Metali se uvelike razlikuju po svojoj kemijskoj aktivnosti. Kemijska aktivnost metala može se grubo procijeniti po njegovom položaju u.

Najaktivniji metali nalaze se na početku ovog retka (slijeva), najneaktivniji - na kraju (desno).
Reakcije s jednostavnim tvarima. Metali reagiraju s nemetalima i tvore binarne spojeve. Reakcijski uvjeti, a ponekad i njihovi produkti, uvelike se razlikuju za različite metale.
Tako, na primjer, alkalni metali aktivno reagiraju s kisikom (uključujući u sastavu zraka) na sobnoj temperaturi s stvaranjem oksida i peroksida.

4Li + O2 = 2Li2O;
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, tvori odgovarajuće sulfide:

Reakcije sa složenim tvarima. Spojevi 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. Time se sprječava reakcija s vodom. Međutim, ako se ovaj film ukloni ili se naruši njegov integritet, tada ovi metali također aktivno reagiraju. Na primjer, magnezij u prahu reagira s vrućom vodom:

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

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

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

Metali u nizu aktivnosti do vodika reagiraju s kiselinama (osim HNO 3) pri čemu nastaju soli i vodik. 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 praktički netopivi u kiselinama. To je zbog stvaranja netopivog filma soli na njihovoj površini. Na primjer, olovo, koje je u nizu aktivnosti do vodika, praktički se ne otapa u razrijeđenoj sumpornoj i klorovodičnoj kiselini zbog stvaranja filma netopivih soli (PbSO 4 i PbCl 2) na njegovoj površini.

Morate omogućiti JavaScript da biste glasali

Predavanje 11 Kemijska svojstva metali.

Interakcija metala s jednostavnim oksidantima. Omjer metala i vode, vodenih otopina kiselina, lužina i soli. Uloga oksidnog filma i oksidacijskih produkata. 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 sustav od dijagonale povučene od bora do astatina. NA jednostavne tvari U tim se elementima 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 krute tvari, teže od vode, s metalnim sjajem. Metali imaju visoku toplinsku i električnu vodljivost. Karakterizira ih emisija elektrona pod djelovanjem raznih vanjski utjecaji: izloženost svjetlu, kada se zagrije, kada se pokvari (egzoelektronska emisija).

Glavna značajka metala je njihova sposobnost doniranja elektrona atomima i ionima drugih tvari. Metali su reduktori u velikoj većini slučajeva. A to je njihovo karakteristično kemijsko svojstvo. Razmotrite omjer metala i tipičnih oksidacijskih sredstava, koji uključuju jednostavne tvari - nemetale, vodu, kiseline. Tablica 1 daje informacije o omjeru metala i jednostavnih oksidacijskih sredstava.

stol 1

Omjer metala i jednostavnih oksidacijskih sredstava

Svi metali reagiraju s fluorom. Iznimka su aluminij, željezo, nikal, bakar, cink u nedostatku vlage. Ti elementi, kada reagiraju s fluorom, u početku stvaraju fluoridne filmove koji štite metale od daljnje reakcije.

Pod istim uvjetima i razlozima, željezo se pasivira u reakciji s klorom. U odnosu na kisik, ne svi, već samo brojni metali tvore guste zaštitne filmove oksida. Prilikom prijelaza s fluora na dušik (tablica 1), oksidacijska aktivnost se smanjuje i stoga se sve veći broj metala ne oksidira. Na primjer, samo litij i zemnoalkalijski metali reagiraju s dušikom.

Omjer metala prema vodi i vodenim otopinama oksidacijskih sredstava.

