Metali se jako razlikuju po svojoj hemijskoj aktivnosti. Hemijska aktivnost metala može se grubo suditi po njegovom položaju u njemu.

Najaktivniji metali nalaze se na početku ovog reda (lijevo), najneaktivniji - na kraju (desno).
Reakcije sa jednostavnim supstancama. Metali reaguju sa nemetalima i formiraju binarna jedinjenja. Reakcioni uvjeti, a ponekad i njihovi proizvodi, uvelike se razlikuju za različite metale.
Na primjer, alkalni metali aktivno reagiraju s kisikom (uključujući i zrak) na sobnoj temperaturi stvarajući okside i perokside.

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

Metali srednje aktivnosti reagiraju s kisikom kada se zagrijavaju. U tom slučaju nastaju oksidi:

2Mg + O 2 \u003d t 2MgO.

Neaktivni metali (na primjer, zlato, platina) ne reagiraju s kisikom i stoga praktički ne mijenjaju svoj sjaj u zraku.
Većina metala, kada se zagrije sa sumpornim prahom, formira odgovarajuće sulfide:

Reakcije sa složenim supstancama. Jedinjenja svih klasa reagiraju s metalima - oksidima (uključujući vodu), kiselinama, bazama i solima.
Aktivni metali burno reagiraju s vodom na sobnoj temperaturi:

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

Površina metala kao što su magnezij i aluminij, na primjer, zaštićena je gustim filmom odgovarajućeg oksida. Ovo sprečava reakciju sa vodom. Međutim, ako se ovaj film ukloni ili se naruši njegov integritet, tada ovi metali također aktivno reagiraju. Na primjer, magnezijum u prahu reagira s vrućom vodom:

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

Na povišenim temperaturama sa vodom reaguju i manje aktivni metali: Zn, Fe, Mil itd. U tom slučaju nastaju odgovarajući oksidi. Na primjer, kada se vodena para prođe preko vrućih gvozdenih strugotina, javlja se sljedeća reakcija:

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

Metali u nizu aktivnosti do vodonika reaguju sa kiselinama (osim HNO 3) da bi formirali soli i vodonik. Aktivni metali (K, Na, Ca, Mg) reagiraju s kiselim otopinama vrlo burno (velikom brzinom):

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

Neaktivni metali su često praktično netopivi u kiselinama. To je zbog stvaranja nerastvornog solnog filma na njihovoj površini. Na primjer, olovo, koje je u nizu aktivnosti do vodika, praktički se ne otapa u razrijeđenim sumpornim i klorovodičnim kiselinama zbog stvaranja filma nerastvorljivih soli (PbSO 4 i PbCl 2) na njegovoj površini.

Morate omogućiti JavaScript da biste glasali

Predavanje 11 Hemijska svojstva metali.

Interakcija metala sa jednostavnim oksidantima. Odnos metala i vode, vodenih rastvora kiselina, lužina i soli. Uloga oksidnog filma i oksidacijskih proizvoda. Interakcija metala s dušičnom i koncentriranom sumpornom kiselinom.

U metale spadaju svi s-, d-, f-elementi, kao i p-elementi koji se nalaze u donjem dijelu periodični sistem od dijagonale povučene od bora do astatina. AT jednostavne supstance U ovim elementima se ostvaruje metalna veza. Atomi metala imaju malo elektrona u vanjskoj elektronskoj ljusci, u količini od 1, 2 ili 3. Metali pokazuju elektropozitivna svojstva i imaju nisku elektronegativnost, manju od dvije.

Metali su svojstveni karakteristike. To su čvrste tvari, teže od vode, s metalnim sjajem. Metali imaju visoku toplotnu i električnu provodljivost. Karakterizira ih emisija elektrona pod djelovanjem raznih spoljni uticaji: izlaganje svjetlosti, kada se zagrije, kada se pokvari (egzoelektronska emisija).

Glavna karakteristika metala je njihova sposobnost da doniraju elektrone atomima i ionima drugih supstanci. Metali su redukcioni agensi u velikoj većini slučajeva. I to je njihovo karakteristično hemijsko svojstvo. Razmotrite omjer metala prema tipičnim oksidantima, koji uključuju jednostavne tvari - nemetale, vodu, kiseline. Tabela 1 daje informacije o odnosu metala prema jednostavnim oksidantima.

