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

Najaktivniji metali nalaze se na početku ovog reda (lijevo), a najmanje aktivni su 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 kako bi formirali okside i perokside

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

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

2Mg + O 2 = t 2MgO.

Niskoaktivni 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 = 2LiOH + H 2;
Ba + 2H 2 O = Ba(OH) 2 + H 2.

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

Mg + 2H 2 O = 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, pri prolasku vodene pare preko vrućih željeznih strugotina dolazi do sljedeće reakcije:

3Fe + 4H 2 O = 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 = CaCl 2 + H 2;
2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2.

Niskoaktivni metali su često praktično netopivi u kiselinama. To je zbog stvaranja filma netopive soli na njihovoj površini. Na primjer, olovo, koje je u nizu aktivnosti prije vodonika, praktički je netopivo 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 periodni sistem od dijagonale povučene od bora do astatina. IN 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 inherentni karakteristične karakteristike. To su čvrste supstance, teže od vode, metalnog sjaja. Metali imaju visoku toplotnu i električnu provodljivost. Karakterizira ih emisija elektrona pod utjecajem raznih spoljni uticaji: zračenje svjetlom, za vrijeme grijanja, prilikom rupture (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. Razmotrimo omjer metala prema tipičnim oksidantima, koji uključuju jednostavne tvari - nemetale, vodu, kiseline. Tabela 1 daje informacije o odnosu metala prema jednostavnim oksidantima.

Tabela 1

Omjer metala i prostih oksidacijskih sredstava

Svi metali reaguju sa fluorom. Izuzetak su aluminijum, gvožđe, nikl, bakar, cink u nedostatku vlage. Ovi elementi, kada reaguju sa fluorom u početnom trenutku, 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 (tablica 1), oksidativna 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 čitave serije standardnih redoks potencijala izdvaja se niz metalnih napona, koji je naveden u tabeli 2.

tabela 2

Raspon naponskih metala

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
Mg 2+	Mg 2+ +2 e - = 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
Mn 2+	Mn 2+ + 2e - = Mn	-1,180	Mn	sri aktivnost
Cr 2+	Cr 2+ + 2e - = Cr	-0,913	Cr	sri aktivnost
H2O	2H 2 O+ 2e - =H 2 +2OH -	-0,826	H 2 , pH=14	sri aktivnost
Zn 2+	Zn 2+ + 2e - = Zn	-0,763	Zn	sri aktivnost
Cr 3+	Cr 3+ +3e - = Cr	-0,744	Cr	sri aktivnost
Fe 2+	Fe 2+ + e - = Fe	-0,440	Fe	sri aktivnost
H2O	2H 2 O + e - = 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 - = Co	-0,227	Co	sri aktivnost
Ni 2+	Ni 2+ + 2e - = Ni	-0,225	Ni	sri aktivnost
Sn 2+	Sn 2+ + 2e - = Sn	-0,136	Sn	sri aktivnost
Pb 2+	Pb 2+ + 2e - = Pb	-0,126	Pb	sri aktivnost
Fe 3+	Fe 3+ +3e - = 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	Niska aktivnost
Cu 2+	Cu 2+ + 2e - = Cu	0,337	Cu	Niska aktivnost
Cu+	Cu + + e - = Cu	0,521	Cu	Niska aktivnost
Hg 2 2+	Hg 2 2+ + 2e - = Hg	0,788	Hg 2	Niska aktivnost
Ag+	Ag + + e - = Ag	0,799	Ag	Niska aktivnost
Hg 2+	Hg 2+ +2e - = Hg	0,854	Hg	Niska aktivnost
Pt 2+	Pt 2+ + 2e - = Pt	1,2	Pt	Niska aktivnost
Au 3+	Au 3+ + 3e - = Au	1,498	Au	Niska aktivnost
Au+	Au + + e - = Au	1,691	Au	Niska aktivnost

Ova serija napona takođe pokazuje vrednosti elektrodnih potencijala vodonične elektrode u kiselim (pH=0), neutralnim (pH=7), alkalnim (pH=14) sredinama. Položaj određenog metala u seriji naprezanja karakteriše njegovu sposobnost da se podvrgne redoks interakcijama u vodenim rastvorima pod standardnim uslovima. Metalni joni su oksidanti, a metali redukcioni agensi. Što se metal dalje nalazi u naponskom nizu, to su njegovi ioni snažniji kao oksidant u vodenoj otopini. Što je metal bliži početku serije, to je jači reduktor.

Metali su u stanju da istiskuju jedan drugog iz rastvora soli. Smjer reakcije je određen njihovim relativnim 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 seriji napona posle magnezijuma.

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

Tabela 3

Konvencionalna podjela metala

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

φ = -0,059rN.