U vodenim otopinama redukcijska aktivnost metala karakterizira vrijednost njegovog standardnog redoks potencijala. Iz cijelog raspona standardnih redoks potencijala izdvaja se niz metalnih napona, što je prikazano u tablici 2.

tablica 2

Metali za naprezanje u redovima

Oksidacijsko sredstvo	Jednadžba procesa elektrode	Standardni potencijal elektrode φ 0, V	Redukciono sredstvo	Uvjetna aktivnost redukcijskih sredstava
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	Na	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	oženiti se aktivnost
Mn2+	Mn 2+ + 2e - = Mn	-1,180	Mn	oženiti se aktivnost
Cr2+	Cr 2+ + 2e - = Cr	-0,913	Kr	oženiti se aktivnost
H2O	2H 2 O+ 2e - \u003d H 2 + 2OH -	-0,826	H2, pH=14	oženiti se aktivnost
Zn2+	Zn 2+ + 2e - = Zn	-0,763	Zn	oženiti se aktivnost
Cr3+	Cr 3+ +3e - = Cr	-0,744	Kr	oženiti se aktivnost
Fe2+	Fe 2+ + e - \u003d Fe	-0,440	Fe	oženiti se aktivnost
H2O	2H 2 O + e - \u003d H 2 + 2OH -	-0,413	H2, pH=7	oženiti se aktivnost
CD 2+	Cd 2+ + 2e - = Cd	-0,403	CD	oženiti se aktivnost
Co2+	Co 2+ +2 e - \u003d Co	-0,227	co	oženiti se aktivnost
Ni2+	Ni 2+ + 2e - = Ni	-0,225	Ni	oženiti se aktivnost
sn 2+	Sn 2+ + 2e - = Sn	-0,136	s n	oženiti se aktivnost
Pb 2+	Pb 2+ + 2e - = Pb	-0,126	Pb	oženiti se aktivnost
Fe3+	Fe 3+ + 3e - \u003d Fe	-0,036	Fe	oženiti se aktivnost
H+	2H + + 2e - =H2		H2, pH=0	oženiti se aktivnost
Bi 3+	Bi 3+ + 3e - = Bi	0,215	Dvo	Mali aktivni
Cu2+	Cu 2+ + 2e - = Cu	0,337	Cu	Mali aktivni
Cu+	Cu + + e - = Cu	0,521	Cu	Mali aktivni
Hg 2 2+	Hg 2 2+ + 2e - = Hg	0,788	Hg 2	Mali aktivni
Ag+	Ag + + e - = Ag	0,799	Ag	Mali aktivni
Hg2+	Hg 2+ + 2e - \u003d Hg	0,854	hg	Mali aktivni
Pt 2+	Pt 2+ + 2e - = Pt	1,2	Pt	Mali aktivni
Au 3+	Au 3+ + 3e - = Au	1,498	Au	Mali aktivni
Au +	Au++e-=Au	1,691	Au	Mali aktivni

U ovom nizu napona dane su i vrijednosti elektrodnih potencijala vodikove elektrode u kiselom (rN=0), neutralnom (rN=7), alkalnom (rN=14) mediju. Položaj određenog metala u nizu naprezanja karakterizira njegovu sposobnost redoks interakcija u vodenim otopinama u standardnim uvjetima. Metalni ioni su oksidacijski agensi, a metali redukcijski agensi. Što se metal dalje nalazi u nizu napona, to su njegovi ioni jači oksidacijski agens u vodenoj otopini. Što je metal bliži početku reda, to je jače sredstvo za redukciju.

Metali se međusobno mogu istiskivati ​​iz otopina soli. Smjer reakcije određen je u ovom slučaju njihovim međusobnim položajem u nizu napona. Treba imati na umu da aktivni metali istiskuju vodik ne samo iz vode, već i iz bilo koje vodene otopine. Stoga se međusobno istiskivanje metala iz otopina njihovih soli događa samo u slučaju metala koji se nalaze u nizu napona nakon magnezija.

Svi metali podijeljeni su u tri uvjetne skupine, što je prikazano u sljedećoj tablici.

Tablica 3

Uvjetna podjela metala

Interakcija s vodom. Oksidacijsko sredstvo u vodi je vodikov ion. Stoga se vodom mogu oksidirati samo oni metali čiji su standardni elektrodni potencijali niži od potencijala vodikovih iona u vodi. Ovisi o pH medija i jest

φ \u003d -0,059 pH.

