A fémek kémiai aktivitásukban nagyon különböznek egymástól. Egy fém kémiai aktivitása hozzávetőlegesen a benne lévő helyzet alapján ítélhető meg.

A legaktívabb fémek a sor elején találhatók (bal oldalon), a leginaktívabbak a végén (jobb oldalon).
Reakciók egyszerű anyagokkal. A fémek nemfémekkel reagálva bináris vegyületeket képeznek. A reakciókörülmények, és néha termékeik is nagymértékben eltérnek a különböző fémeknél.
Például az alkálifémek szobahőmérsékleten aktívan reagálnak oxigénnel (beleértve a levegőt is), oxidokat és peroxidokat képezve.

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

A közepes aktivitású fémek hevítéskor reakcióba lépnek oxigénnel. Ebben az esetben oxidok képződnek:

2Mg + O 2 \u003d t 2MgO.

Az inaktív fémek (például arany, platina) nem reagálnak az oxigénnel, ezért gyakorlatilag nem változtatják meg fényüket a levegőben.
A legtöbb fém kénporral hevítve a megfelelő szulfidokat képezi:

Reakciók összetett anyagokkal. Az összes osztályba tartozó vegyületek reakcióba lépnek fémekkel - oxidokkal (beleértve a vizet), savakkal, bázisokkal és sókkal.
Az aktív fémek szobahőmérsékleten hevesen reagálnak vízzel:

2Li + 2H 2O \u003d 2LiOH + H2;
Ba + 2H 2 O \u003d Ba (OH) 2 + H 2.

A fémek, például a magnézium és az alumínium felületét a megfelelő oxidból álló sűrű film védi. Ez megakadályozza a vízzel való reakciót. Ha azonban ezt a filmet eltávolítják, vagy megsértik az integritását, akkor ezek a fémek is aktívan reagálnak. Például a porított magnézium reakcióba lép forró vízzel:

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

Magasabb hőmérsékleten a kevésbé aktív fémek is reakcióba lépnek a vízzel: Zn, Fe, Mil stb. Ilyenkor a megfelelő oxidok keletkeznek. Például, amikor vízgőzt vezetnek át forró vasforgácson, a következő reakció lép fel:

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

A hidrogénig terjedő aktivitási sorozatú fémek savakkal (a HNO 3 kivételével) reagálva sókat és hidrogént képeznek. Az aktív fémek (K, Na, Ca, Mg) nagyon hevesen reagálnak a savas oldatokkal (nagy sebességgel):

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

Az inaktív fémek gyakran gyakorlatilag oldhatatlanok savakban. Ez annak köszönhető, hogy a felületükön oldhatatlan sófilm képződik. Például az ólom, amely a hidrogénig terjedő aktivitási sorozatban van, gyakorlatilag nem oldódik fel híg kénsavban és sósavban, mivel a felületén oldhatatlan sók (PbSO 4 és PbCl 2) filmréteg képződik.

A szavazáshoz engedélyezni kell a JavaScriptet

11. előadás Kémiai tulajdonságok fémek.

Fémek kölcsönhatása egyszerű oxidálószerekkel. A fémek vízhez viszonyított aránya, savak, lúgok és sók vizes oldatai. Az oxidfilm és az oxidációs termékek szerepe. Fémek kölcsönhatása salétromsavval és tömény kénsavval.

A fémek közé tartozik az összes s-, d-, f-elem, valamint az alsó részben található p-elemek periodikus rendszer a bórból asztatinba húzott átlóból. NÁL NÉL egyszerű anyagok Ezekben az elemekben fémes kötés jön létre. A fématomoknak kevés elektronja van a külső elektronhéjban, 1, 2 vagy 3 mennyiségben. A fémek elektropozitív tulajdonságokat mutatnak és alacsony elektronegativitásúak, kevesebb, mint kettő.

A fémek velejárói jellemzők. Ezek szilárd anyagok, nehezebbek a víznél, fémes fényűek. A fémek magas hő- és elektromos vezetőképességgel rendelkeznek. Jellemzőjük az elektronok emissziója a különféle külső hatások: fénynek való kitettség, hevítéskor, töréskor (exoelektronikus emisszió).