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

Metali sa početka serije, koji imaju potencijal znatno negativniji od -0,41 V, istiskuju vodonik iz vode. Ali magnezijum istiskuje vodonik samo iz tople vode. Obično 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 okruženju

Interakcija metala sa hlorovodoničnom kiselinom.

Oksidacijsko sredstvo u hlorovodoničnoj kiselini je vodikov jon. Standardni elektrodni potencijal vodonikovog jona je nula. Stoga svi aktivni i srednje aktivni metali moraju reagirati s kiselinom. Pasivacija se dešava samo za olovo.

Tabela 5

Interakcija metala sa hlorovodoničnom kiselinom

Bakar se može otopiti u vrlo koncentrovanoj hlorovodoničnoj kiselini, uprkos činjenici da je niskoaktivan metal.

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

Interakcija metala s razrijeđenom 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 da nastane kalaj(IV) sulfat:

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

Tabela 7

Reakcija metala sa koncentriranom sumpornom kiselinom

Olovo se oksidira u dvovalentno stanje da bi se formirao rastvorljivi olovo hidrogen sulfat. Živa se rastvara u vrućoj koncentrovanoj sumpornoj kiselini da bi se formirala živa(I) i živa(II) sulfati. 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 = 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 metala s razrijeđenom dušičnom kiselinom.

U dušičnoj kiselini dušik djeluje kao oksidant u oksidacijskom stanju +5. Maksimalna vrijednost Potencijal elektrode za nitratni jon razrijeđene kiseline kao oksidacijskog sredstva je 0,96 V. Zbog ove velike vrijednosti, dušična kiselina je jači oksidant od sumporne kiseline. To se vidi iz činjenice da dušična kiselina oksidira srebro. Što je metal aktivniji i što je kiselina razrijeđena, to je dublje reducirana kiselina.

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

Reakcija 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 do hidroksida i vodika. 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 s alkalnim otopinama.

Tabela 10

Interakcija metala sa alkalnim rastvorima

Proces rastvaranja je predstavljen u dvije faze: oksidacija metala vodom i otapanje hidroksida:

Zn + 2HOH = Zn(OH) 2 ↓ + H 2 ;

Zn(OH) 2 ↓ + 2NaOH = 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.

Hemijska svojstva uključuju oksidaciju, topljivost i otpornost na koroziju.

Mehanički - čvrstoća, tvrdoća, elastičnost, viskoznost, plastičnost.

U tehnološke spadaju kaljivost, fluidnost, savitljivost, zavarljivost, obradivost.

1. Fizička i hemijska svojstva.

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

Od tehničkih metala farbani 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.

Na osnovu njihove specifične težine razlikuju se laki i teški metali. Od tehničkih metala najlakši je magnezijum (specifična težina 1,74), najteži volfram (specifična težina 19,3). Specifična težina metala u određenoj mjeri ovisi o načinu njihove proizvodnje i obrade.

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

Električna provodljivost. Električna provodljivost uključuje 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 se smanjuje, raste. Kada se približi apsolutnoj nuli (- 273 0 C), električna provodljivost beskonačnih metala kreće se od +232 0 (kalaj) do 3370 0 (volfram). Većina se povećava (otpor pada skoro na 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 prenos toplote u telu sa više zagrejanog mesta na manje zagrejano mesto bez vidljivog kretanja čestica ovog tela. 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 se temperatura smanjuje, ona se povećava.

Toplotni kapacitet. Toplotni kapacitet je količina topline koja je potrebna za povećanje tjelesne temperature za 1 0 .

Specifični toplinski kapacitet tvari je količina topline u kilogramima - kalorija koja se mora prenijeti u 1 kg tvari da bi se njena temperatura povećala za 10.

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

Proširivost prilikom zagrijavanja. 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 usled 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 vanjskim silama bez loma.

Tvrdoća. Tvrdoća je sposobnost tijela da se odupre prodiranju drugog, tvrđeg tijela.

Elastičnost. Elastičnost metala je njegova sposobnost da povrati svoj oblik nakon prestanka djelovanja vanjskih sila koje su uzrokovale 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 pod utjecajem vanjskih sila deformira bez razaranja i zadržava nova uniforma nakon prestanka sile. Plastičnost je suprotno svojstvo elastičnosti.

U tabeli 1 prikazana su svojstva tehničkih metala.

Tabela 1.

Svojstva tehničkih metala.

Ime metala	Specifična težina (gustina) g/cm 3	Tačka topljenja 0 C	Brinell tvrdoća	Vlačna čvrstoća (privremena otpornost) kg\mm 2	Relativna ekstenzija %	Relativno suženje 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. Alatni čelici i legure koriste se za proizvodnju drugih reznih alata.

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

Viskozni metali se koriste u slučajevima kada su dijelovi izloženi udarnim opterećenjima tokom rada.