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

Metali s početka serije, s potencijalom mnogo negativnijim od -0,41 V, istiskuju vodik iz vode. Ali već magnezij istiskuje vodik samo iz tople vode. Normalno, metali koji se nalaze između magnezija i olova ne istiskuju vodik iz vode. Na površini ovih metala stvaraju se oksidni filmovi koji imaju zaštitni učinak.

Tablica 4

Interakcija metala s vodom u neutralnom mediju

Interakcija metala sa klorovodičnom kiselinom.

Oksidacijsko sredstvo u klorovodičnoj kiselini je vodikov ion. Standardni elektrodni potencijal vodikovog iona je nula. Stoga svi aktivni metali i metali srednjeg djelovanja moraju reagirati s kiselinom. Samo olovo pokazuje pasivizaciju.

Tablica 5

Interakcija metala sa klorovodičnom kiselinom

Bakar se može otopiti u vrlo koncentriranoj klorovodičnoj kiselini, unatoč činjenici da pripada niskoaktivnim metalima.

Interakcija metala sa sumpornom kiselinom odvija se različito i ovisi o njezinoj koncentraciji.

Reakcija metala s razrijeđenom sumpornom kiselinom. Interakcija s razrijeđenom sumpornom kiselinom provodi se na isti način kao i sa klorovodičnom kiselinom.

Tablica 6

Reakcija metala s razrijeđenom sumpornom kiselinom

Razrijeđen sumporne kiseline oksidira svojim vodikovim ionom. Interagira s onim metalima čiji su elektrodni potencijali niži od onih u vodika. Olovo se ne otapa u sumpornoj kiselini pri koncentraciji ispod 80%, budući da je sol PbSO 4 nastala pri interakciji olova sa sumpornom kiselinom netopiva i stvara zaštitni film na površini metala.

Interakcija metala s koncentriranom sumpornom kiselinom.

U koncentriranoj sumpornoj kiselini, sumpor u oksidacijskom stanju +6 djeluje kao oksidacijsko sredstvo. Dio je sulfatnog iona SO 4 2-. Stoga koncentrirana kiselina oksidira sve metale čiji je standardni elektrodni potencijal manji od potencijala oksidirajućeg sredstva. 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. Kosit se oksidira u četverovalentno stanje s stvaranjem kositar (IV) sulfata:

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

Tablica 7

Interakcija metala s koncentriranom sumpornom kiselinom

Olovo oksidira u dvovalentno stanje uz stvaranje topljivog olovnog hidrosulfata. Živa se otapa u vrućoj koncentriranoj sumpornoj kiselini da nastane živin (I) i živin (II) sulfat. Čak se i srebro otapa u kipućoj koncentriranoj sumpornoj kiselini.

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

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

3Zn + 4H2SO4 = 3ZnSO4 + S↓ + 4H2O;

4Zn + 5H 2 SO 4 \u003d 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 ion razrijeđene kiseline kao oksidacijskog sredstva je 0,96 V. Zbog tako velike vrijednosti dušična kiselina je jače oksidacijsko sredstvo 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.

Tablica 8

Reakcija metala s razrijeđenom dušičnom kiselinom

Interakcija metala s koncentriranom dušičnom kiselinom.

Koncentrirana dušična kiselina obično se reducira u dušikov dioksid. Interakcija koncentrirane dušične kiseline s metalima prikazana je u tablici 9.

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

Tablica 9

Interakcija koncentrirane dušične kiseline s metalima

Interakcija metala s otopinama lužina.

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 prisutnosti lužina, oksidacijski učinak vode očituje se u većoj mjeri nego u njihovoj odsutnosti. Zbog toga se u alkalnim otopinama metali oksidiraju vodom i nastaju hidroksidi i vodik. Ako su oksid i hidroksid amfoterni spojevi, tada će se otopiti u alkalnoj otopini. Kao rezultat toga, metali koji su pasivni u čistoj vodi snažno djeluju s otopinama lužina.