Tabela 1

Odnos metala prema jednostavnim oksidantima

Svi metali reaguju sa fluorom. Izuzetak su aluminijum, gvožđe, nikl, bakar, cink u nedostatku vlage. Ovi elementi, kada reaguju sa fluorom, u početku formiraju fluoridne filmove koji štite metale od dalje reakcije.

Pod istim uslovima i razlozima, gvožđe se pasivira u reakciji sa hlorom. U odnosu na kisik, ne svi, već samo određeni metali formiraju guste zaštitne filmove oksida. Prilikom prelaska sa fluora na dušik (tabela 1), oksidacijska aktivnost se smanjuje i stoga se sve veći broj metala ne oksidira. Na primjer, samo litijum i zemnoalkalni metali reaguju sa dušikom.

Odnos metala prema vodi i vodenim rastvorima oksidacionih sredstava.

U vodenim rastvorima, redukcionu aktivnost metala karakteriše vrednost njegovog standardnog redoks potencijala. Iz cjelokupnog raspona standardnih redoks potencijala izdvaja se niz metalnih napona, što je prikazano u tabeli 2.

tabela 2

Metali za naprezanje u redovima

Oksidator	Jednačina procesa elektrode	Standardni potencijal elektrode φ 0, V	Redukciono sredstvo	Uslovna aktivnost redukcionih agenasa
Li +	Li + + e - = Li	-3,045	Li	Aktivan
Rb+	Rb + + e - = Rb	-2,925	Rb	Aktivan
K+	K + + e - = K	-2,925	K	Aktivan
Cs+	Cs + + e - = Cs	-2,923	Cs	Aktivan
Ca2+	Ca 2+ + 2e - = Ca	-2,866	Ca	Aktivan
Na+	Na + + e - = Na	-2,714	N / A	Aktivan
Mg2+	Mg 2+ +2 e - \u003d Mg	-2,363	mg	Aktivan
Al 3+	Al 3+ + 3e - = Al	-1,662	Al	Aktivan
Ti 2+	Ti 2+ + 2e - = Ti	-1,628	Ti	sri aktivnost
Mn2+	Mn 2+ + 2e - = Mn	-1,180	Mn	sri aktivnost
Cr2+	Cr 2+ + 2e - = Cr	-0,913	Cr	sri aktivnost
H2O	2H 2 O+ 2e - \u003d H 2 + 2OH -	-0,826	H 2 , pH=14	sri aktivnost
Zn2+	Zn 2+ + 2e - = Zn	-0,763	Zn	sri aktivnost
Cr3+	Cr 3+ +3e - = Cr	-0,744	Cr	sri aktivnost
Fe2+	Fe 2+ + e - \u003d Fe	-0,440	Fe	sri aktivnost
H2O	2H 2 O + e - \u003d H 2 + 2OH -	-0,413	H 2 , pH=7	sri aktivnost
CD 2+	Cd 2+ + 2e - = Cd	-0,403	CD	sri aktivnost
Co2+	Co 2+ +2 e - \u003d Co	-0,227	co	sri aktivnost
Ni2+	Ni 2+ + 2e - = Ni	-0,225	Ni	sri aktivnost
sn 2+	Sn 2+ + 2e - = Sn	-0,136	lok	sri aktivnost
Pb 2+	Pb 2+ + 2e - = Pb	-0,126	Pb	sri aktivnost
Fe3+	Fe 3+ + 3e - \u003d Fe	-0,036	Fe	sri aktivnost
H+	2H + + 2e - =H 2		H 2 , pH=0	sri aktivnost
Bi 3+	Bi 3+ + 3e - = Bi	0,215	Bi	Mala aktivna
Cu2+	Cu 2+ + 2e - = Cu	0,337	Cu	Mala aktivna
Cu+	Cu + + e - = Cu	0,521	Cu	Mala aktivna
Hg 2 2+	Hg 2 2+ + 2e - = Hg	0,788	Hg 2	Mala aktivna
Ag+	Ag + + e - = Ag	0,799	Ag	Mala aktivna
Hg2+	Hg 2+ + 2e - \u003d Hg	0,854	hg	Mala aktivna
Pt 2+	Pt 2+ + 2e - = Pt	1,2	Pt	Mala aktivna
Au 3+	Au 3+ + 3e - = Au	1,498	Au	Mala aktivna
Au +	Au++e-=Au	1,691	Au	Mala aktivna