A fémek fő jellemzője, hogy képesek elektronokat adni más anyagok atomjainak és ionjainak. A fémek az esetek túlnyomó többségében redukálószerek. És ez a jellemző kémiai tulajdonságuk. Tekintsük a fémek és a tipikus oxidálószerek arányát, amelyek közé tartoznak az egyszerű anyagok - nem fémek, víz, savak. Az 1. táblázat információt nyújt a fémek és az egyszerű oxidálószerek arányáról.

Asztal 1

A fémek és az egyszerű oxidálószerek aránya

Minden fém reakcióba lép a fluorral. Ez alól kivételt képez az alumínium, a vas, a nikkel, a réz, a cink nedvesség hiányában. Ezek az elemek a fluorral reagálva kezdetben fluorid filmeket képeznek, amelyek megvédik a fémeket a további reakciótól.

Ugyanilyen körülmények és okok mellett a vas passziválódik klórral reagálva. Az oxigénnel kapcsolatban nem minden fém, hanem csak néhány fém képez sűrű oxidvédő filmet. A fluorról nitrogénre való áttéréskor (1. táblázat) az oxidációs aktivitás csökken, ezért egyre több fém nem oxidálódik. Például csak a lítium és az alkáliföldfémek reagálnak a nitrogénnel.

A fémek vízhez viszonyított aránya és az oxidálószerek vizes oldatai.

Vizes oldatokban a fém redukáló aktivitását a standard redoxpotenciál értékével jellemezzük. A standard redoxpotenciálok teljes tartományából fémfeszültségek sorozatát különböztetjük meg, amelyet a 2. táblázat jelez.

2. táblázat

Sorfeszültségű fémek

Oxidálószer	Elektróda folyamategyenlete	Szabványos elektródpotenciál φ 0, V	Redukáló szer	Redukálószerek feltételes aktivitása
Li +	Li + + e - = Li	-3,045	Li	Aktív
Rb+	Rb + + e - = Rb	-2,925	Rb	Aktív
K+	K + + e - = K	-2,925	K	Aktív
Cs+	Cs + + e - = Cs	-2,923	Cs	Aktív
Ca2+	Ca 2+ + 2e - = Ca	-2,866	kb	Aktív
Na+	Na + + e - = Na	-2,714	Na	Aktív
Mg2+	Mg 2+ +2 e - \u003d Mg	-2,363	mg	Aktív
Al 3+	Al 3+ + 3e - = Al	-1,662	Al	Aktív
Ti 2+	Ti 2+ + 2e - = Ti	-1,628	Ti	Házasodik tevékenység
Mn2+	Mn 2+ + 2e - = Mn	-1,180	Mn	Házasodik tevékenység
Cr2+	Cr 2+ + 2e - = Kr	-0,913	Kr	Házasodik tevékenység
H2O	2H 2O+ 2e - \u003d H2 + 2OH -	-0,826	H2, pH=14	Házasodik tevékenység
Zn2+	Zn 2+ + 2e - = Zn	-0,763	Zn	Házasodik tevékenység
Cr3+	Cr 3+ +3e - = Kr	-0,744	Kr	Házasodik tevékenység
Fe2+	Fe 2+ + e - \u003d Fe	-0,440	Fe	Házasodik tevékenység
H2O	2H 2O + e - \u003d H 2 + 2OH -	-0,413	H2, pH=7	Házasodik tevékenység
CD 2+	Cd 2+ + 2e - = Cd	-0,403	CD	Házasodik tevékenység
Co2+	Co 2+ +2 e - \u003d Co	-0,227	co	Házasodik tevékenység
Ni2+	Ni 2+ + 2e - = Ni	-0,225	Ni	Házasodik tevékenység
sn 2+	Sn 2+ + 2e - = Sn	-0,136	sn	Házasodik tevékenység
Pb 2+	Pb 2+ + 2e - = Pb	-0,126	Pb	Házasodik tevékenység
Fe3+	Fe 3+ + 3e - \u003d Fe	-0,036	Fe	Házasodik tevékenység
H+	2H++2e-=H2		H2, pH=0	Házasodik tevékenység
Bi 3+	Bi 3+ + 3e - = Bi	0,215	Kettős	Kicsi aktív
Cu2+	Cu 2+ + 2e - = Cu	0,337	Cu	Kicsi aktív
Cu+	Cu + + e - = Cu	0,521	Cu	Kicsi aktív
Hg 2 2+	Hg 2 2+ + 2e - = Hg	0,788	Hg 2	Kicsi aktív
Ag+	Ag + + e - = Ag	0,799	Ag	Kicsi aktív
Hg2+	Hg 2+ + 2e - \u003d Hg	0,854	hg	Kicsi aktív
Pt 2+	Pt 2+ + 2e - = Pt	1,2	Pt	Kicsi aktív
Au 3+	Au 3+ + 3e - = Au	1,498	Au	Kicsi aktív
Au +	Au++e-=Au	1,691	Au	Kicsi aktív