Tablica 10

Interakcija metala s otopinama lužina

Proces otapanja prikazan je 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, kemijska, mehanička i tehnološka.

Fizička svojstva uključuju: boju, specifičnu težinu, topljivost, električnu vodljivost, magnetska svojstva, toplinsku vodljivost, proširivost pri zagrijavanju.

Za kemijsku - oksidabilnost, topljivost i otpornost na koroziju.

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

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

1. Fizikalna i kemijska svojstva.

Boja. Metali su neprozirni, t.j. ne propuštaju svjetlost, a u tom reflektiranom svjetlu 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 kubičnog 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 je volfram (specifična težina 19,3). Specifična težina metala u određenoj mjeri ovisi o načinu njihove proizvodnje i obrade.

Taljivost. Sposobnost prelaska iz čvrstog u tekuće stanje pri zagrijavanju je najvažnije svojstvo metala. Zagrijavanjem svi metali prelaze iz čvrstog u tekuće stanje, a kada se rastopljeni metal ohladi iz tekućeg u čvrsto stanje. Talište tehničkih legura nema jednu specifičnu točku taljenja, već raspon temperatura, ponekad prilično značajan.

Električna provodljivost. Vodljivost je prijenos električne energije slobodnim elektronima. Električna vodljivost metala je tisućama puta veća od električne vodljivosti nemetalnih tijela. Kako temperatura raste, električna vodljivost metala opada, a kako temperatura raste, raste. Kada se približi apsolutnoj nuli (-273 0 C), električna vodljivost metala kreće se od +232 0 (kosit) do 3370 0 (volfram) neograničeno. Većina se povećava (otpor pada na blizu nule).

Električna vodljivost legura uvijek je niža od električne vodljivosti jedne od komponenti koje čine legure.

Magnetna svojstva. Samo su tri metala jasno magnetna (feromagnetna): željezo, nikal i kobalt, kao i neke njihove legure. Kada se zagrijavaju na određene temperature, ti metali gube i svoja magnetska svojstva. Neke legure željeza nisu feromagnetne čak ni na sobnoj temperaturi. Svi ostali metali se dijele na paramagnetske (magneti privlače) i dijamagnetske (odbijaju se magnetima).

Toplinska vodljivost. Toplinska vodljivost je prijenos topline u tijelu s toplijeg mjesta na manje zagrijano mjesto bez vidljivog pomicanja čestica ovog tijela. Visoka toplinska vodljivost metala omogućuje im brzo i ravnomjerno zagrijavanje i hlađenje.

Od tehničkih metala, bakar ima najveću toplinsku vodljivost. Toplinska vodljivost željeza je znatno niža, a toplinska vodljivost čelika varira ovisno o sadržaju komponenti u njemu. Kako temperatura raste, toplinska vodljivost se smanjuje, a kako temperatura raste.

Toplinski kapacitet. Toplinski kapacitet je količina topline potrebna da se temperatura tijela podigne za 10.

Specifični toplinski kapacitet tvari je količina topline u kilogramima - kalorijama, koja se mora iskazati na 1 kg tvari da bi se njezina temperatura podigla za 1 0.

Specifični toplinski kapacitet metala u usporedbi s drugim tvarima je mali, što ih čini relativno lakim za zagrijavanje na visoke temperature.

Ekspanzija pri zagrijavanju. Omjer prirasta duljine tijela kada se ono zagrije za 1 0 prema njegovoj izvornoj duljini naziva se koeficijent linearnog širenja. Za različite metale koeficijent linearne ekspanzije uvelike varira. Na primjer, volfram ima koeficijent linearne ekspanzije 4,0·10 -6 , a olovo 29,5 ·10 -6 .

Otpornost na koroziju. Korozija je uništavanje metala zbog njegove kemijske ili elektrokemijske interakcije s vanjsko okruženje. Primjer korozije je hrđanje željeza.

Visoka otpornost na koroziju (otpornost na koroziju) važno je 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 vraćanja oblika 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 krhkosti.

