mga metal sa mga simpleng ahente ng oxidizing. Ang ratio ng mga metal sa tubig, may tubig na mga solusyon ng mga acid, alkali at asin. Ang papel na ginagampanan ng oxide film at mga produkto ng oksihenasyon. Pakikipag-ugnayan ng mga metal sa nitric at concentrated sulfuric acid.

Kasama sa mga metal ang lahat ng s-, d-, f-element, pati na rin ang mga p-element na matatagpuan sa ibabang bahagi panaka-nakang sistema mula sa dayagonal na iginuhit mula sa boron hanggang astatine. Sa mga simpleng sangkap ng mga elementong ito, ang isang metal na bono ay natanto. Ang mga metal na atom ay may kaunting mga electron sa panlabas na shell ng elektron, sa halagang 1, 2, o 3. Ang mga metal ay nagpapakita ng mga electropositive na katangian at may mababang electronegativity, mas mababa sa dalawa.

Ang mga metal ay likas katangian. Ito ay mga solido, mas mabigat kaysa sa tubig, na may metal na kinang. Ang mga metal ay may mataas na thermal at electrical conductivity. Ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng paglabas ng mga electron sa ilalim ng impluwensya ng iba't ibang mga panlabas na impluwensya: pag-iilaw sa liwanag, sa panahon ng pag-init, sa panahon ng pagkalagot (exoelectronic emission).

Ang pangunahing tampok ng mga metal ay ang kanilang kakayahang mag-abuloy ng mga electron sa mga atomo at ion ng iba pang mga sangkap. Ang mga metal ay nagpapababa ng mga ahente sa karamihan ng mga kaso. At ito ang kanilang katangian katangian ng kemikal. Isaalang-alang ang ratio ng mga metal sa karaniwang mga ahente ng oxidizing, na kinabibilangan ng mga simpleng sangkap - hindi metal, tubig, mga acid. Ang talahanayan 1 ay nagbibigay ng impormasyon sa ratio ng mga metal sa simpleng mga ahente ng oxidizing.

Talahanayan 1

Ang ratio ng mga metal sa simpleng oxidizing agent

Ang lahat ng mga metal ay tumutugon sa fluorine. Ang mga pagbubukod ay aluminyo, bakal, nikel, tanso, sink sa kawalan ng kahalumigmigan. Ang mga elementong ito, kapag tumutugon sa fluorine, sa una ay bumubuo ng mga fluoride film na nagpoprotekta sa mga metal mula sa karagdagang reaksyon.

Sa ilalim ng parehong mga kondisyon at dahilan, ang iron ay na-passivated bilang reaksyon sa chlorine. May kaugnayan sa oxygen, hindi lahat, ngunit isang bilang lamang ng mga metal ang bumubuo ng mga siksik na proteksiyon na pelikula ng mga oxide. Sa paglipat mula sa fluorine patungo sa nitrogen (talahanayan 1), bumababa ang aktibidad ng oxidative at samakatuwid ay lahat higit pa ang mga metal ay hindi na-oxidized. Halimbawa, tanging ang lithium at alkaline earth na mga metal lamang ang tumutugon sa nitrogen.

Ang ratio ng mga metal sa tubig at may tubig na mga solusyon ng mga ahente ng oxidizing.

AT may tubig na mga solusyon ang pagbabawas ng aktibidad ng isang metal ay nailalarawan sa pamamagitan ng halaga ng karaniwang potensyal na redox nito. Mula sa buong hanay ng mga karaniwang potensyal na redox, ang isang serye ng mga boltahe ng metal ay nakikilala, na ipinahiwatig sa talahanayan 2.

