Reakcijske enačbe razmerja kovin:

• a) na preproste snovi: kisik, vodik, halogeni, žveplo, dušik, ogljik;
• b) na kompleksne snovi: voda, kisline, alkalije, soli.

1. Kovine vključujejo s-elemente skupin I in II, vse s-elemente, p-elemente skupine III (razen bora), pa tudi kositer in svinec (skupina IV), bizmut (skupina V) in polonij (skupina VI). Večina kovin ima 1-3 elektrone na svoji zunanji energijski ravni. Za atome d-elementov so znotraj periode d-podnivoji predzunanje plasti zapolnjeni od leve proti desni.
2. Kemijske lastnosti kovin so določene z značilno strukturo njihovih zunanjih elektronskih lupin.

V obdobju, ko se jedrski naboj poveča, se polmeri atomov z enakim številom elektronskih lupin zmanjšajo. Atomi alkalijskih kovin imajo največje radije. Manjši kot je polmer atoma, večja je ionizacijska energija, večji kot je polmer atoma, manjša je ionizacijska energija. Ker imajo kovinski atomi največje atomske radije, so zanje značilne predvsem nizke vrednosti ionizacijske energije in afinitete do elektronov. Proste kovine imajo izključno redukcijske lastnosti.

3) Kovine tvorijo okside, na primer:

Samo alkalijske in zemeljskoalkalijske kovine reagirajo z vodikom in tvorijo hidride:

Kovine reagirajo s halogeni, tvorijo halogenide, z žveplom - sulfide, z dušikom - nitride, z ogljikom - karbide.

S povečanjem algebrski pomen standardni elektrodni potencial kovine E 0 v nizu napetosti se sposobnost kovine za reakcijo z vodo zmanjša. Torej železo reagira z vodo le pri zelo visoka temperatura:

Kovine z pozitivna vrednost standardni elektrodni potencial, torej tisti, ki stojijo za vodikom v napetostnem nizu, ne reagirajo z vodo.

Značilne so reakcije kovin s kislinami. Kovine z negativno vrednostjo E0 izpodrivajo vodik iz raztopin HCl, H2S04, H3P04 itd.

Kovina z nižjo vrednostjo E 0 izpodriva kovino z dobra vrednost E 0 iz raztopin soli:

Najpomembnejše industrijsko pridobljene kalcijeve spojine, njihove kemijske lastnosti in načini pridobivanja.

Kalcijev oksid CaO se imenuje živo apno. Pridobiva se z žganjem apnenca CaC0 3 --> CaO + CO, pri temperaturi 2000° C. Kalcijev oksid ima lastnosti bazičnega oksida:

a) reagira z vodo in pri tem sprosti veliko toplote:

CaO + H 2 0 = Ca (OH) 2 (gašeno apno).

b) reagira s kislinami in tvori sol in vodo:

CaO + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O

CaO + 2H + = Ca 2+ + H 2 O

c) reagira s kislinskimi oksidi in tvori sol:

CaO + C0 2 = CaC0 3

Kalcijev hidroksid Ca(OH) 2 uporabljamo v obliki gašenega apna, apnenega mleka in apnene vode.

Apneno mleko je gošča, ki nastane z mešanjem odvečnega gašenega apna z vodo.

Apnena voda je bistra raztopina, ki jo dobimo s filtriranjem apnenega mleka. Uporablja se v laboratoriju za odkrivanje ogljikovega (IV) monoksida.

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O

Pri daljšem prehodu ogljikovega monoksida (IV) raztopina postane prozorna, saj nastane kisla sol, topna v vodi:

CaC0 3 + C0 2 + H 2 O = Ca(HCO 3 ) 2

Če nastalo prozorno raztopino kalcijevega bikarbonata segrejemo, se ponovno pojavi motnost, saj se oborina CaC0 3 obori:

Zaradi prisotnosti prostih elektronov ("elektronski plin") v kristalni mreži imajo vse kovine naslednje značilne splošne lastnosti:

1) Plastika– možnost enostavnega spreminjanja oblike, raztegovanja v žico in valjanja v tanke plošče.

2) Kovinski sijaj in motnost. To je posledica interakcije prostih elektronov s svetlobo, ki vpada na kovino.

3) Električna prevodnost. Razlaga se z usmerjenim gibanjem prostih elektronov od negativnega pola do pozitivnega pod vplivom majhne potencialne razlike. Pri segrevanju se električna prevodnost zmanjša, ker Z naraščanjem temperature se tresljaji atomov in ionov v vozliščih kristalne mreže okrepijo, kar otežuje smerno gibanje "elektronskega plina".

4) Toplotna prevodnost. Nastane zaradi velike mobilnosti prostih elektronov, zaradi česar se temperatura hitro izenači po masi kovine. Največjo toplotno prevodnost imata bizmut in živo srebro.

5) Trdota. Najtrši je krom (reže steklo); najmehkejše alkalijske kovine - kalij, natrij, rubidij in cezij - režemo z nožem.

6) Gostota. Manjša kot je atomska masa kovine in večji kot je polmer atoma, manjši je. Najlažji je litij (ρ=0,53 g/cm3); najtežji je osmij (ρ=22,6 g/cm3). Kovine z gostoto manjšo od 5 g/cm3 se štejejo za "lahke kovine".

7) Tališča in vrelišča. Najbolj talilna kovina je živo srebro (tt = -39 °C), najbolj ognjevarna kovina je volfram (tt = 3390 °C). Kovine s temperaturo taljenja nad 1000 ° C se štejejo za ognjevzdržne, pod nizkim tališčem.

Splošne kemijske lastnosti kovin

Močni reducenti: Me 0 – nē → Me n +

Številne napetosti označujejo primerjalno aktivnost kovin v redoks reakcijah v vodnih raztopinah.