Plastični. Plastičnost je svojstvo metala da se pod djelovanjem vanjskih sila deformira bez razaranja i da zadrži novi oblik nakon prestanka vlasti. Plastičnost je svojstvo koje je suprotno elastičnosti.

U tablici. 1 prikazana su svojstva tehničkih metala.

Stol 1.

Svojstva tehničkih metala.

naziv metala	Specifična težina (gustoća) g \ cm 3	Talište 0 S	Tvrdoća po Brinellu	Vlačna čvrstoća (vlačna čvrstoća) kg \ mm 2	% relativnog proširenja	Relativna kontrakcija poprečnog presjeka %
Aluminij Volfram Željezo Kobalt Magnezij Mangan Bakar nikla Kositar voditi Krom Cinkov	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 Krhka 22 40-50 2-4 1,8 Krhka 11,3-15	40 - 21-55 3 15 Krhka 60 40 40 50 Krhka 5-20	85 - 68-55 - 20 Krhka 75 70 74 100 Krhka -

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 su opterećeni dijelovi strojeva, mehanizama i konstrukcija najčešće izrađeni od metala.

Mnogi proizvodi, osim opće čvrstoće, moraju imati i posebna svojstva karakteristična za rad ovog proizvoda. Na primjer, alati za rezanje moraju imati visoku tvrdoću. Za izradu ostalih reznih alata koriste se alatni čelici i legure.

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

Nodljivi metali se koriste u slučajevima kada su dijelovi tijekom rada podvrgnuti udarnom opterećenju.

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

fizikalna svojstva. U zrakoplovnoj, auto i vagonogradnji često je najvažnija karakteristika težina dijelova, pa su aluminijske, a posebno magnezijeve legure ovdje nezaobilazne. Specifična čvrstoća (omjer vlačne čvrstoće i specifične težine) za neke legure, kao što je aluminij, veća je nego za meki čelik.

Taljivost koristi se za dobivanje odljevaka izlivanjem rastaljenog metala u kalupe. Metali niskog taljenja (kao što je olovo) koriste se kao medij za gašenje čelika. Neke složene legure su takve niska temperatura topljenje koje se topi u Vruća voda. Takve legure koriste se za lijevanje tiskarskih matrica, u uređajima koji služe za zaštitu od požara.

Metali s visokim električna provodljivost(bakar, aluminij) koriste se u elektrotehnici, za izgradnju dalekovoda, te legure s visokim električnim otporom - za žarulje sa žarnom niti, električne grijače.

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

Toplinska vodljivost metali omogućuju proizvodnju njihovih fizičkih svojstava. Toplinska vodljivost se također koristi u proizvodnji lemljenja i zavarivanja metala.

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

Kemijska svojstva. Otpornost na koroziju posebno je važna za proizvode koji rade u jako oksidirajućim sredinama (rešetke, dijelovi kemijskih strojeva 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 S NEMETALIMA

Nemetali pokazuju oksidirajuća svojstva u reakcijama s metalima, prihvaćajući elektrone iz njih i obnavljajući se.

Interakcija s halogenima

Halogeni (F 2, Cl 2, Br 2, I 2 ) su jaka oksidacijska sredstva, stoga svi metali s njima djeluju u normalnim uvjetima:

2Me+ n Hal 2 → 2 MeHal n

Produkt ove reakcije je metalhalogenidna sol ( MeF n -fluorid, MeCl n -klorid, MeBr n -bromid, MeI n -jodid). Pri interakciji s metalom, halogen se reducira na najniže oksidacijsko stanje (-1), injednaka oksidacijskom stanju metala.

Brzina reakcije ovisi o kemijskoj aktivnosti metala i halogena. Oksidativna aktivnost halogena opada u skupini od vrha do dna (od F do I).

Interakcija s kisikom

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

aktivni metali lako komuniciraju s atmosferskim kisikom u normalnim uvjetima.

2 Mg + O 2 → 2 MgO (s flashom)

Metali srednje aktivnosti također reagiraju s kisikom na običnoj temperaturi. Ali brzina takve reakcije znatno je niža nego uz sudjelovanje aktivnih metala.