talahanayan 2

Mga metal na stress sa hanay

Ahente ng oxidizing	Equation ng proseso ng elektrod	Karaniwang potensyal ng elektrod φ 0, V	ahente ng pagbabawas	Kondisyon na aktibidad ng pagbabawas ng mga ahente
Li +	Li + + e - = Li	-3,045	Li	Aktibo
Rb+	Rb ++ e - = Rb	-2,925	Rb	Aktibo
K+	K ++ e - = K	-2,925	K	Aktibo
Cs +	Cs ++ e - = Cs	-2,923	Cs	Aktibo
Ca2+	Ca 2+ + 2e - = Ca	-2,866	Ca	Aktibo
Na+	Na + + e - = Na	-2,714	Na	Aktibo
Mg2+	Mg 2+ +2 e - \u003d Mg	-2,363	mg	Aktibo
Al 3+	Al 3+ + 3e - = Al	-1,662	Sinabi ni Al	Aktibo
Ti 2+	Ti 2+ + 2e - = Ti	-1,628	Ti	ikasal aktibidad
Mn2+	Mn 2+ + 2e - = Mn	-1,180	Mn	ikasal aktibidad
Cr2+	Cr 2+ + 2e - = Cr	-0,913	Cr	ikasal aktibidad
H2O	2H 2 O+ 2e - \u003d H 2 + 2OH -	-0,826	H 2 , pH=14	ikasal aktibidad
Zn2+	Zn 2+ + 2e - = Zn	-0,763	Zn	ikasal aktibidad
Cr3+	Cr 3+ +3e - = Cr	-0,744	Cr	ikasal aktibidad
Fe2+	Fe 2+ + e - \u003d Fe	-0,440	Fe	ikasal aktibidad
H2O	2H 2 O + e - \u003d H 2 + 2OH -	-0,413	H 2 , pH=7	ikasal aktibidad
CD 2+	Cd 2+ + 2e - = Cd	-0,403	CD	ikasal aktibidad
Co2+	Co 2+ +2 e - \u003d Co	-0,227	co	ikasal aktibidad
Ni2+	Ni 2+ + 2e - = Ni	-0,225	Ni	ikasal aktibidad
sn 2+	Sn 2+ + 2e - = Sn	-0,136	sn	ikasal aktibidad
Pb 2+	Pb 2+ + 2e - = Pb	-0,126	Pb	ikasal aktibidad
Fe3+	Fe 3+ + 3e - \u003d Fe	-0,036	Fe	ikasal aktibidad
H+	2H + + 2e - =H 2		H 2 , pH=0	ikasal aktibidad
Bi 3+	Bi 3+ + 3e - = Bi	0,215	Bi	Maliit na aktibo
Cu2+	Cu 2+ + 2e - = Cu	0,337	Cu	Maliit na aktibo
Cu+	Cu ++ e - = Cu	0,521	Cu	Maliit na aktibo
Hg 2 2+	Hg 2 2+ + 2e - = Hg	0,788	Hg 2	Maliit na aktibo
Ag+	Ag ++ e - = Ag	0,799	Ag	Maliit na aktibo
Hg2+	Hg 2+ + 2e - \u003d Hg	0,854	hg	Maliit na aktibo
Pt 2+	Pt 2+ + 2e - = Pt	1,2	Pt	Maliit na aktibo
Au 3+	Au 3+ + 3e - = Au	1,498	Au	Maliit na aktibo
Au +	Au++e-=Au	1,691	Au	Maliit na aktibo

Sa seryeng ito ng mga boltahe, ang mga halaga ng mga potensyal ng elektrod ng hydrogen electrode sa acidic (рН=0), neutral (рН=7), alkaline (рН=14) media ay ibinibigay din. Ang posisyon ng isang partikular na metal sa isang serye ng mga boltahe ay nagpapakilala sa kakayahang mag-redox ng mga pakikipag-ugnayan sa mga may tubig na solusyon sa ilalim ng mga karaniwang kondisyon. Ang mga metal ions ay mga ahente ng oxidizing at ang mga metal ay mga ahente ng pagbabawas. Ang karagdagang metal ay matatagpuan sa serye ng mga boltahe, mas malakas ang oxidizing agent sa isang may tubig na solusyon ay ang mga ions nito. Kung mas malapit ang metal sa simula ng row, mas malakas ang reducing agent nito.