1. Reakcije kovin z nekovinami

1) S kisikom:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) Z žveplom:
Hg + S → HgS

3) S halogeni:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2

4) Z dušikom:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2

5) S fosforjem:
3Ca + 2P – t° → Ca 3 P 2

6) Z vodikom (reagirajo samo alkalijske in zemeljskoalkalijske kovine):
2Li + H 2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

2. Reakcije kovin s kislinami

1) Kovine v nizu elektrokemičnih napetosti do H reducirajo neoksidirajoče kisline v vodik:

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) Z oksidirajočimi kislinami:

Pri interakciji dušikove kisline katere koli koncentracije in koncentrirane žveplove kisline s kovinami Vodik se nikoli ne sprošča!

Zn + 2H 2 SO 4(K) → ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

4Zn + 5H 2 SO 4(K) → 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

3Zn + 4H 2 SO 4(K) → 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O

2H 2 SO 4 (k) + Cu → Cu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

10HNO 3 + 4Mg → 4Mg(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

4HNO 3 (k) + Cu → Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

3. Interakcija kovin z vodo

1) Aktivne (alkalijske in zemeljskoalkalijske kovine) tvorijo topno bazo (alkalije) in vodik:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2) Kovine srednje aktivnosti se oksidirajo z vodo, ko se segrejejo do oksida:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) Neaktiven (Au, Ag, Pt) - ne reagirajo.

4. Izpodrivanje manj aktivnih kovin z bolj aktivnimi kovinami iz raztopin njihovih soli:

Cu + HgCl 2 → Hg+ CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

V industriji pogosto uporabljajo ne čiste kovine, temveč njihove mešanice - zlitine, pri katerem se koristne lastnosti ene kovine dopolnjujejo s koristnimi lastnostmi druge. Tako ima baker nizko trdoto in je neprimeren za izdelavo strojnih delov, zlitine bakra in cinka ( medenina) so že precej trdi in se pogosto uporabljajo v strojništvu. Aluminij ima visoko duktilnost in zadostno lahkotnost (nizka gostota), vendar je premehak. Na njegovi osnovi je pripravljena zlitina z magnezijem, bakrom in manganom - duraluminij (duraluminij), ki brez izgube koristne lastnosti aluminij, pridobi visoko trdoto in postane primeren za izdelavo letal. Zlitine železa z ogljikom (in dodatki drugih kovin) so splošno znane lito železo in jeklo.

Proste kovine so restavratorji. Vendar imajo nekatere kovine nizko reaktivnost zaradi dejstva, da so prevlečene površinski oksidni film, v različni meri odporen na kemične reagente, kot so voda, raztopine kislin in alkalij.

Na primer, svinec je vedno prekrit z oksidnim filmom, njegov prehod v raztopino ne zahteva le izpostavljenosti reagentu (na primer razredčeni dušikovi kislini), temveč tudi segrevanje. Oksidni film na aluminiju preprečuje njegovo reakcijo z vodo, vendar ga kisline in alkalije uničijo. Ohlapen oksidni film (rja), ki nastane na površini železa v vlažnem zraku, ne ovira nadaljnje oksidacije železa.

Pod vplivom koncentrirano na kovinah nastajajo kisline trajnostno oksidni film. Ta pojav se imenuje pasivizacija. Torej, v koncentriranem žveplova kislina kovine, kot so Be, Bi, Co, Fe, Mg in Nb, so pasivirane (in potem ne reagirajo s kislino), v koncentrirani dušikovi kislini pa - kovine A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb , Th in U.

Pri interakciji z oksidanti v kislih raztopinah se večina kovin pretvori v katione, katerih naboj je določen s stabilnim oksidacijskim stanjem danega elementa v spojinah (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ in Fe 3 +)

Redukcijska aktivnost kovin v kisli raztopini se prenaša z nizom napetosti. Večina kovin se prenese v raztopino s klorovodikovo in razredčeno žveplovo kislino, vendar Cu, Ag in Hg - samo z žveplovo (koncentrirano) in dušikovo kislino ter Pt in Au - z "regia vodko".

Korozija kovin

Nezaželena kemična lastnost kovin je njihova korozija, to je aktivno uničenje (oksidacija) ob stiku z vodo in pod vplivom v njej raztopljenega kisika. (kisikova korozija). Splošno znana je na primer korozija železnih izdelkov v vodi, zaradi katere nastane rja, izdelki pa se drobijo v prah.

Do korozije kovin pride tudi v vodi zaradi prisotnosti raztopljenih plinov CO 2 in SO 2; nastane kislo okolje in kationi H + se izpodrinejo z aktivnimi kovinami v obliki vodika H 2 ( vodikova korozija).

Območje stika med dvema različnima kovinama je lahko še posebej jedko ( kontaktna korozija). Galvanski par nastane med eno kovino, na primer Fe, in drugo kovino, na primer Sn ali Cu, postavljeno v vodo. Tok elektronov poteka od bolj aktivne kovine, ki je levo v napetostnem nizu (Re), do manj aktivne kovine (Sn, Cu), bolj aktivna kovina pa se uniči (korodira).

Zaradi tega kositrana površina pločevink (železo, prevlečeno s kositrom) ob skladiščenju v vlažnem okolju in neprevidnem ravnanju rjavi (železo se hitro sesede že po majhni praski in tako pride v stik z vlago). Nasprotno, pocinkana površina železnega vedra dolgo ne rjavi, saj tudi če so praske, ne korodira železo, temveč cink (bolj aktivna kovina kot železo).

Odpornost proti koroziji za določeno kovino se poveča, če je prevlečena z bolj aktivno kovino ali ko sta taljeni; Tako prevleka železa s kromom ali izdelava zlitine železa in kroma odpravi korozijo železa. Kromirano železo in jeklo, ki vsebuje krom ( nerjaveče jeklo), imajo visoko odpornost proti koroziji.