Ebben a feszültségsorozatban a hidrogénelektróda elektródapotenciáljának értékeit is megadjuk savas (рН=0), semleges (рН=7), lúgos (рН=14) közegben. Egy adott fém helyzete egy feszültségsorozatban jellemzi azt a képességét, hogy normál körülmények között képes redox kölcsönhatásokat létrehozni vizes oldatokban. A fémionok oxidálószerek, a fémek redukálószerek. Minél távolabb helyezkedik el a fém a feszültségsorozatban, annál erősebbek az oxidálószer vizes oldatban az ionjai. Minél közelebb van a fém a sor elejéhez, annál erősebb a redukálószer.

A fémek képesek kiszorítani egymást a sóoldatokból. A reakció irányát ebben az esetben a feszültségsorozatban elfoglalt kölcsönös helyzetük határozza meg. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy az aktív fémek nemcsak a vízből, hanem bármely vizes oldatból is kiszorítják a hidrogént. Ezért a fémek sóoldataiból való kölcsönös kiszorítása csak a magnézium utáni feszültségsorozatban elhelyezkedő fémek esetében következik be.

Minden fém három feltételes csoportra van osztva, amit a következő táblázat tükröz.

3. táblázat

Fémek feltételes felosztása

Kölcsönhatás vízzel. A víz oxidálószere a hidrogénion. Ezért csak azok a fémek oxidálhatók vízzel, amelyek standard elektródpotenciálja kisebb, mint a vízben lévő hidrogénionok potenciálja. Ez a közeg pH-jától függ, és az

φ \u003d -0,059 pH.

Semleges környezetben (рН=7) φ = -0,41 V. A fémek vízzel való kölcsönhatásának természetét a 4. táblázat mutatja be.

A sorozat elejétől származó fémek, amelyek potenciálja sokkal negatívabb, mint -0,41 V, kiszorítják a hidrogént a vízből. De a magnézium már csak a forró vízből szorítja ki a hidrogént. Normális esetben a magnézium és az ólom között elhelyezkedő fémek nem szorítják ki a hidrogént a vízből. Ezen fémek felületén oxidfilmek képződnek, amelyek védő hatást fejtenek ki.

4. táblázat

Fémek kölcsönhatása vízzel semleges közegben

Fémek kölcsönhatása sósavval.

A sósavban az oxidálószer a hidrogénion. A hidrogénion standard elektródpotenciálja nulla. Ezért minden aktív fémnek és közepes aktivitású fémnek reagálnia kell a savval. Csak az ólom mutat passzivációt.

5. táblázat

Fémek kölcsönhatása sósavval

A réz nagyon tömény sósavban oldható, annak ellenére, hogy az alacsony aktivitású fémek közé tartozik.

A fémek és a kénsav kölcsönhatása eltérő módon történik, és koncentrációjától függ.

Fémek reakciója híg kénsavval. A hígított kénsavval történő kölcsönhatást ugyanúgy hajtjuk végre, mint a sósavval.

6. táblázat

Fémek reakciója híg kénsavval

Hígított kénsav hidrogénionjával oxidálódik. Kölcsönhatásba lép azokkal a fémekkel, amelyek elektródpotenciálja kisebb, mint a hidrogéneké. Az ólom 80% alatti koncentrációban nem oldódik kénsavban, mivel az ólom és a kénsav kölcsönhatása során keletkező PbSO 4 só oldhatatlan, és védőfilmet hoz létre a fém felületén.

Fémek kölcsönhatása tömény kénsavval.

A tömény kénsavban a +6 oxidációs állapotú kén oxidálószerként működik. Az SO 4 2- szulfátion része. Ezért a koncentrált sav minden olyan fémet oxidál, amelynek standard elektródpotenciálja kisebb, mint az oxidálószeré. A szulfátiont, mint oxidálószert alkalmazó elektródafolyamatok elektródpotenciáljának legnagyobb értéke 0,36 V. Ennek eredményeként egyes alacsony aktivitású fémek tömény kénsavval is reakcióba lépnek.