U ovoj seriji napona date su i vrijednosti elektrodnih potencijala vodonične elektrode u kiselim (rN=0), neutralnim (rN=7), alkalnim (rN=14) medijima. Položaj određenog metala u nizu napona karakteriše njegovu sposobnost redoks interakcija u vodenim rastvorima pod standardnim uslovima. Metalni joni su oksidanti, a metali redukcioni agensi. Što se metal dalje nalazi u nizu napona, to su njegovi ioni jači oksidaciono sredstvo u vodenom rastvoru. Što je metal bliži početku reda, to je jači reduktor.

Metali su u stanju da istiskuju jedni druge iz rastvora soli. Smjer reakcije je u ovom slučaju određen njihovim međusobnim položajem u nizu napona. Treba imati na umu da aktivni metali istiskuju vodonik ne samo iz vode, već i iz bilo koje vodene otopine. Stoga se međusobno istiskivanje metala iz rastvora njihovih soli dešava samo u slučaju metala koji se nalaze u nizu napona posle magnezijuma.

Svi metali su podeljeni u tri uslovne grupe, što je prikazano u sledećoj tabeli.

Tabela 3

Uslovna podjela metala

Interakcija sa vodom. Oksidacijsko sredstvo u vodi je vodikov jon. Dakle, samo oni metali mogu biti oksidirani vodom, čiji su standardni elektrodni potencijali niži od potencijala vodikovih jona u vodi. Zavisi od pH medijuma i jeste

φ \u003d -0,059 pH.

U neutralnom okruženju (rN=7) φ = -0,41 V. Priroda interakcije metala sa vodom prikazana je u tabeli 4.

Metali s početka serije, koji imaju potencijal mnogo negativniji od -0,41 V, istiskuju vodonik iz vode. Ali već magnezijum istiskuje vodonik samo iz tople vode. Normalno, metali koji se nalaze između magnezijuma i olova ne istiskuju vodonik iz vode. Na površini ovih metala formiraju se oksidni filmovi koji imaju zaštitni učinak.

Tabela 4

Interakcija metala sa vodom u neutralnom mediju

Interakcija metala sa hlorovodoničnom kiselinom.

Oksidacijsko sredstvo u hlorovodoničnoj kiselini je vodikov jon. Standardni elektrodni potencijal vodonikovog jona je nula. Stoga svi aktivni metali i metali srednjeg djelovanja moraju reagirati s kiselinom. Samo olovo pokazuje pasivizaciju.

Tabela 5

Interakcija metala sa hlorovodoničnom kiselinom

Bakar se može otopiti u vrlo koncentriranoj hlorovodoničnoj kiselini, uprkos činjenici da pripada niskoaktivnim metalima.

Interakcija metala sa sumpornom kiselinom odvija se različito i zavisi od njene koncentracije.

Reakcija metala sa razblaženom sumpornom kiselinom. Interakcija s razrijeđenom sumpornom kiselinom odvija se na isti način kao i sa hlorovodoničnom kiselinom.

Tabela 6

Reakcija metala sa razblaženom sumpornom kiselinom

Razrijeđen sumporna kiselina oksidira svojim vodikovim jonom. On stupa u interakciju s onim metalima čiji su elektrodni potencijali niži od vodonika. Olovo se ne otapa u sumpornoj kiselini pri koncentraciji ispod 80%, budući da je sol PbSO 4 nastala interakcijom olova sa sumpornom kiselinom nerastvorljiva i stvara zaštitni film na površini metala.

Interakcija metala sa koncentriranom sumpornom kiselinom.

U koncentrovanoj sumpornoj kiselini, sumpor u oksidacionom stanju +6 deluje kao oksidaciono sredstvo. On je dio sulfatnog jona SO 4 2-. Stoga, koncentrirana kiselina oksidira sve metale čiji je standardni elektrodni potencijal manji od potencijala oksidirajućeg agensa. Najveća vrijednost elektrodnog potencijala u elektrodnim procesima koji uključuju sulfatni ion kao oksidacijsko sredstvo je 0,36 V. Kao rezultat toga, neki niskoaktivni metali također reagiraju s koncentriranom sumpornom kiselinom.