Znano je, da lahko vse enostavne snovi razdelimo na enostavne snovi – kovine in enostavne snovi – nekovine.

KOVINE, kot jih je definiral M. V. Lomonosov, so »lahka telesa, ki jih je mogoče kovati«. To so običajno voljni, sijoči materiali z visoko toplotno in električno prevodnostjo. Te fizične in mnoge Kemijske lastnosti kovine so povezane s sposobnostjo njihovih atomov, da PREDAJO elektrone.

NEKOVINE, nasprotno, lahko dodajajo elektrone kemični procesi. Večina nekovin ima nasprotne lastnosti kot kovine: ne svetijo, ne prevajajo elektrike in niso kovane. Biti nasprotje Kovine in nekovine po svojih lastnostih zlahka reagirajo med seboj.

Ta del samouka je namenjen kratkemu pregledu lastnosti kovin in nekovin. Pri opisovanju lastnosti elementov je priporočljivo upoštevati naslednjo logično shemo:

1. Najprej opišite strukturo atoma (navedite porazdelitev valenčnih elektronov), sklepajte, ali ta element spada med kovine ali nekovine, določite njegova valenčna stanja (oksidacijska stanja) - glejte lekcijo 3;

2. Nato opiši lastnosti enostavne snovi s sestavljanjem reakcijskih enačb

• s kisikom;
• z vodikom;
• s kovinami (za nekovine) ali z nekovinami (za kovine);
• z vodo;
• s kislinami ali alkalijami (če je mogoče);
• z raztopinami soli;

3. Nato morate opisati lastnosti najpomembnejših spojin (vodikove spojine, oksidi, hidroksidi, soli). V tem primeru morate najprej določiti naravo (kislo ali bazično) dane spojine in nato, ob upoštevanju lastnosti spojin tega razreda, sestaviti potrebne reakcijske enačbe;

4. In končno je treba opisati kvalitativne reakcije na katione (anione), ki vsebujejo ta element, metode za pridobivanje preproste snovi in ​​najpomembnejših spojin tega kemičnega elementa ter navesti praktično uporabo preučevanih snovi tega elementa.

Torej, če ugotovite, da je oksid kisel, potem bo reagiral z vodo, bazičnimi oksidi, bazami (glej lekcijo 2.1) in bo ustrezal kislemu hidroksidu (kislini). Ko opisujete lastnosti te kisline, je koristno pogledati tudi ustrezen razdelek: lekcija 2.2.

Kovine so enostavne snovi, katerih atomi lahko le daj proč elektroni. Ta značilnost kovin je posledica dejstva, da so ti atomi na zunanji ravni nekaj nahajajo se elektroni (najpogosteje od 1 do 3) ali zunanji elektroni daleč od jedra. Manj kot je elektronov na zunanji ravni atoma in dlje kot so od jedra, bolj je kovina aktivna (bolj izrazite so njene kovinske lastnosti).

Naloga 8.1. Katera kovina je bolj aktivna:

Ime kemični elementi A B C D.

Kovine in nekovine v Mendelejevem periodnem sistemu kemijskih elementov (PSM) so ločene s črto, narisano od bora do astatina. Nad to črto v glavne podskupine so nekovine(glej lekcijo 3). Preostali kemični elementi so kovine.

Naloga 8.2. Kateri od naslednjih elementov so kovine: silicij, svinec, antimon, arzen, selen, krom, polonij?

vprašanje Kako naj si razložimo dejstvo, da je silicij nekovina, svinec pa kovina, čeprav imata enako število zunanjih elektronov?

Bistvena značilnost kovinskih atomov je njihov velik radij in prisotnost valenčnih elektronov, ki so šibko vezani na jedro. Za take atome je ionizacijska energija* majhna.

* IONIZACIJA ENERGIJE enako delu, porabljenem za odstranitev enega zunanjega elektrona iz atoma (per ionizacija atom) v svojem osnovnem energijskem stanju.

Nekateri valenčni elektroni kovin, ki se ločijo od atomov, postanejo "svobodni". »Prosti« elektroni se zlahka premikajo med atomi in kovinskimi ioni v kristalu ter tvorijo »elektronski plin« (slika 28).

V naslednjem časovnem trenutku lahko katerega koli od "prostih" elektronov pritegne kateri koli kation in kateri koli kovinski atom lahko odda elektron in se spremeni v ion (ti procesi so prikazani na sliki 28 s pikčastimi črtami).

Tako je notranja struktura kovine podobna večplastna torta, kjer se pozitivno nabite "plasti" kovinskih atomov in ionov izmenjujejo z elektronskimi "plastmi" in jih privlačijo. Najboljši model notranja struktura kovina je kup steklenih plošč, navlaženih z vodo: zelo težko je odtrgati eno ploščo od druge (močne kovine), vendar je zelo enostavno premakniti eno ploščo glede na drugo (duktilne kovine) (slika 29).

Naloga 8.3. Naredite tak "model" kovine in preverite te lastnosti.

Kemična vez, ki jo izvedejo "prosti" elektroni, se imenuje kovinska vez.

To zagotavljajo tudi »prosti« elektroni fizično lastnosti kovin, kot so električna in toplotna prevodnost, duktilnost (kovost) in kovinski lesk.

Naloga 8.4. Po hiši poiščite kovinske predmete.

Če opravite to nalogo, boste zlahka našli kovinske pripomočke v kuhinji: lonce, ponve, vilice, žlice. Stroji, letala, avtomobili, dizelske lokomotive in orodja so izdelani iz kovin in njihovih zlitin. Sodobna civilizacija je nemogoča brez kovin, saj so tudi električni vodniki izdelani iz kovin – Cu in Al. Za izdelavo anten za radijske in televizijske sprejemnike so primerne samo kovine, za izdelavo pa se uporabljajo tudi kovine najboljša ogledala. V tem primeru se pogosto uporabljajo ne čiste kovine, temveč njihove mešanice (trdne raztopine) - ZLITINE.