A közepes aktivitású fémek (Al, Fe) esetében a passziváció a sűrű oxidfilmek képződése miatt megy végbe. Az ón négyértékű állapotba oxidálódik ón(IV)-szulfát képződésével:

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

7. táblázat

Fémek kölcsönhatása tömény kénsavval

Az ólom oldható ólom-hidroszulfát képződésével kétértékű állapotba oxidálódik. A higany forró tömény kénsavban oldódik, és higany (I) és higany (II) szulfátokat képez. Még az ezüst is feloldódik a forrásban lévő tömény kénsavban.

Nem szabad megfeledkezni arról, hogy minél aktívabb a fém, annál mélyebb a kénsav redukciója. Az aktív fémeknél a sav főleg kénhidrogénné redukálódik, bár más termékek is jelen vannak. Például

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

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

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

Fémek kölcsönhatása híg salétromsavval.

A salétromsavban a +5 oxidációs állapotú nitrogén oxidálószerként működik. Maximális érték a híg sav nitrátionjának elektródpotenciálja oxidálószerként 0,96 V. Ilyen nagy értékének köszönhetően a salétromsav erősebb oxidálószer, mint a kénsav. Ez nyilvánvaló abból a tényből, hogy a salétromsav oxidálja az ezüstöt. Minél mélyebbre csökken a sav, annál aktívabb a fém és annál hígabb a sav.

8. táblázat

Fémek reakciója híg salétromsavval

Fémek kölcsönhatása tömény salétromsavval.

A tömény salétromsavat általában nitrogén-dioxiddá redukálják. A tömény salétromsav fémekkel való kölcsönhatását a 9. táblázat mutatja be.

Ha sav hiányában és keverés nélkül használjuk, az aktív fémek nitrogénné, a közepes aktivitású fémek pedig szén-monoxiddá redukálják.

9. táblázat

Tömény salétromsav kölcsönhatása fémekkel

Fémek kölcsönhatása lúgos oldatokkal.

A fémeket lúgok nem oxidálhatják. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az alkálifémek erős redukálószerek. Ezért ionjaik a leggyengébb oxidálószerek, és nem mutatnak oxidáló tulajdonságokat vizes oldatokban. Lúgok jelenlétében azonban a víz oxidáló hatása nagyobb mértékben nyilvánul meg, mint ezek hiányában. Emiatt a lúgos oldatokban a fémek víz hatására oxidálódnak, így hidroxidok és hidrogén keletkezik. Ha az oxid és a hidroxid amfoter vegyületek, akkor lúgos oldatban feloldódnak. Ennek eredményeként a tiszta vízben passzív fémek erőteljes kölcsönhatásba lépnek a lúgos oldatokkal.

10. táblázat

Fémek kölcsönhatása lúgos oldatokkal

Az oldódási folyamat két szakaszból áll: a fém oxidációja vízzel és a hidroxid feloldása:

Zn + 2HOH \u003d Zn (OH) 2 ↓ + H 2;

Zn (OH) 2 ↓ + 2NaOH \u003d Na 2.

A fémek tulajdonságai.

1. Fémek alapvető tulajdonságai.

A fémek tulajdonságait fizikai, kémiai, mechanikai és technológiai tulajdonságokra osztják.

A fizikai tulajdonságok a következők: szín, fajsúly, olvaszthatóság, elektromos vezetőképesség, mágneses tulajdonságok, hővezető képesség, tágulás melegítéskor.

Kémiai - oxidálhatóság, oldhatóság és korrózióállóság.

A mechanikai - szilárdság, keménység, rugalmasság, viszkozitás, plaszticitás.

Technológiaiig - edzhetőség, folyékonyság, alakíthatóság, hegeszthetőség, megmunkálhatóság.

1. Fizikai és kémiai tulajdonságok.

Szín. A fémek átlátszatlanok, i.e. ne engedje át a fényt, és ebben a visszavert fényben minden fémnek megvan a maga különleges árnyalata - színe.

A műszaki fémek közül csak a réz (piros) és ötvözetei színeznek. A többi fém színe az acélszürkétől az ezüstfehérig terjed. A fémtermékek felületén lévő legvékonyabb oxidfilmek további színeket adnak nekik.

Fajsúly. Az anyag egy köbcentiméterének grammban kifejezett tömegét fajsúlynak nevezzük.