Nagagawa ng mga metal na palitan ang bawat isa mula sa mga solusyon sa asin. Ang direksyon ng reaksyon ay tinutukoy sa kasong ito sa pamamagitan ng kanilang magkaparehong posisyon sa serye ng mga boltahe. Dapat tandaan na ang mga aktibong metal ay nagpapalit ng hydrogen hindi lamang mula sa tubig, kundi pati na rin sa anumang may tubig na solusyon. Samakatuwid, ang magkaparehong pag-aalis ng mga metal mula sa mga solusyon ng kanilang mga asing-gamot ay nangyayari lamang sa kaso ng mga metal na matatagpuan sa serye ng mga boltahe pagkatapos ng magnesiyo.

Ang lahat ng mga metal ay nahahati sa tatlong mga pangkat na may kondisyon, na makikita sa sumusunod na talahanayan.

Talahanayan 3

Kondisyonal na dibisyon ng mga metal

Pakikipag-ugnayan sa tubig. Ang oxidizing agent sa tubig ay ang hydrogen ion. Samakatuwid, ang mga metal lamang na iyon ang maaaring ma-oxidize ng tubig, ang karaniwang mga potensyal ng elektrod na kung saan ay mas mababa kaysa sa potensyal ng mga hydrogen ions sa tubig. Depende ito sa pH ng medium at ito ay

φ \u003d -0.059 pH.

Sa isang neutral na kapaligiran (рН=7) φ = -0.41 V. Ang likas na katangian ng pakikipag-ugnayan ng mga metal sa tubig ay ipinakita sa Talahanayan 4.

Ang mga metal mula sa simula ng serye, na may potensyal na mas negatibo kaysa -0.41 V, ay nag-aalis ng hydrogen mula sa tubig. Ngunit na-displaces na ng magnesium ang hydrogen mula sa mainit na tubig. Karaniwan, ang mga metal na matatagpuan sa pagitan ng magnesiyo at tingga ay hindi nag-aalis ng hydrogen mula sa tubig. Ang mga oxide film ay nabuo sa ibabaw ng mga metal na ito, na may proteksiyon na epekto.

Talahanayan 4

Pakikipag-ugnayan ng mga metal sa tubig sa isang neutral na daluyan

Pakikipag-ugnayan ng mga metal na may hydrochloric acid.

Ang oxidizing agent sa hydrochloric acid ay ang hydrogen ion. Ang karaniwang electrode potential ng isang hydrogen ion ay zero. Samakatuwid, ang lahat ng mga aktibong metal at metal ng intermediate na aktibidad ay dapat tumugon sa acid. Tanging ang lead ay nagpapakita ng kawalang-sigla.

Talahanayan 5

Ang pakikipag-ugnayan ng mga metal na may hydrochloric acid

Ang tanso ay maaaring matunaw sa napaka-puro hydrochloric acid, sa kabila ng katotohanan na ito ay kabilang sa mga mababang-aktibong metal.

Ang pakikipag-ugnayan ng mga metal na may sulfuric acid ay nangyayari nang iba at depende sa konsentrasyon nito.

Reaksyon ng mga metal na may dilute sulfuric acid. Ang pakikipag-ugnayan sa dilute sulfuric acid ay isinasagawa sa parehong paraan tulad ng sa hydrochloric acid.

Talahanayan 6

Reaksyon ng mga metal na may dilute sulfuric acid

Diluted sulpuriko acid nag-oxidize kasama ang hydrogen ion nito. Nakikipag-ugnayan ito sa mga metal na ang mga potensyal ng elektrod ay mas mababa kaysa sa hydrogen. Ang tingga ay hindi natutunaw sa sulfuric acid sa isang konsentrasyon sa ibaba 80%, dahil ang PbSO 4 na asin na nabuo sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng lead sa sulfuric acid ay hindi matutunaw at lumilikha ng isang proteksiyon na pelikula sa ibabaw ng metal.