Zlitine

Kovine zlahka tvorijo zlitine - materiale, ki imajo kovinske lastnosti in so sestavljeni iz dveh ali več kemičnih elementov (enostavnih snovi), od katerih je vsaj ena kovina. Mnoge kovinske zlitine imajo eno samo kovino kot osnovo z majhnimi dodatki drugih komponent. Načeloma je težko potegniti jasno mejo med kovinami in zlitinami, saj tudi najčistejše kovine vsebujejo "sledove" nečistoč drugih kemičnih elementov.

Vsi zgoraj našteti predmeti - stroji, letala, avtomobili, ponve, vilice, žlice, nakit - so izdelani iz zlitin. Kovine primesi (legirne komponente) s človeškega vidika zelo pogosto spremenijo lastnosti navadne kovine na bolje. Tako železo kot aluminij sta na primer precej mehki kovini. Toda v kombinaciji med seboj ali z drugimi komponentami se spremenijo v jeklo, duraluminij in druge trajne konstrukcijske materiale. Poglejmo si lastnosti najpogostejših zlitin.

Jeklo- to so zlitine železo z ogljikom, ki vsebuje slednje do 2%. Legirana jekla vsebujejo tudi druge kemične elemente - krom, vanadij, nikelj. Proizvede se veliko več jekla kot katere koli druge kovine in zlitine in vse vrste le-teh možne aplikacije težko našteti. Nizkoogljično jeklo (manj kot 0,25 % ogljika) se porabi v velikih količinah kot konstrukcijski material, jeklo z več visoka vsebnost ogljik (več kot 0,55%) se uporablja za izdelavo rezilnega orodja: britvic, svedrov itd.

Osnova je železo lito železo. Lito železo je zlitina železa z 2–4 % ogljika. Silicij je tudi pomembna sestavina litega železa. Iz litega železa je mogoče uliti najrazličnejše zelo uporabne izdelke, kot so pokrovi jaškov, priključki za cevovode, bloki cilindrov motorja itd.

bron- zlitina baker, običajno z kositer kot glavna legirna komponenta, pa tudi z aluminijem, silicijem, berilijem, svincem in drugimi elementi, razen cinka. Kositrni bron je bil znan in široko uporabljen v starih časih. Večina antičnih bronov vsebuje 75–90 % bakra in 25–10 % kositra, zaradi česar so videti podobni zlatu, vendar so bolj ognjevzdržni. To je zelo trpežna zlitina. Iz njega so izdelovali orožje, dokler se niso naučili izdelovati železove zlitine. Celotno obdobje v človeški zgodovini je povezano z uporabo brona: bronasta doba.

Medenina- to so zlitine baker z Zn, Al, Mg. To so zlitine barvnih želez z nizkim tališčem in jih je enostavno obdelovati: rezati, variti in spajkati.

Bakronikl- je zlitina baker z nikljem, včasih z dodatkom železa in mangana. Po zunanjih značilnostih je kupronikel podoben srebru, vendar ima večjo mehansko trdnost. Zlitina se široko uporablja za izdelavo namiznega pribora in je poceni nakit. Večina sodobnih kovancev srebrne barve je izdelana iz bakroniklja (običajno 75 % bakra in 25 % niklja z manjšimi dodatki mangana).

Duraluminij, ali duralumin je na osnovi zlitine aluminij z dodatkom legirnih elementov - bakra, mangana, magnezija in železa. Odlikuje ga trdnost jekla in odpornost na morebitne preobremenitve. Je glavni strukturni material v letalstvu in astronavtiki.

Kemijske lastnosti kovin

Kovine zlahka oddajo elektrone, torej so restavratorji. Zato zlahka reagirajo z oksidanti.

Vprašanja

1. Kateri atomi so oksidanti?
2. Kako se imenujejo preproste snovi, sestavljene iz atomov, ki lahko sprejemajo elektrone?

Tako kovine reagirajo z nekovinami. V takih reakcijah pridobijo nekovine, ki sprejemajo elektrone ponavadi NIŽJE oksidacijsko stanje.

Poglejmo si primer. Naj aluminij reagira z žveplom:

vprašanje Kateri od teh kemičnih elementov je sposoben samo daj elektroni? Koliko elektronov?

Aluminij - kovina, ki ima na svojem zunanjem nivoju 3 elektrone (skupina III!), torej odda 3 elektrone:

Ko atom aluminija odda elektrone, jih atom žvepla sprejme.

vprašanje Koliko elektronov lahko sprejme atom žvepla, preden dokonča zunanjo raven? Zakaj?

Atom žvepla ima zunanjo raven 6 elektronov (skupina VI!), zato ta atom prejme 2 elektrona:

Tako ima nastala spojina sestavo:

Kot rezultat dobimo reakcijsko enačbo:

Naloga 8.5. S podobnim sklepanjem sestavite reakcijske enačbe:

• kalcij + klor (Cl 2);
• magnezij + dušik (N 2).

Ko sestavljate reakcijske enačbe, ne pozabite, da atom kovine odda vse zunanje elektrone, atom nekovine pa sprejme toliko elektronov, kolikor jih manjka do osem.

Imena spojin, pridobljenih v takih reakcijah, vedno vsebujejo pripono ID:

Korenska beseda v imenu izhaja iz latinskega imena nekovine (glej lekcijo 2.4).

Kovine reagirajo s kislinskimi raztopinami(glej lekcijo 2.2). Pri sestavljanju enačb za takšne reakcije in pri ugotavljanju možnosti takšne reakcije je treba uporabiti vrsto napetosti (vrsto aktivnosti) kovin:

Kovine v tej vrstici na vodik, lahko izpodrinejo vodik iz kislinskih raztopin:

Naloga 8.6. Sestavite enačbe mogoče reakcije:

• magnezij + žveplova kislina;
• nikelj + klorovodikova kislina;
• živo srebro + klorovodikova kislina.