A fajsúly ​​szerint megkülönböztetünk könnyűfémeket és nehézfémeket. A műszaki fémek közül a magnézium a legkönnyebb (fajsúlya 1,74), a legnehezebb a wolfram (fajsúlya 19,3). A fémek fajsúlya bizonyos mértékig függ előállításuk és feldolgozásuk módjától.

Összeolvadhatóság. A fémek legfontosabb tulajdonsága, hogy hevítés hatására szilárd halmazállapotból folyékony állapotba kerülhetnek. Hevítéskor minden fém szilárd halmazállapotból folyékony halmazállapotba kerül, az olvadt fém lehűtésekor pedig folyékony halmazállapotból szilárd állapotba. A műszaki ötvözetek olvadáspontjának nem egy meghatározott olvadáspontja van, hanem hőmérséklet-tartománya, néha meglehetősen jelentős.

Elektromos vezetőképesség. A vezetőképesség az elektromosság szabad elektronok általi átvitele. A fémek elektromos vezetőképessége több ezerszer nagyobb, mint a nem fémes testek elektromos vezetőképessége. A hőmérséklet emelkedésével a fémek elektromos vezetőképessége csökken, a hőmérséklet csökkenésével pedig nő. Az abszolút nullához (-273 0 С) közeledve a fémek elektromos vezetőképessége +232 0 (ón) és 3370 0 (volfrám) között mozog korlátlanul. A legtöbb nő (az ellenállás közel nullára csökken).

Az ötvözetek elektromos vezetőképessége mindig alacsonyabb, mint az ötvözeteket alkotó komponensek elektromos vezetőképessége.

Mágneses tulajdonságok. Csak három fém egyértelműen mágneses (ferromágneses): a vas, a nikkel és a kobalt, valamint egyes ötvözeteik. Bizonyos hőmérsékletre hevítve ezek a fémek elvesztik mágneses tulajdonságaikat is. Egyes vasötvözetek még szobahőmérsékleten sem ferromágnesesek. Az összes többi fémet paramágnesesre (mágnesek vonzzák) és diamágnesesre (mágnesek taszítják).

Hővezető. A hővezető képesség a testben lévő hő átadása egy melegebb helyről egy kevésbé fűtött helyre anélkül, hogy a test részecskéi láthatóan elmozdulnának. A fémek nagy hővezető képessége lehetővé teszi, hogy gyorsan és egyenletesen melegedjenek és hűljenek.

A műszaki fémek közül a réz rendelkezik a legnagyobb hővezető képességgel. A vas hővezető képessége sokkal alacsonyabb, az acél hővezető képessége a benne lévő komponensek mennyiségétől függően változik. A hőmérséklet emelkedésével a hővezető képesség csökken, a hőmérséklet csökkenésével pedig nő.

Hőkapacitás. A hőkapacitás az a hőmennyiség, amely egy test hőmérsékletének 10-zel történő emeléséhez szükséges.

Egy anyag fajlagos hőkapacitása az a hőmennyiség kilogrammban - kalóriában, amelyet 1 kg anyagra kell jelenteni ahhoz, hogy a hőmérséklete 1 0-kal emelkedjen.

A fémek fajlagos hőkapacitása más anyagokhoz képest kicsi, ami viszonylag könnyűvé teszi a magas hőmérsékletre való felmelegítésüket.

Tágulás melegítéskor. A test hossznövekedésének arányát 1 0-val felmelegítve az eredeti hosszához lineáris tágulási együtthatónak nevezzük. Különböző fémek esetén a lineáris tágulási együttható nagymértékben változik. Például a wolfram lineáris tágulási együtthatója 4,0 × 10 -6, az ólomé pedig 29,5 × 10 -6 .

Korrozióállóság. A korrózió egy fém megsemmisülése a kémiai vagy elektrokémiai kölcsönhatás következtében külső környezet. A korrózióra példa a vas rozsdásodása.

A nagy korrózióállóság (korrózióállóság) egyes fémek fontos természetes tulajdonsága: a platina, az arany és az ezüst, ezért is nevezik nemesnek. A nikkel és más színesfémek is jól ellenállnak a korróziónak. A vasfémek erősebben és gyorsabban korrodálódnak, mint a színesfémek.