Za metale srednje aktivnosti (Al, Fe) dolazi do pasivizacije zbog stvaranja gustih oksidnih filmova. Kositar se oksidira u tetravalentno stanje sa stvaranjem kalaj (IV) sulfata:

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

Tabela 7

Interakcija metala sa koncentriranom sumpornom kiselinom

Olovo oksidira u dvovalentno stanje sa stvaranjem rastvorljivog hidrosulfata olova. Živa se rastvara u vrućoj koncentrovanoj sumpornoj kiselini da bi se formirala živa (I) i živina (II) sulfata. Čak se i srebro rastvara u kipućoj koncentrovanoj sumpornoj kiselini.

Treba imati na umu da što je metal aktivniji, to je dublji stepen redukcije sumporne kiseline. Kod aktivnih metala kiselina se redukuje uglavnom u sumporovodik, iako su prisutni i drugi proizvodi. Na primjer

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 = 4ZnSO 4 \u003d 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O.

Interakcija metala s razrijeđenom dušičnom kiselinom.

U dušičnoj kiselini dušik u oksidacijskom stanju +5 djeluje kao oksidacijsko sredstvo. Maksimalna vrijednost elektrodni potencijal za nitratni jon razrijeđene kiseline kao oksidacijskog sredstva je 0,96 V. Zbog tako velike vrijednosti dušična kiselina je jači oksidant od sumporne kiseline. To je vidljivo iz činjenice da dušična kiselina oksidira srebro. Kiselina se smanjuje što je dublje, što je metal aktivniji i što je kiselina razrijeđena.

Tabela 8

Reakcija metala s razrijeđenom dušičnom kiselinom

Interakcija metala s koncentriranom dušičnom kiselinom.

Koncentrirana dušična kiselina se obično reducira u dušikov dioksid. Interakcija koncentrovane azotne kiseline sa metalima prikazana je u tabeli 9.

Prilikom upotrebe kiseline u nedostatku i bez miješanja, aktivni metali je reduciraju u dušik, a metali srednje aktivnosti u ugljični monoksid.

Tabela 9

Interakcija koncentrirane dušične kiseline s metalima

Interakcija metala sa alkalnim rastvorima.

Metali se ne mogu oksidirati alkalijama. To je zbog činjenice da su alkalni metali jaka redukcijska sredstva. Stoga su njihovi ioni najslabiji oksidacijski agensi i ne pokazuju oksidirajuća svojstva u vodenim otopinama. Međutim, u prisustvu alkalija, oksidacijski učinak vode se manifestira u većoj mjeri nego u njihovom odsustvu. Zbog toga se u alkalnim otopinama metali oksidiraju vodom da nastaju hidroksidi i vodik. Ako su oksid i hidroksid amfoterna jedinjenja, tada će se rastvoriti u alkalnoj otopini. Kao rezultat toga, metali koji su pasivni u čistoj vodi snažno stupaju u interakciju sa alkalnim rastvorima.

Tabela 10

Interakcija metala sa alkalnim rastvorima

Proces rastvaranja je predstavljen u obliku dva stupnja: oksidacija metala vodom i otapanje hidroksida:

Zn + 2HOH \u003d Zn (OH) 2 ↓ + H 2;

Zn (OH) 2 ↓ + 2NaOH \u003d Na 2.

Svojstva metala.

1. Osnovna svojstva metala.

Svojstva metala dijele se na fizička, hemijska, mehanička i tehnološka.

Fizička svojstva uključuju: boju, specifičnu težinu, topljivost, električnu provodljivost, magnetna svojstva, toplotnu provodljivost, ekspanziju pri zagrijavanju.

Za hemijsku - oksidabilnost, rastvorljivost i otpornost na koroziju.

Do mehaničkih - čvrstoća, tvrdoća, elastičnost, viskoznost, plastičnost.

Do tehnoloških - kaljivost, fluidnost, savitljivost, zavarljivost, obradivost.

1. Fizička i hemijska svojstva.

Boja. Metali su neprozirni, tj. ne propuštaju svjetlost, a u ovoj reflektiranoj svjetlosti svaki metal ima svoju posebnu nijansu - boju.