Vse te kovine v nastalih spojinah so dvovalentne.

Reakcija kovine s kislino je možna, če povzroči topen sol. Na primer, magnezij praktično ne reagira s fosforno kislino, saj je njegova površina hitro prekrita s plastjo netopnega fosfata:

Kovine po vodiku lahko reagirajo z nekaterimi kislinami, vendar vodik v teh reakcijah ne izstopa:

Naloga 8.7. Katera od kovin - Ba, Mg, Fe, Pb, Cu- lahko reagira z raztopino žveplove kisline? Zakaj? Sestavite enačbe mogoče reakcije.

Kovine reagirajo z vodo, če so bolj aktivni od železa (železo lahko reagira tudi z vodo). Hkrati so zelo aktivne kovine ( Li–Al) reagirajo z vodo pri normalnih pogojih ali z rahlim segrevanjem po shemi:

Kje X- kovinska valenca.

Naloga 8.8. Napišite reakcijske enačbe po tej shemi za K, Na, Ca. Katere druge kovine lahko reagirajo z vodo na ta način?

Postavlja se vprašanje: zakaj aluminij praktično ne reagira z vodo? Res, zavremo vodo v aluminijasti posodi in ... nič! Dejstvo je, da je površina aluminija zaščitena z oksidnim filmom (glede na Al 2 O 3). Če se uniči, se bo začela reakcija aluminija z vodo in precej aktivna. Koristno je vedeti, da ta film uničijo klorovi ioni Cl –. In ker aluminijevi ioni niso varni za zdravje, je treba upoštevati naslednje pravilo: Močno slane hrane ne shranjujte v aluminijasti posodi!

vprašanje Ali ga je mogoče shraniti v aluminijastih posodah? kislo zeljna juha, kompot?

Manj aktivne kovine, ki so v nizu napetosti za aluminijem, reagirajo z vodo v močno zdrobljenem stanju in ob močnem segrevanju (nad 100 °C) po naslednji shemi:

Kovine, ki so manj aktivne od železa, ne reagirajo z vodo!

Kovine reagirajo z raztopinami soli. V tem primeru bolj aktivne kovine izpodrinejo manj aktivno kovino iz raztopine njene soli:

Naloga 8.9. Katere od naslednjih reakcij so možne in zakaj:

1. srebro + bakrov nitrat II;
2. nikelj + svinčev nitrat II;
3. baker + živosrebrov nitrat II;
4. cink + nikeljev nitrat II.

Sestavite enačbe mogoče reakcije. Za nemogoče razložite, zakaj so nemogoči.

Opozoriti je treba (!). zelo reaktivne kovine, ki v normalnih razmerah reagirajo z vodo, ne izpodrivajte drugih kovin iz raztopin njihovih soli, saj reagirajo z vodo in ne s soljo:

In potem nastala alkalija reagira s soljo:

Zato reakcija med železovim sulfatom in natrijem NI v spremstvu premik manj aktivne kovine:

Korozija kovin

korozija- spontani proces oksidacije kovin pod vplivom okoljskih dejavnikov.

Kovin v naravi praktično ni v prosti obliki. Izjema so le »plemenite«, najbolj neaktivne kovine, kot sta zlato in platina. Vsi drugi se aktivno oksidirajo pod vplivom kisika, vode, kislin itd. Na primer, rja nastane na katerem koli nezaščitenem železnem izdelku ravno v prisotnosti kisika ali vode. V tem primeru se železo oksidira:

in sestavine atmosferske vlage se obnovijo:

Kot rezultat, železov hidroksid (II), ki se ob oksidaciji spremeni v rjo:

Tudi druge kovine lahko korodirajo, čeprav se na njihovi površini ne tvori rja. Torej na Zemlji ni kovine aluminija - najpogostejše kovine na planetu. Toda osnova mnogih skale in tla so sestavljena iz aluminijevega oksida Al2O3. Dejstvo je, da aluminij takoj oksidira na zraku. Korozija kovin povzroča ogromno škodo, uničuje različne kovinske strukture.

Za zmanjšanje izgub zaradi korozije je treba odpraviti vzroke, ki jo povzročajo. Najprej je treba kovinske predmete izolirati pred vlago. Lahko se naredi različne poti, na primer, izdelek hranite na suhem mestu, kar ni vedno mogoče. Poleg tega lahko pobarvate površino predmeta, jo namažete z vodoodbojno sestavo in ustvarite umetni oksidni film. V slednjem primeru se v zlitino vnese krom, ki "prijazno" razprostre svoj oksidni film po površini celotne kovine. Jeklo postane nerjavno.

Izdelki iz nerjavečega jekla so dragi. Zato za zaščito pred korozijo uporabljajo dejstvo, da manj aktivna kovina se ne spremeni, tj. ne sodeluje v procesu. Zato, če varite na izdelek, ki ga shranjujete bolj aktivna kovine, dokler se ne zruši, izdelek ne bo korodiral. Ta način zaščite se imenuje tekalna plast zaščito.

zaključki

Kovine so enostavne snovi, ki so vedno reducenti. Redukcijska aktivnost kovine se zmanjšuje v napetostnem nizu od litija do zlata. S položajem kovine v nizu napetosti lahko ugotovite, kako kovina reagira s kislinskimi raztopinami, z vodo, z raztopinami soli.