2. Mechanikai tulajdonságok.

Erő. A fém erőssége abban rejlik, hogy képes ellenállni a külső erők hatásának anélkül, hogy összeomlana.

Keménység. A keménység egy test azon képessége, hogy ellenálljon egy másik, szilárdabb test behatolásának.

Rugalmasság. A fém rugalmassága az a tulajdonsága, hogy az alakváltozást (deformációt) okozó külső erők hatásának megszűnése után helyreállítja alakját.

Viszkozitás. A szívósság a fém azon képessége, hogy ellenálljon a gyorsan növekvő (ütési) külső erőknek. A viszkozitás a ridegség ellenkező tulajdonsága.

Műanyag. A plaszticitás a fém azon tulajdonsága, hogy külső erők hatására roncsolódás nélkül deformálódjon és megtartsa új forma a hatalom megszűnése után. A plaszticitás a rugalmasság ellentéte.

táblázatban. Az 1. ábra a műszaki fémek tulajdonságait mutatja be.

Asztal 1.

Műszaki fémek tulajdonságai.

fém név	Fajsúly ​​(sűrűség) g \ cm 3	Olvadáspont 0 С	Brinell keménység	Szakítószilárdság (szakítószilárdság) kg \ mm 2	Relatív kiterjesztés %	A keresztmetszet relatív összehúzódása %
Alumínium Volfrám Vas Kobalt Magnézium Mangán Réz Nikkel Ón Vezet Króm 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 Törékeny 22 40-50 2-4 1,8 Törékeny 11,3-15	40 - 21-55 3 15 Törékeny 60 40 40 50 Törékeny 5-20	85 - 68-55 - 20 Törékeny 75 70 74 100 Törékeny -

3. A fémek tulajdonságainak jelentősége.

Mechanikai tulajdonságok. Minden termékkel szemben az első követelmény a kellő szilárdság.

A fémek más anyagokhoz képest nagyobb szilárdságúak, ezért a gépek, mechanizmusok, szerkezetek terhelt részei általában fémből készülnek.

Sok terméknek az általános szilárdságon kívül különleges tulajdonságokkal is kell rendelkeznie, amelyek a termék működésére jellemzőek. Például a vágószerszámoknak nagy keménységűnek kell lenniük. Más vágószerszámok gyártásához szerszámacélokat és ötvözeteket használnak.

A rugók és rugók gyártásához speciális acélokat és nagy rugalmasságú ötvözeteket használnak.

A képlékeny fémeket olyan esetekben használják, amikor az alkatrészek működés közben sokkoló terhelésnek vannak kitéve.

A fémek plaszticitása lehetővé teszi nyomással történő feldolgozását (kovácsolás, hengerlés).

fizikai tulajdonságok. Repülőgép-, autó- és kocsigyártásban gyakran az alkatrészek súlya a legfontosabb jellemző, így itt az alumínium és különösen a magnéziumötvözetek nélkülözhetetlenek. A fajlagos szilárdság (a szakítószilárdság és a fajsúly ​​aránya) egyes ötvözetek, például alumínium esetében nagyobb, mint a lágyacél esetében.

Összeolvadhatóságöntvények előállítására használják olvadt fém formákba öntésével. Az alacsony olvadáspontú fémeket (például az ólmot) acél oltóközegeként használják. Néhány összetett ötvözet olyan alacsony hőmérséklet olvadás, amely beleolvad forró víz. Az ilyen ötvözeteket nyomtatási mátrixok öntésére, tűz elleni védelemre szolgáló eszközökben használják.

Fémek magas elektromos vezetőképesség(réz, alumínium) használják az elektrotechnikában, elektromos vezetékek építésére, valamint nagy elektromos ellenállású ötvözetek - izzólámpákhoz, elektromos fűtőtestekhez.

Mágneses tulajdonságok A fémek elsődleges szerepet töltenek be az elektrotechnikában (dinamók, motorok, transzformátorok), a kommunikációs eszközökben (telefon- és távírókészülékek), és sok más típusú gépben és készülékben is használatosak.

Hővezető a fémek lehetővé teszik fizikai tulajdonságaik előállítását. A hővezető képességet fémek forrasztása és hegesztése során is használják.

Néhány fémötvözet rendelkezik lineáris tágulási együttható, közel nulla; az ilyen ötvözeteket precíziós műszerek, rádiócsövek gyártására használják. Hosszú szerkezetek, például hidak építésénél figyelembe kell venni a fémek tágulását. Azt is szem előtt kell tartani, hogy két különböző tágulási együtthatójú fémből készült, egymáshoz erősített alkatrész hevítéskor meghajolhat, sőt el is törhet.