Od tehničkih metala obojeni su samo bakar (crveni) i njegove legure. Boja ostalih metala kreće se od čelično sive do srebrno bijele. Najtanji filmovi oksida na površini metalnih proizvoda daju im dodatne boje.

Specifična gravitacija. Težina jednog kubnog centimetra tvari, izražena u gramima, naziva se specifična težina.

Prema specifičnoj težini razlikuju se laki i teški metali. Od tehničkih metala najlakši je magnezij (specifična težina 1,74), najteži volfram (specifična težina 19,3). Specifična težina metala u određenoj mjeri ovisi o načinu na koji se proizvode i obrađuju.

Fusibility. Sposobnost prelaska iz čvrstog u tečno stanje pri zagrevanju je najvažnije svojstvo metala. Kada se zagreju, svi metali prelaze iz čvrstog u tečno stanje, a kada se rastopljeni metal ohladi iz tečnog u čvrsto stanje. Tačka topljenja tehničkih legura nema jednu specifičnu tačku topljenja, već raspon temperatura, ponekad prilično značajan.

Električna provodljivost. Konduktivnost je prijenos električne energije slobodnim elektronima. Električna provodljivost metala je hiljadama puta veća od električne provodljivosti nemetalnih tijela. Kako temperatura raste, električna provodljivost metala opada, a kako temperatura opada, raste. Kada se približi apsolutnoj nuli (-273 0 C), električna provodljivost metala se kreće od +232 0 (kalaj) do 3370 0 (volfram) neograničeno. Većina se povećava (otpor pada na skoro nulu).

Električna provodljivost legura je uvijek niža od električne provodljivosti jedne od komponenti koje čine legure.

Magnetna svojstva. Samo tri metala su jasno magnetna (feromagnetna): gvožđe, nikl i kobalt, kao i neke njihove legure. Kada se zagriju na određene temperature, ovi metali gube i svoja magnetna svojstva. Neke legure željeza nisu feromagnetne čak ni na sobnoj temperaturi. Svi ostali metali se dijele na paramagnetne (magneti privlače) i dijamagnetne (odbijaju se magnetima).

Toplotna provodljivost. Toplotna provodljivost je prijenos topline u tijelu sa toplijeg mjesta na manje zagrijano mjesto bez vidljivog kretanja čestica ovog tijela. Visoka toplotna provodljivost metala omogućava im da se brzo i ravnomerno zagrevaju i hlade.

Od tehničkih metala, bakar ima najveću toplotnu provodljivost. Toplotna provodljivost željeza je mnogo niža, a toplinska provodljivost čelika varira ovisno o sadržaju komponenti u njemu. Kako temperatura raste, toplotna provodljivost se smanjuje, a kako temperatura opada, raste.

Toplotni kapacitet. Toplotni kapacitet je količina toplote potrebna da se temperatura tela podigne za 10.

Specifični toplinski kapacitet tvari je količina topline u kilogramima - kalorijama, koja se mora prijaviti na 1 kg tvari da bi se njena temperatura podigla za 10.

Specifični toplinski kapacitet metala u odnosu na druge tvari je mali, što ih čini relativno lakim za zagrijavanje na visoke temperature.

Ekspanzija pri zagrevanju. Omjer povećanja dužine tijela kada se ono zagrije za 1 0 prema njegovoj prvobitnoj dužini naziva se koeficijent linearnog širenja. Za različite metale, koeficijent linearne ekspanzije uvelike varira. Na primjer, volfram ima koeficijent linearne ekspanzije od 4,0·10 -6, a olovo 29,5 ·10 -6.

Otpornost na koroziju. Korozija je uništavanje metala zbog njegove hemijske ili elektrohemijske interakcije sa spoljašnje okruženje. Primjer korozije je rđanje željeza.

Visoka otpornost na koroziju (otpornost na koroziju) je važno prirodno svojstvo nekih metala: platine, zlata i srebra, zbog čega se nazivaju plemenitim. Nikl i drugi obojeni metali također dobro odolijevaju koroziji. Crni metali korodiraju jače i brže od obojenih metala.