Pakikipag-ugnayan ng mga metal na may puro sulfuric acid.

Sa puro sulfuric acid, ang sulfur sa +6 na estado ng oksihenasyon ay kumikilos bilang isang ahente ng oxidizing. Ito ay bahagi ng sulfate ion SO 4 2-. Samakatuwid, ang concentrated acid ay nag-oxidize sa lahat ng mga metal na ang karaniwang potensyal ng electrode ay mas mababa kaysa sa oxidizing agent. Pinakamataas na halaga Ang potensyal ng elektrod sa mga proseso ng elektrod na kinasasangkutan ng sulfate ion bilang isang oxidizing agent ay 0.36 V. Bilang resulta, ang ilang mga mababang-aktibong metal ay tumutugon din sa puro sulfuric acid.

Para sa mga metal ng katamtamang aktibidad (Al, Fe), ang passivation ay nagaganap dahil sa pagbuo ng mga siksik na oxide films. Ang lata ay na-oxidized sa estado ng tetravalent na may pagbuo ng tin (IV) sulfate:

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

Talahanayan 7

Pakikipag-ugnayan ng mga metal na may puro sulfuric acid

Ang lead ay nag-oxidize sa divalent state na may pagbuo ng natutunaw na lead hydrosulfate. Ang mercury ay natutunaw sa mainit na puro sulfuric acid upang bumuo ng mercury (I) at mercury (II) sulfate. Kahit na ang pilak ay natutunaw sa kumukulong puro sulfuric acid.

Dapat itong isipin na ang mas aktibo ang metal, mas malalim ang antas ng pagbawas ng sulfuric acid. Sa mga aktibong metal, ang acid ay nababawasan pangunahin sa hydrogen sulfide, kahit na ang iba pang mga produkto ay naroroon din. Halimbawa

Zn + 2H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;

3Zn + 4H 2 SO 4 = 3ZnSO 4 + S↓ + 4H 2 O;

4Zn + 5H 2 SO 4 \u003d 4ZnSO 4 \u003d 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O.

Pakikipag-ugnayan ng mga metal na may dilute na nitric acid.

Sa nitric acid, ang nitrogen sa +5 oxidation state ay kumikilos bilang isang oxidizing agent. Ang pinakamataas na halaga ng potensyal ng elektrod para sa nitrate ion ng dilute acid bilang isang oxidizing agent ay 0.96 V. Dahil sa ganoong malaking halaga, ang nitric acid ay isang mas malakas na oxidizing agent kaysa sa sulfuric acid. Ito ay maliwanag mula sa katotohanan na ang nitric acid ay nag-oxidize ng pilak. Ang acid ay nababawasan ng mas malalim, mas aktibo ang metal at mas dilute ang acid.

Talahanayan 8

Reaksyon ng mga metal na may dilute na nitric acid

Pakikipag-ugnayan ng mga metal na may puro nitric acid.

Ang puro nitric acid ay karaniwang nababawasan sa nitrogen dioxide. Ang pakikipag-ugnayan ng puro nitric acid sa mga metal ay ipinakita sa talahanayan 9.

Kapag gumagamit ng acid sa kakulangan at walang pagpapakilos, binabawasan ito ng mga aktibong metal sa nitrogen, at ang mga metal na may katamtamang aktibidad sa carbon monoxide.

Talahanayan 9

Pakikipag-ugnayan ng puro nitric acid sa mga metal

Pakikipag-ugnayan ng mga metal na may mga solusyon sa alkali.

Ang mga metal ay hindi ma-oxidized ng alkalis. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang mga alkali metal ay malakas na pagbabawas ng mga ahente. Samakatuwid, ang kanilang mga ion ay ang pinakamahina na ahente ng pag-oxidizing at hindi nagpapakita ng mga katangian ng pag-oxidizing sa mga may tubig na solusyon. Gayunpaman, sa pagkakaroon ng alkalis, ang oxidizing effect ng tubig ay ipinahayag sa isang mas malawak na lawak kaysa sa kanilang kawalan. Dahil dito, sa mga alkalina na solusyon, ang mga metal ay na-oxidized ng tubig upang bumuo ng mga hydroxides at hydrogen. Kung ang oxide at hydroxide ay mga amphoteric compound, pagkatapos ay matutunaw sila sa isang alkaline na solusyon. Bilang resulta, ang mga metal na passive sa purong tubig ay nakikipag-ugnayan nang masigla sa mga solusyon sa alkali.