Kémiai tulajdonságok. A korrózióállóság különösen fontos az erősen oxidáló környezetben működő termékeknél (rostély rostélyok, vegyipari gépek és eszközök alkatrészei). A magas korrózióállóság elérése érdekében speciális rozsdamentes, saválló és hőálló acélokat gyártanak, valamint védőbevonatokat is alkalmaznak.

FÉMEK Kölcsönhatása NEM FÉMEKKEL

A nemfémek oxidáló tulajdonságokat mutatnak a fémekkel való reakciókban, elektronokat fogadnak el belőlük és regenerálnak.

Kölcsönhatás halogénekkel

Halogének (F 2, Cl 2, Br 2, I 2 ) erős oxidálószerek, ezért normál körülmények között minden fém kölcsönhatásba lép velük:

2Me+ n Hal 2 → 2 MeHal n

A reakció terméke egy fémhalogenid só ( MeFn-fluorid, MeCln-klorid, MeBrn-bromid, MeIn -jodid). Fémekkel való kölcsönhatás során a halogén a legalacsonyabb oxidációs állapotra (-1) redukálódik, ésnmegegyezik a fém oxidációs állapotával.

A reakció sebessége a fém és a halogén kémiai aktivitásától függ. A halogének oxidatív aktivitása fentről lefelé csökken a csoportban F-től I-ig).

Kölcsönhatás oxigénnel

Az oxigén szinte minden fémet oxidál (kivéve Ag, Au, Pt ), ami oxidok képződését eredményezi Me 2 O n .

aktív fémek normál körülmények között könnyen kölcsönhatásba lép a légköri oxigénnel.

2 Mg + O 2 → 2 MgO (vakuval)

Közepes aktivitású fémek normál hőmérsékleten oxigénnel is reagálnak. De egy ilyen reakció sebessége lényegesen alacsonyabb, mint az aktív fémek részvétele esetén.

Inaktív fémek hevítéskor oxigénnel oxidálódik (oxigénben égés).

oxidok A fémek kémiai tulajdonságai három csoportra oszthatók:

1. Bázikus oxidok ( Na 2 O, CaO, Fe II O, Mn II O, Cu I O stb.) alacsony oxidációs állapotú fémek alkotják (+1, +2, általában +4 alatt). A bázikus oxidok savas oxidokkal és savakkal kölcsönhatásba lépve sókat képeznek:

CaO + CO 2 → CaCO 3

CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O

2. Savas oxidok ( Cr VI O 3 , Fe VI O 3 , Mn VI O 3 , Mn 2 VII O 7 stb.) magas oxidációs állapotú (általában +4 feletti) fémek alkotják. A savas oxidok kölcsönhatásba lépnek bázikus oxidokkal és bázisokkal sókat képezve:

FeO 3 + K 2 O → K 2 FeO 4

CrO 3 + 2KOH → K 2 CrO 4 + H 2 O

3. Amfoter oxidok ( BeO, Al 2 O 3, ZnO, SnO, MnO 2, Cr 2 O 3, PbO, PbO 2 stb.) kettős természetűek, és kölcsönhatásba léphetnek savakkal és bázisokkal is:

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

Cr 2 O 3 + 6NaOH → 2Na 3

Kénnel való kölcsönhatás

Minden fém kölcsönhatásba lép a kénnel (kivéve Au ), sókat képezve - szulfidokat Me 2 S n . Ebben az esetben a ként a "-2" oxidációs állapotra redukálódik. platina ( Pt ) csak finom eloszlású állapotban lép kölcsönhatásba a kénnel. alkálifémek, és Ca és Mg robbanás közben reagál a kénnel. Zn, Al (por) és Mg kénnel reagálva adnak villanást. Az aktivitási sorozatban balról jobbra haladva a fémek kénnel való kölcsönhatásának sebessége csökken.

Kölcsönhatás hidrogénnel

A hidrogénnel egyes aktív fémek vegyületeket - hidrideket - képeznek:

2 Na + H2 → 2 NaH

Ezekben a vegyületekben a hidrogén ritka „-1” oxidációs állapotú.