Prvi material, ki so se ga ljudje naučili uporabljati za svoje potrebe, je bil kamen. Vendar se je kasneje, ko se je človek zavedel lastnosti kovin, kamen premaknil daleč nazaj. Prav te snovi in ​​njihove zlitine so postale najpomembnejši in glavni material v rokah ljudi. Iz njih so izdelovali gospodinjske predmete in orodje ter gradili prostore. Zato bomo v tem članku pogledali, kaj so kovine, splošne značilnosti, katerih lastnosti in uporaba so tako pomembne do danes. Navsezadnje je dobesedno takoj po kameni dobi sledila cela galaksija kovin: baker, bron in železo.

Kovine: splošne značilnosti

Kaj združuje vse predstavnike teh preprostih snovi? Seveda je to struktura njihove kristalne mreže, vrste kemičnih vezi in značilnosti elektronske strukture atoma. Navsezadnje od tod značilne fizikalne lastnosti, ki so osnova za uporabo teh materialov pri ljudeh.

Najprej razmislimo o kovinah kot kemičnih elementih periodni sistem. V njem se nahajajo precej prosto in zasedajo 95 celic od danes znanih 115. Obstaja več značilnosti njihove lokacije v celotnem sistemu:

• Tvorijo glavne podskupine skupin I in II ter III, začenši z aluminijem.
• Vse stranske podskupine sestavljajo samo kovine.
• Nahajajo se pod konvencionalno diagonalo od bora do astatina.

Na podlagi takih podatkov je lahko razbrati, da so nekovine zbrane v zgornjem desnem delu sistema, preostali prostor pa pripada elementom, ki jih obravnavamo.

Vsi imajo več značilnosti elektronske strukture atoma:

Splošne značilnosti kovin in nekovin omogočajo prepoznavanje vzorcev v njihovi strukturi. Tako je kristalna mreža prvega kovinska in posebna. Njena vozlišča vsebujejo več vrst delcev:

• ioni;
• atomi;
• elektroni.

V notranjosti se kopiči skupen oblak, imenovan elektronski plin, ki pojasnjuje vse fizikalne lastnosti teh snovi. Vrsta kemijske vezi v kovinah je enaka njim.

Fizične lastnosti

Obstajajo številni parametri, ki združujejo vse kovine. Njihove splošne značilnosti fizične lastnosti izgleda tako.

Našteti parametri so splošne značilnosti kovin, torej vsega, kar jih povezuje v eno veliko družino. Vendar je treba razumeti, da so pri vsakem pravilu izjeme. Poleg tega je tovrstnih elementov preveč. Zato znotraj same družine obstajajo tudi delitve na različne skupine, ki jih bomo obravnavali v nadaljevanju in za katere bomo navedli značilne lastnosti.

Kemijske lastnosti

Z vidika kemijske znanosti so vse kovine reducenti. Poleg tega zelo močan. Manj kot je elektronov na zunanjem nivoju in večji kot je atomski polmer, močnejša je kovina glede na ta parameter.

Posledično lahko kovine reagirajo z:

Samo je splošni pregled kemijske lastnosti. Navsezadnje so za vsako skupino elementov povsem individualni.

Zemljoalkalijske kovine

Splošne značilnosti zemeljskoalkalijskih kovin so naslednje:

Tako so zemeljskoalkalijske kovine pogosti elementi družine s, ki izkazujejo visoko kemijsko aktivnost in so močni reducenti ter pomembni udeleženci v bioloških procesih v telesu.

Alkalijske kovine

Splošne značilnosti se začnejo z njihovim imenom. Prejeli so ga zaradi njegove sposobnosti raztapljanja v vodi, pri čemer tvorijo alkalije - jedke hidrokside. Reakcije z vodo so zelo burne, včasih z vnetjem. Te snovi v naravi ne najdemo v prosti obliki, saj je njihova kemična aktivnost previsoka. Reagirajo z zrakom, vodno paro, nekovinami, kislinami, oksidi in solmi, torej skoraj z vsem.

To je razloženo z njihovo elektronsko strukturo. Na zunanji ravni je samo en elektron, ki se mu zlahka oddajo. To so najmočnejši reducenti, zato je bilo potrebno kar nekaj časa, da so jih pridobili v čisti obliki. za dolgo časa. To je prvi naredil Humphry Davy že v 18. stoletju z elektrolizo natrijevega hidroksida. Zdaj so vsi predstavniki te skupine rudarjeni s to metodo.

Splošna značilnost alkalijskih kovin je, da sestavljajo prvo skupino, glavno podskupino periodnega sistema. Vse - pomembne elemente, ki tvorijo številne dragocene naravne spojine, ki jih uporabljajo ljudje.

Splošne značilnosti kovin d- in f-družin

V to skupino elementov sodijo vsi tisti, katerih oksidacijska stanja so lahko različna. To pomeni, da lahko kovina glede na pogoje deluje tako kot oksidant kot reducent. Takšni elementi imajo veliko reakcijsko sposobnost. Med njimi veliko število amfoterne snovi.

Skupno ime za vse te atome je prehodni elementi. Prejeli so ga zato, ker se po svojih lastnostih res nahajajo v sredini, med tipičnimi kovinami s-družine in nekovinami p-družine.

Splošne značilnosti prehodnih kovin pomenijo označevanje njihovih podobnih lastnosti. So naslednji:

• veliko število elektronov na zunanji ravni;
• velik atomski radij;
• več oksidacijskih stanj (od +3 do +7);
• so na d- ali f-podravni;
• tvorijo 4-6 velikih obdobij sistema.

Kot enostavne snovi so kovine te skupine zelo močne, kovne in kovne, zato so velikega industrijskega pomena.

Stranske podskupine periodnega sistema

Splošne značilnosti kovin stranskih podskupin popolnoma sovpadajo s tistimi za prehodne kovine. In to ni presenetljivo, saj so v bistvu popolnoma enake stvari. Samo stranske podskupine sistema tvorijo ravno predstavniki d- in f-družin, to je prehodnih kovin. Zato lahko rečemo, da so ti pojmi sinonimi.