2. Mehanička svojstva.

Snaga.Čvrstoća metala je njegova sposobnost da se odupre djelovanju vanjskih sila bez urušavanja.

Tvrdoća. Tvrdoća je sposobnost tijela da se odupre prodiranju drugog, čvršćeg tijela u njega.

Elastičnost. Elastičnost metala je njegovo svojstvo da povrati svoj oblik nakon prestanka djelovanja vanjskih sila koje su izazvale promjenu oblika (deformaciju).

Viskoznost.Žilavost je sposobnost metala da se odupre brzo rastućim (udarnim) vanjskim silama. Viskoznost je suprotno svojstvo krtosti.

Plastika. Plastičnost je svojstvo metala da se deformiše bez razaranja pod dejstvom spoljnih sila i da zadrži nova forma nakon prestanka vlasti. Plastičnost je svojstvo koje je suprotno elastičnosti.

U tabeli. 1 prikazana su svojstva tehničkih metala.

Tabela 1.

Svojstva tehničkih metala.

naziv metala	Specifična težina (gustina) g \ cm 3	Tačka topljenja 0 S	Brinell tvrdoća	Vlačna čvrstoća (zatezna čvrstoća) kg \ mm 2	Relativna ekstenzija %	Relativna kontrakcija poprečnog presjeka %
Aluminijum Tungsten Iron Kobalt Magnezijum Mangan Bakar Nikl Tin Olovo Chromium Cink	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 Fragile 22 40-50 2-4 1,8 Fragile 11,3-15	40 - 21-55 3 15 Fragile 60 40 40 50 Fragile 5-20	85 - 68-55 - 20 Fragile 75 70 74 100 Fragile -

3. Značaj svojstava metala.

Mehanička svojstva. Prvi zahtjev za bilo koji proizvod je dovoljna čvrstoća.

Metali imaju veću čvrstoću u odnosu na druge materijale, pa se opterećeni dijelovi mašina, mehanizama i konstrukcija najčešće izrađuju od metala.

Mnogi proizvodi, pored opšte čvrstoće, moraju imati i posebna svojstva karakteristična za rad ovog proizvoda. Na primjer, alati za rezanje moraju imati visoku tvrdoću. Za proizvodnju drugih reznih alata koriste se alatni čelici i legure.

Za proizvodnju opruga i opruga koriste se posebni čelici i legure visoke elastičnosti.

Duktilni metali se koriste u slučajevima kada su dijelovi izloženi udarnom opterećenju tokom rada.

Plastičnost metala omogućava njihovu obradu pritiskom (kovanje, valjanje).

fizička svojstva. U avionskoj, auto i vagonogradnji težina dijelova je često najvažnija karakteristika, pa su ovdje neizostavne legure aluminija, a posebno magnezijuma. Specifična čvrstoća (omjer vlačne čvrstoće i specifične težine) za neke legure, kao što je aluminij, veća je nego za meki čelik.

Fusibility koristi se za dobijanje odlivaka izlivanjem rastopljenog metala u kalupe. Metali niskog taljenja (kao što je olovo) koriste se kao medij za gašenje čelika. Neke složene legure su takve niske temperature topljenje koje se topi u vruća voda. Takve legure se koriste za livenje štamparskih matrica, u uređajima koji služe za zaštitu od požara.

Metali sa visokim električna provodljivost(bakar, aluminijum) se koriste u elektrotehnici, za izgradnju dalekovoda, i legure sa visokim električnim otporom - za žarulje sa žarnom niti, električne grejače.

Magnetna svojstva metali imaju primarnu ulogu u elektrotehnici (dinamo, motori, transformatori), za komunikacione uređaje (telefonski i telegrafski aparati) i koriste se u mnogim drugim vrstama mašina i uređaja.

Toplotna provodljivost metali omogućavaju proizvodnju njihovih fizičkih svojstava. Toplotna provodljivost se također koristi u proizvodnji lemljenja i zavarivanja metala.

Neke metalne legure imaju koeficijent linearne ekspanzije, blizu nule; takve legure se koriste za proizvodnju preciznih instrumenata, radio cijevi. Širenje metala mora se uzeti u obzir prilikom izgradnje dugih konstrukcija kao što su mostovi. Također treba imati na umu da se dva dijela izrađena od metala s različitim koeficijentima ekspanzije i spojena zajedno mogu saviti, pa čak i slomiti prilikom zagrijavanja.