E.A. Nudnova, M.V. Andriukhova

Fémek kémiai tulajdonságai: kölcsönhatás oxigénnel, halogénekkel, kénnel és kapcsolata vízzel, savakkal, sókkal.

A fémek kémiai tulajdonságai annak köszönhetőek, hogy atomjaik könnyen feladják az elektronokat egy külső energiaszintről, pozitív töltésű ionokká alakulva. Így a kémiai reakciókban a fémek energetikai redukálószerként működnek. Ez a fő közös kémiai tulajdonságuk.

Az egyes fémelemek atomjaiban az elektronok adományozásának képessége eltérő. Minél könnyebben adja fel egy fém az elektronjait, annál aktívabb, és annál erőteljesebben lép reakcióba más anyagokkal. A kutatás alapján az összes fémet a csökkenő aktivitása szerint sorba rendeztük. Ezt a sorozatot először a kiváló tudós, N. N. Beketov javasolta. A fémek ilyen aktivitási sorozatát fémek elmozdulási sorozatának vagy fémfeszültségek elektrokémiai sorozatának is nevezik. Ez így néz ki:

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

Ennek a sorozatnak a segítségével megtudhatja, hogy melyik fém aktív a másikban. Ez a sorozat hidrogént tartalmaz, ami nem fém. Látható tulajdonságait összehasonlítás céljából egyfajta nullának tekintjük.

A fémek redukálószer tulajdonságaival különféle oxidálószerekkel reagálnak, elsősorban nem fémekkel. A fémek oxigénnel reagálnak normál körülmények között vagy hevítéskor oxidokat képezve, például:

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

Ebben a reakcióban a magnézium atomok oxidálódnak és az oxigénatomok redukálódnak. A sor végén lévő nemesfémek reakcióba lépnek az oxigénnel. Aktív reakciók lépnek fel halogénekkel, például a réz klórban való égése:

Cu0 + Cl02 = Cu+2Cl-2

A kénnel való reakciók leggyakrabban hevítéskor lépnek fel, például:

Fe0 + S0 = Fe+2S-2

A Mg-ben lévő fémek aktivitási sorozatában lévő aktív fémek vízzel reagálva lúgokat és hidrogént képeznek:

2Na0 + 2H+2O → 2Na+OH + H02

A közepes aktivitású fémek Altól H2-ig súlyosabb körülmények között reagálnak vízzel, és oxidokat és hidrogént képeznek:

Pb0 + H+2O Fémek kémiai tulajdonságai: kölcsönhatás oxigénnel Pb+2O + H02.

Egy fémnek az oldatban lévő savakkal és sókkal való reakcióképessége a fémek elmozdulási sorozatában elfoglalt helyzetétől is függ. A fémek kiszorítási sorozatában a hidrogéntől balra lévő fémek általában kiszorítják (redukálják) a hidrogént a híg savakból, a hidrogéntől jobbra lévő fémek pedig nem szorítják ki. Tehát a cink és a magnézium reakcióba lép a savas oldatokkal, hidrogént szabadít fel és sókat képez, míg a réz nem reagál.

Mg0 + 2H + Cl → Mg + 2Cl2 + H02

Zn0 + H+2SO4 → Zn+2SO4 + H02.

Ezekben a reakciókban a fématomok redukálószerek, a hidrogénionok pedig oxidálószerek.

A fémek vizes oldatokban reagálnak a sókkal. Az aktív fémek kiszorítják a kevésbé aktív fémeket a sók összetételéből. Ez a fémek aktivitássoraiból határozható meg. A reakciótermékek egy új só és egy új fém. Tehát, ha egy vaslemezt réz(II)-szulfát oldatba merítünk, egy idő után a réz vörös bevonat formájában kiemelkedik rajta:

Fe0 + Cu+2SO4 → Fe+2SO4 + Cu0 .

De ha egy ezüstlemezt réz(II)-szulfát oldatába merítünk, akkor nem történik reakció:

Ag + CuSO4 ≠ .

Az ilyen reakciók végrehajtásához nem szabad túl aktív fémeket (lítiumtól nátriumig) venni, amelyek képesek reagálni vízzel.

Ezért a fémek képesek reagálni nemfémekkel, vízzel, savakkal és sókkal. Ezekben az esetekben a fémek oxidálódnak és redukálószerek. Az áramlás előrejelzésére kémiai reakciók fémek részvételével fémek elmozdulási sorozatát kell alkalmazni.