Najbolj aktivni in pomembni med njimi so prva vrsta 10 predstavnikov od skandij do cink. Vsi imajo pomemben industrijski pomen in jih ljudje pogosto uporabljajo, zlasti za taljenje.

Zlitine

Splošne značilnosti kovin in zlitin omogočajo razumevanje, kje in kako se te snovi lahko uporabljajo. Takšne spojine so v zadnjih desetletjih doživele velike transformacije, saj se odkrivajo in sintetizirajo novi dodatki za izboljšanje njihove kakovosti.

Danes so najbolj znane zlitine:

• medenina;
• duraluminij;
• lito železo;
• jeklo;
• bron;
• bo zmagal;
• nichrome in drugi.

Kaj je zlitina? To je mešanica kovin, pridobljena s taljenjem slednjih v posebnih pečnih napravah. To se naredi, da bi dobili izdelek, ki je po lastnostih boljši od čistih snovi, ki ga tvorijo.

Primerjava lastnosti kovin in nekovin

Če govorimo o splošne lastnosti, potem se bodo značilnosti kovin in nekovin razlikovale v eni zelo pomembni točki: za slednje je nemogoče razlikovati podobne lastnosti, saj so zelo različne v svojih manifestiranih lastnostih, tako fizičnih kot kemičnih.

Zato je nemogoče ustvariti podobno značilnost za nekovine. Upoštevate lahko samo predstavnike vsake skupine posebej in opišete njihove lastnosti.

Predavanje 11. Kemijske lastnosti kovin.

Interakcija kovin s preprostimi oksidanti. Razmerje med kovinami in vodo, vodnimi raztopinami kislin, alkalij in soli. Vloga oksidnega filma in produktov oksidacije. Interakcija kovin z dušikovo in koncentrirano žveplovo kislino.

Kovine vključujejo vse s-, d-, f-elemente, pa tudi p-elemente, ki se nahajajo v spodnjem delu periodnega sistema od diagonale, ki poteka od bora do astatina. V preprostih snoveh teh elementov se realizira kovinska vez. Kovinski atomi imajo malo elektronov v zunanji elektronski lupini, v količini 1, 2 ali 3. Kovine kažejo elektropozitivne lastnosti in imajo nizko elektronegativnost, manj kot dva.

Kovine so inherentne značilne lastnosti. To so trdne snovi, težje od vode, s kovinskim leskom. Kovine imajo visoko toplotno in električno prevodnost. Zanje je značilno oddajanje elektronov pod vplivom različnih zunanji vplivi: obsevanje s svetlobo, med segrevanjem, med rupturo (eksoelektronska emisija).

Glavna značilnost kovin je njihova sposobnost oddajanja elektronov atomom in ionom drugih snovi. Kovine so v veliki večini primerov reducenti. In to je njihova značilna kemična lastnost. Razmislimo o razmerju med kovinami in tipičnimi oksidanti, ki vključujejo preproste snovi - nekovine, vodo, kisline. Tabela 1 vsebuje informacije o razmerju med kovinami in enostavnimi oksidanti.

Tabela 1

Razmerje med kovinami in enostavnimi oksidanti

Vse kovine reagirajo s fluorom. Izjema so aluminij, železo, nikelj, baker, cink v odsotnosti vlage. Ti elementi reagirajo s fluorom v začetni trenutek tvorijo fluoridne filme, ki ščitijo kovine pred nadaljnjo reakcijo.

Pod enakimi pogoji in razlogi se železo pasivizira v reakciji s klorom. V odnosu do kisika ne tvorijo vse, ampak le nekatere kovine gosto zaščitno folijo oksidov. Pri prehodu s fluora na dušik (tabela 1) se oksidativna aktivnost zmanjša in s tem vse večje število kovine niso oksidirane. Na primer, samo litij in zemeljskoalkalijske kovine reagirajo z dušikom.

Razmerje med kovinami in vodo ter vodnimi raztopinami oksidantov.

V vodnih raztopinah je redukcijska aktivnost kovine označena z vrednostjo njenega standardnega redoks potenciala. Iz celotne serije standardnih redoks potencialov ločimo vrsto kovinskih napetosti, ki je navedena v tabeli 2.

tabela 2

Razpon napetostnih kovin

Ta serija napetosti prikazuje tudi vrednosti elektrodnih potencialov vodikove elektrode v kislem (pH=0), nevtralnem (pH=7), alkalnem (pH=14) okolju. Položaj določene kovine v nizu napetosti označuje njeno sposobnost, da je podvržena redoks interakcijam v vodnih raztopinah pod standardnimi pogoji. Kovinski ioni so oksidanti, kovine pa reducenti. Bolj kot je kovina v napetostnem nizu, močnejši so njeni ioni kot oksidant v vodni raztopini. Bližje ko je kovina začetku niza, močnejši je reducent.

Kovine se lahko izpodrivajo iz solnih raztopin. Smer reakcije je določena z njunim relativnim položajem v nizu napetosti. Upoštevati je treba, da aktivne kovine izpodrivajo vodik ne samo iz vode, ampak tudi iz katere koli vodne raztopine. Zato se medsebojno premikanje kovin iz raztopin njihovih soli pojavi le pri kovinah, ki se nahajajo v nizu napetosti za magnezijem.

Vse kovine so razdeljene v tri pogojne skupine, kot je razvidno iz naslednje tabele.

Tabela 3

Konvencionalna delitev kovin

Interakcija z vodo. Oksidacijsko sredstvo v vodi je vodikov ion. Zato lahko z vodo oksidiramo le tiste kovine, katerih standardni elektrodni potencial je manjši od potenciala vodikovih ionov v vodi. Odvisen je od pH okolja in je enak

φ = -0,059рН.