Hemijska svojstva. Otpornost na koroziju je posebno važna za proizvode koji rade u visoko oksidirajućim sredinama (rešetke, dijelovi hemijskih mašina i uređaja). Za postizanje visoke otpornosti na koroziju proizvode se posebni čelici od nehrđajućeg čelika, otpornog na kiseline i topline, a koriste se i zaštitni premazi.

INTERAKCIJA METALA SA NEMETALIMA

Nemetali pokazuju oksidirajuća svojstva u reakcijama s metalima, prihvataju elektrone od njih i oporavljaju se.

Interakcija sa halogenima

Halogeni (F 2, Cl 2, Br 2, I 2 ) su jaki oksidanti, stoga svi metali stupaju u interakciju s njima pod normalnim uvjetima:

2Me + n Hal 2 → 2 MeHal n

Produkt ove reakcije je sol metalnog halida ( MeF n -fluorid, MeCl n -hlorid, MeBr n -bromid, MeI n -jodid). Prilikom interakcije s metalom, halogen se reducira na najniže oksidacijsko stanje (-1), injednak oksidacionom stanju metala.

Brzina reakcije zavisi od hemijske aktivnosti metala i halogena. Oksidativna aktivnost halogena opada u grupi od vrha do dna (od F do I).

Interakcija sa kiseonikom

Kiseonik oksidira gotovo sve metale (osim Ag, Au, Pt ), što rezultira stvaranjem oksida Ja 2 O n .

aktivni metali lako komuniciraju sa atmosferskim kiseonikom u normalnim uslovima.

2 Mg + O 2 → 2 MgO (sa bljeskom)

Metali srednje aktivnosti takođe reaguju sa kiseonikom na običnoj temperaturi. Ali brzina takve reakcije je znatno niža nego uz sudjelovanje aktivnih metala.

Neaktivni metali oksidira kisikom kada se zagrije (sagorijevanje u kisiku).

oksidi Hemijska svojstva metala mogu se podijeliti u tri grupe:

1. Osnovni oksidi ( Na 2 O, CaO, Fe II O, Mn II O, Cu I O itd.) formiraju metali u niskim oksidacionim stanjima (+1, +2, u pravilu ispod +4). Bazni oksidi stupaju u interakciju s kiselim oksidima i kiselinama da tvore soli:

CaO + CO 2 → CaCO 3

CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O

2. Kiseli oksidi ( Cr VI O 3 , Fe VI O 3 , Mn VI O 3 , Mn 2 VII O 7 itd.) formiraju metali u visokim oksidacionim stanjima (u pravilu iznad +4). Kiseli oksidi stupaju u interakciju s bazičnim oksidima i bazama da tvore soli:

FeO 3 + K 2 O → K 2 FeO 4

CrO 3 + 2KOH → K 2 CrO 4 + H 2 O

3. Amfoterni oksidi ( BeO, Al 2 O 3, ZnO, SnO, MnO 2, Cr 2 O 3, PbO, PbO 2 itd.) imaju dvostruku prirodu i mogu komunicirati i sa kiselinama i sa bazama:

Cr 2 O 3 + 3H 2 SO 4 → Cr 2 (SO 4) + 3H 2 O

Cr 2 O 3 + 6NaOH → 2Na 3

Interakcija sa sumporom

Svi metali su u interakciji sa sumporom (osim Au ), formirajući soli - sulfide Me 2 S n . U ovom slučaju, sumpor se reducira do oksidacijskog stanja "-2". platina ( Pt ) stupa u interakciju sa sumporom samo u fino usitnjenom stanju. alkalni metali, i Ca i Mg reagiraju sa sumporom kada se zagrije eksplozijom. Zn, Al (prah) i Mg u reakciji sa sumporom daju bljesak. U smjeru slijeva na desno u seriji aktivnosti, brzina interakcije metala sa sumporom opada.

Interakcija sa vodonikom

S vodikom neki aktivni metali formiraju spojeve - hidride:

2 Na + H 2 → 2 NaH

U ovim jedinjenjima, vodonik je u svom rijetkom oksidacionom stanju "-1".