Neaktivni metali oksidira kisikom pri zagrijavanju (izgaranje u kisiku).

oksidi Kemijska svojstva metala mogu se podijeliti u tri skupine:

1. Osnovni oksidi ( Na 2 O, CaO, Fe II O, Mn II O, Cu I O itd.) nastaju od metala u niskim oksidacijskim stanjima (+1, +2, u pravilu ispod +4). Bazni oksidi u interakciji s kiselim oksidima i kiselinama stvaraju 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.) nastaju od metala u visokim oksidacijskim stanjima (u pravilu iznad +4). Kiseli oksidi u interakciji s bazičnim oksidima i bazama 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 dvojaku prirodu i mogu komunicirati i s kiselinama i s 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 ), tvoreći soli - sulfide Ja 2 S n . U tom slučaju, sumpor se reducira do oksidacijskog stanja "-2". platina ( Pt ) sa sumporom stupa u interakciju 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 dati bljesak. U smjeru s lijeva na desno u nizu aktivnosti, brzina interakcije metala sa sumporom opada.

Interakcija s vodikom

S vodikom neki aktivni metali tvore spojeve - hidride:

2 Na + H 2 → 2 NaH

U tim spojevima vodik je u svom rijetkom oksidacijskom stanju "-1".

E.A. Nudnova, M.V. Andriukhova

Kemijska svojstva metala: interakcija s kisikom, halogenima, sumporom i odnos prema vodi, kiselinama, solima.

Kemijska svojstva metala su posljedica sposobnosti njihovih atoma da lako doniraju elektrone s vanjske energetske razine, pretvarajući se u pozitivno nabijene ione. Dakle, u kemijskim reakcijama metali djeluju kao energetski redukcijski agensi. To je njihovo glavno zajedničko kemijsko 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 tvarima. Temeljem istraživanja svi su metali poredani u red prema njihovoj opadajućoj aktivnosti. Ovu seriju prvi je predložio izvanredni znanstvenik N. N. Beketov. Takav niz aktivnosti metala naziva se i niz pomaka metala ili elektrokemijski 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 vodik, koji nije metal. Njegova vidljiva svojstva uzimaju se za usporedbu kao neka vrsta nule.

Imajući svojstva redukcijskih sredstava, metali reagiraju s raznim oksidantima, prvenstveno s 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 reagiraju s kisikom. Aktivno se javljaju reakcije s halogenima, na primjer, izgaranje 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 pri čemu nastaju lužine 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 vodik:

Pb0 + H+2O Kemijska svojstva metala: interakcija s kisikom Pb+2O + H02.

Sposobnost metala da reagira s kiselinama i solima u otopini također ovisi o njegovu položaju u nizu pomaka metala. Metali lijevo od vodika u nizu pomaka metala obično istiskuju (reduciraju) vodik iz razrijeđenih kiselina, a metali desno od vodika ga ne istiskuju. Dakle, cink i magnezij reagiraju s kiselim otopinama, oslobađajući vodik i stvarajući soli, dok bakar ne reagira.

Mg0 + 2H+Cl → Mg+2Cl2 + H02

Zn0 + H+2SO4 → Zn+2SO4 + H02.

Atomi metala u tim reakcijama su redukcijski agensi, a vodikovi ioni su oksidanti.

Metali reagiraju sa solima u vodenim otopinama. Aktivni metali istiskuju manje aktivne metale iz sastava soli. To se može odrediti iz niza 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 crvene prevlake:

Fe0 + Cu+2SO4 → Fe+2SO4 + Cu0 .

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

Ag + CuSO4 ≠ .

Za provođenje takvih reakcija ne treba uzimati previše aktivne metale (od litija do natrija), koji mogu reagirati s vodom.

Stoga metali mogu reagirati s nemetalima, vodom, kiselinama i solima. U svim tim slučajevima metali su oksidirani i redukcijski su agensi. Za predviđanje toka kemijske reakcije uz sudjelovanje metala treba koristiti niz pomaka metala.