V nevtralnem okolju (pH=7) φ = -0,41 V. Narava interakcije kovin z vodo je predstavljena v tabeli 4.

Kovine z začetka serije, ki imajo potencial bistveno negativnejši od -0,41 V, izpodrivajo vodik iz vode. Toda magnezij že izpodriva vodik samo iz topla voda. Običajno kovine, ki se nahajajo med magnezijem in svincem, ne izpodrivajo vodika iz vode. Na površini teh kovin se tvorijo oksidni filmi, ki imajo zaščitni učinek.

Tabela 4

Interakcija kovin z vodo v nevtralnem okolju

Interakcija kovin s klorovodikovo kislino.

Oksidacijsko sredstvo v klorovodikova kislina je vodikov ion. Standardni elektrodni potencial vodikovega iona enako nič. Zato morajo vse aktivne in srednje aktivne kovine reagirati s kislino. Pasivacija se pojavi samo pri svincu.

Tabela 5

Interakcija kovin s klorovodikovo kislino

Baker lahko raztopimo v zelo koncentrirani klorovodikovi kislini, kljub temu, da je nizko aktivna kovina.

Interakcija kovin z žveplovo kislino poteka različno in je odvisna od njene koncentracije.

Interakcija kovin z razredčeno žveplovo kislino. Interakcija z razredčeno žveplovo kislino poteka na enak način kot s klorovodikovo kislino.

Tabela 6

Reakcija kovin z razredčeno žveplovo kislino

Razredčena žveplova kislina oksidira s svojim vodikovim ionom. Interagira s tistimi kovinami, katerih elektrodni potencial je nižji od potenciala vodika. Svinec se ne topi v žveplovi kislini pri koncentraciji pod 80%, saj je sol PbSO 4, ki nastane pri interakciji svinca z žveplovo kislino, netopna in ustvarja zaščitno folijo na kovinski površini.

Interakcija kovin s koncentrirano žveplovo kislino.

V koncentrirani žveplovi kislini deluje žveplo v oksidacijskem stanju +6 kot oksidant. Je del sulfatnega iona SO 4 2-. Zato koncentrirana kislina oksidira vse kovine, katerih standardni elektrodni potencial je manjši od potenciala oksidanta. Najvišja vrednost elektrodni potencial pri elektrodnih procesih, ki vključujejo sulfatni ion kot oksidant, je 0,36 V. Zaradi tega nekatere nizko aktivne kovine reagirajo tudi s koncentrirano žveplovo kislino.

Pri kovinah srednje aktivnosti (Al, Fe) pride do pasivizacije zaradi tvorbe gostih oksidnih filmov. Kositer oksidira v štirivalentno stanje, da nastane kositrov (IV) sulfat:

Sn + 4 H 2 SO 4 (konc.) = Sn(SO 4) 2 + 2SO 2 + 2H 2 O.

Tabela 7

Reakcija kovin s koncentrirano žveplovo kislino

Svinec se oksidira v dvovalentno stanje, da nastane topen svinčev hidrogen sulfat. Živo srebro se raztopi v vroči koncentrirani žveplovi kislini in tvori živosrebrove (I) in živosrebrove (II) sulfate. Tudi srebro se raztopi v vreli koncentrirani žveplovi kislini.

Upoštevati je treba, da bolj ko je kovina aktivna, globlja je stopnja redukcije žveplove kisline. Z aktivnimi kovinami se kislina reducira predvsem v vodikov sulfid, čeprav so prisotni tudi drugi produkti. Na primer

Zn + 2H 2 SO 4 = ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;

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

4Zn +5H 2 SO 4 = 4ZnSO 4 = 4ZnSO 4 +H 2 S +4H 2 O.

Interakcija kovin z razredčeno dušikovo kislino.

V dušikovi kislini dušik deluje kot oksidant v oksidacijskem stanju +5. Največja vrednost elektrodnega potenciala za nitratni ion razredčene kisline kot oksidanta je 0,96 V. Zaradi te velike vrednosti je dušikova kislina močnejši oksidant kot žveplova kislina. To se vidi iz tega, da dušikova kislina srebro oksidira. Čim bolj je aktivna kovina in čim bolj je kislina razredčena, tem globlje se kislina reducira.

Tabela 8

Reakcija kovin z razredčeno dušikovo kislino

Interakcija kovin s koncentrirano dušikovo kislino.

Koncentrirana dušikova kislina se običajno reducira v dušikov dioksid. Interakcija koncentrirane dušikove kisline s kovinami je predstavljena v tabeli 9.

Pri uporabi kisline v pomanjkanju in brez mešanja jo aktivne kovine reducirajo v dušik, kovine srednje aktivnosti pa v ogljikov monoksid.

Tabela 9

Reakcija koncentrirane dušikove kisline s kovinami

Interakcija kovin z raztopinami alkalij.

Kovin ni mogoče oksidirati z alkalijami. To je posledica dejstva, da so alkalijske kovine močni reducenti. Zato so njihovi ioni najšibkejši oksidanti in v vodnih raztopinah ne kažejo oksidativnih lastnosti. Vendar pa se v prisotnosti alkalij oksidacijski učinek vode kaže v večji meri kot v njihovi odsotnosti. Zaradi tega v alkalnih raztopinah kovine oksidirajo z vodo v hidrokside in vodik. Če sta oksid in hidroksid amfoterni spojini, se bosta raztopila v alkalni raztopini. Posledično pasivno čisto vodo kovine močno reagirajo z alkalnimi raztopinami.

Tabela 10

Interakcija kovin z raztopinami alkalij

Postopek raztapljanja je predstavljen v dveh stopnjah: oksidacija kovine z vodo in raztapljanje hidroksida:

Zn + 2HOH = Zn(OH) 2 ↓ + H 2 ;

Zn(OH) 2 ↓ + 2NaOH = Na 2.