E.A. Nudnova, M.V. Andriukhova

Hemijska svojstva metala: interakcija sa kiseonikom, halogenima, sumporom i odnos prema vodi, kiselinama, solima.

Hemijska svojstva metala su posljedica sposobnosti njihovih atoma da lako odustanu od elektrona sa vanjskog energetskog nivoa, pretvarajući se u pozitivno nabijene ione. Dakle, u hemijskim reakcijama metali deluju kao energetski redukcioni agensi. Ovo je njihovo glavno zajedničko hemijsko svojstvo.

Sposobnost doniranja elektrona u atomima pojedinih metalnih elemenata je različita. Što se metal lakše odriče svojih elektrona, to je aktivniji i snažnije reagira s drugim supstancama. Na osnovu istraživanja, svi metali su raspoređeni u nizu prema njihovoj opadajućoj aktivnosti. Ovu seriju je prvi predložio istaknuti naučnik N. N. Beketov. Takav niz aktivnosti metala naziva se i niz pomaka metala ili elektrohemijski niz napona metala. izgleda ovako:

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Rt, Au

Koristeći ovu seriju, možete saznati koji metal je aktivan od drugog. Ova serija sadrži vodonik, koji nije metal. Njegova vidljiva svojstva uzimaju se za poređenje kao neka vrsta nule.

Imajući svojstva redukcionih sredstava, metali reaguju sa raznim oksidantima, prvenstveno sa nemetalima. Metali reagiraju s kisikom u normalnim uvjetima ili kada se zagrijavaju da tvore okside, na primjer:

2Mg0 + O02 = 2Mg+2O-2

U ovoj reakciji, atomi magnezija se oksidiraju, a atomi kisika reduciraju. Plemeniti metali na kraju reda reaguju sa kiseonikom. Aktivno se javljaju reakcije s halogenima, na primjer, sagorijevanje bakra u kloru:

Cu0 + Cl02 = Cu+2Cl-2

Reakcije sa sumporom najčešće se javljaju pri zagrijavanju, na primjer:

Fe0 + S0 = Fe+2S-2

Aktivni metali u nizu aktivnosti metala u Mg reagiraju s vodom i formiraju alkalije i vodik:

2Na0 + 2H+2O → 2Na+OH + H02

Metali srednje aktivnosti od Al do H2 reaguju sa vodom u težim uslovima i formiraju okside i vodonik:

Pb0 + H+2O Hemijska svojstva metala: interakcija sa kiseonikom Pb+2O + H02.

Sposobnost metala da reaguje sa kiselinama i solima u rastvoru takođe zavisi od njegovog položaja u nizu pomeranja metala. Metali lijevo od vodonika u nizu pomaka metala obično istiskuju (reduciraju) vodonik iz razrijeđenih kiselina, a metali desno od vodonika ga ne istiskuju. Dakle, cink i magnezijum reaguju sa rastvorima kiselina, oslobađajući vodonik i formirajući soli, dok bakar ne reaguje.

Mg0 + 2H+Cl → Mg+2Cl2 + H02

Zn0 + H+2SO4 → Zn+2SO4 + H02.

Atomi metala u ovim reakcijama su redukcioni agensi, a vodikovi ioni su oksidanti.

Metali reaguju sa solima u vodenim rastvorima. Aktivni metali istiskuju manje aktivne metale iz sastava soli. To se može odrediti iz serije aktivnosti metala. Produkti reakcije su nova sol i novi metal. Dakle, ako je željezna ploča uronjena u otopinu bakrovog (II) sulfata, nakon nekog vremena bakar će se na njoj isticati u obliku crvenog premaza:

Fe0 + Cu+2SO4 → Fe+2SO4 + Cu0 .

Ali ako se srebrna ploča uroni u otopinu bakar (II) sulfata, tada neće doći do reakcije:

Ag + CuSO4 ≠ .

Za izvođenje takvih reakcija ne treba uzimati previše aktivne metale (od litijuma do natrijuma), koji su sposobni reagirati s vodom.

Stoga metali mogu reagirati s nemetalima, vodom, kiselinama i solima. U svim ovim slučajevima metali su oksidirani i redukcijski su agensi. Da predvidim protok hemijske reakcije uz učešće metala, treba koristiti niz pomaka metala.