Talahanayan 10

Pakikipag-ugnayan ng mga metal na may mga solusyon sa alkali

Ang proseso ng paglusaw ay ipinakita sa anyo ng dalawang yugto: ang oksihenasyon ng metal na may tubig at ang paglusaw ng hydroxide:

Zn + 2HOH \u003d Zn (OH) 2 ↓ + H 2;

Zn (OH) 2 ↓ + 2NaOH \u003d Na 2.

Una sa lahat, dapat tandaan na ang mga metal ay karaniwang nahahati sa tatlong grupo:

1) Mga aktibong metal: Kasama sa mga metal na ito ang lahat ng alkali metal, alkaline earth metal, pati na rin ang magnesium at aluminum.

2) Mga metal ng katamtamang aktibidad: kabilang dito ang mga metal na matatagpuan sa pagitan ng aluminyo at hydrogen sa serye ng aktibidad.

3) Mga hindi aktibong metal: mga metal na matatagpuan sa serye ng aktibidad sa kanan ng hydrogen.

Una sa lahat, kailangan mong tandaan na ang mga mababang-aktibong metal (iyon ay, ang mga matatagpuan pagkatapos ng hydrogen) ay hindi tumutugon sa tubig sa ilalim ng anumang mga kondisyon.

Ang alkali at alkaline earth na mga metal ay tumutugon sa tubig sa anumang kondisyon (kahit na sa ordinaryong temperatura at sa lamig), habang ang reaksyon ay sinamahan ng ebolusyon ng hydrogen at pagbuo ng metal hydroxide. Halimbawa:

2Na + 2H 2 O \u003d 2NaOH + H 2

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

Ang magnesiyo, dahil sa ang katunayan na ito ay natatakpan ng isang proteksiyon na oxide film, ay tumutugon sa tubig lamang kapag ito ay pinakuluan. Kapag pinainit sa tubig, ang oxide film na binubuo ng MgO ay nawasak at ang magnesium sa ilalim nito ay nagsisimulang tumugon sa tubig. Sa kasong ito, ang reaksyon ay sinamahan din ng ebolusyon ng hydrogen at pagbuo ng metal hydroxide, na, gayunpaman, ay hindi matutunaw sa kaso ng magnesium:

Mg + 2H 2 O \u003d Mg (OH) 2 ↓ + H 2

Ang aluminyo, tulad ng magnesiyo, ay natatakpan ng isang proteksiyon na oxide film, ngunit sa kasong ito ay hindi ito masisira sa pamamagitan ng pagkulo. Upang alisin ito, alinman sa mekanikal na paglilinis (na may ilang uri ng nakasasakit) o ​​ang kemikal na pagkasira nito na may alkali, ang mga solusyon ng mercury salt o ammonium salt ay kinakailangan:

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

Ang mga metal na may katamtamang aktibidad ay tumutugon sa tubig kapag ito ay nasa estado ng sobrang init na singaw ng tubig. Sa kasong ito, ang metal mismo ay dapat na pinainit sa isang pulang-mainit na temperatura (mga 600-800 ° C). Hindi tulad ng mga aktibong metal, ang mga metal ng intermediate na aktibidad, kapag tumutugon sa tubig, ay bumubuo ng mga metal oxide sa halip na mga hydroxides. Ang pagbabawas ng produkto sa kasong ito ay hydrogen:

Zn + H 2 O \u003d ZnO + H 2

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

Fe + H 2 O \u003d FeO + H 2 (depende sa antas ng pag-init)