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

Fizička svojstva. U konstrukciji aviona, automobila i vagona težina dijelova je često najvažnija karakteristika, stoga su aluminijumske, a posebno legure magnezija ovdje nezamjenjive. Specifična čvrstoća (omjer vlačne čvrstoće i specifične težine) za neke, kao što je aluminij, legure je veća nego za meki čelik.

Fusibility koristi se za proizvodnju odlivaka izlivanjem rastopljenog metala u kalupe. Metali niskog taljenja (na primjer, olovo) koriste se kao medij za gašenje čelika. Neke složene legure imaju takve niske temperature topljenje koje se topi u vruća voda. Takve legure se koriste za livenje tipografskih matrica i u uređajima koji se koriste za zaštitu od požara.

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

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

Toplotna provodljivost metali omogućavaju proizvodnju njihovih fizičkih svojstava. Toplotna provodljivost se također koristi za lemljenje i zavarivanje metala.

Neke legure metala imaju koeficijent linearne ekspanzije, blizu nule; Takve legure se koriste za proizvodnju preciznih instrumenata i radio cijevi. Širenje metala mora se uzeti u obzir prilikom izgradnje dugih konstrukcija kao što su mostovi. Također treba uzeti u obzir 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 instrumenata). Da bi se postigla visoka otpornost na koroziju, proizvode se specijalni nehrđajući čelici otporni na kiseline i toplinu, a koriste se i zaštitni premazi.

INTERAKCIJA METALA SA NEMETALIMA

Nemetali pokazuju oksidirajuća svojstva u reakcijama s metalima, primaju elektrone od njih i reduciraju se.

Interakcija sa halogenima

Halogeni (F 2, Cl 2, Br 2, I 2 ) su jaki oksidanti, stoga svi metali reaguju s njima pod normalnim uslovima:

2 Me + n Hal 2 → 2 MeHal n

Produkt ove reakcije je sol - metalni halid ( MeF n -fluorid, MeCl n -hlorid, MeBr n -bromid, MeI n -jodid). Prilikom interakcije s metalom, halogen se reducira do najnižeg oksidacijskog stanja (-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

Skoro svi metali se oksidiraju kiseonikom (osim Ag, Au, Pt ), i nastaju oksidi Ja 2 O n .

Aktivni metali U normalnim uslovima lako stupaju u interakciju sa kiseonikom u vazduhu.

2 Mg + O 2 → 2 MgO (sa bljeskom)

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

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

Oksidi Metali se mogu podijeliti u tri grupe prema njihovim hemijskim svojstvima:

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, obično ispod +4). Bazni oksidi reaguju sa 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 visokom oksidacionom stanju (obično iznad +4). Kiseli oksidi reaguju sa bazičnim oksidima i bazama da formiraju 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 reaguju 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, kao i Ca i Mg eksplozivno reaguju sa sumporom kada se zagreju. Zn, Al (u prahu) i Mg u reakciji sa sumporom daju bljesak. S lijeva na desno u seriji aktivnosti, brzina interakcije metala sa sumporom opada.

Interakcija sa vodonikom

Neki aktivni metali formiraju spojeve s vodikom - hidridi:

2 Na + H 2 → 2 NaH

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

E.A. Nudnova, M.V. Andryukhova

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

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

Sposobnost doniranja elektrona varira između atoma pojedinih metalnih elemenata. Što metal lakše odustaje od svojih elektrona, to je aktivniji i snažnije reagira s drugim supstancama. Na osnovu istraživanja, svi metali su raspoređeni po opadajućoj aktivnosti. Ovu seriju je prvi predložio istaknuti naučnik N. N. Beketov. Ovaj 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, Pt, Au

Uz pomoć ove serije možete otkriti koji metal je aktivan u drugom. 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 serije 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 reagiraju s vodom u težim uvjetima i stvaraju 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 u reducirajućem redu metala lijevo od vodonika obično istiskuju (reduciraju) vodonik iz razrijeđenih kiselina, dok ga metali koji se nalaze desno od vodonika ne istiskuju. Dakle, cink i magnezijum reaguju sa rastvorima kiselina, oslobađajući vodonik i formirajući soli, ali 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. Ovo se može odrediti nizom aktivnosti metala. Produkti reakcije su nova sol i novi metal. Dakle, ako je željezna ploča uronjena u otopinu bakrovog (II) sulfata, nakon nekog vremena na njoj će se osloboditi bakar 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 možete koristiti metale koji su previše aktivni (od litija do natrija) koji mogu reagirati s vodom.

Stoga su metali sposobni reagirati s nemetalima, vodom, kiselinama i solima. U svim ovim slučajevima metali su oksidirani i redukcijski su agensi. Za predviđanje struje hemijske reakcije uz učešće metala, treba koristiti niz pomaka metala.