<<
>>

Металлы

Общие свойства. Для металлов характерно:

1) как правило, небольшое число электронов на внешнем энергетическом уровне;

2) низкая энергия ионизации;

3) сравнительно большой радиус атома;

4) металлическая связь, когда валентные электроны принадлежат всей кристаллической решетке твердого вещества;

5) металлы легко отдают электроны, поэтому чаще всего выступают в качес­тве восстановителей.

По особенностям электронной конфигурации и положению в периодической системе выделяют л-, р-, (I- и/-металлы. Наиболее многочис­ленными являются ^/-металлы: они получили название переходных элементов, так как занимают промежуточное положение между л- и /^-элементами.

Физические свойства. Металлы отличаются блеском, непрозрачностью, ковкостью и пластичностью, хорошей тепло- и электропроводностью. Они характеризуются и индивидуальными свойствами (плотность, температура кипения и плавления).

Химические свойства:

а) металлы взаимодействуют почти со всеми неметаллами за исключением инертных газов. В результате образуются оксиды (с О,), гидриды (с Н,), галоге- ниды (с галогенами), сульфиды (с серой), нитриды (с Ы,), фосфиды (с фосфором), карбиды (с углеродом), силициды (с кремнием). Например: Са + 2С —> СаС2 (карбид кальция), 2М§ + М£,81 (силицид магния);

6) металлы, стоящие в ряду стандартных электродных потенциалов до магния легко реагируют с водой с образованием гидроксидов и водорода. Например: 2Ыа + 2Н,0 2№ОН + Н/Г.

Металлы, стоящие в ряду после Н,, с водой не реагируют;

в) металлы, стоящие в ряду стандартных электродных потенциалов до Н„ взаимодействуют с растворами кислот: 7м + 2НС1 —»ZnC\2 + Н,Т.

Большинство металлов, за исключением золота и платины, реагируют с концентрированной серной и азотной кислотами. При этом образуются соль, вода и побочный продукт;

г) металлы, гндрокенды которых амфотерны. взаимодействуют с растворами щелочей. Например: 2А1 + 2ЫаОН + 6Н,0 2№|А1(ОН),1 + ЗН,Т;

д) более активные металлы способны вытеснять менее активные из растворов солей (активность металла определяется его положением в ряду стандартных электродных потенциалов). Например: Ре + СиБ04 —* РеБ04 + Си1.

Исключением являются щелочные и щелочноземельные металлы.

Производство чугуна и стали

Промышленным производством чугуна и стали занимается черная металлур­гия, которая перерабатывает руды железа и железные сплавы. При переработке руд сначала получают чугун, а затем чугун переводят в сталь. Чугунами называют сплавы железа, которые содержат более 1,7% углерода. Стали — сплавы железа, содержащие менее 1,7% углерода.

Способы получения металлов Определение Какие металлы можно получать Основные реакции Пример
П ирометаллургия Металлургические процессы, происходящие при высокой температуре Чугун, сталь, медь, цинк, свинец, олово и т. д. Реакции восстанов­ления. Восстанови­тели: уголь, СО(П), Н2, СН4, активные металлы СиО + С = 2Си + СОТ
Гидрометаллургия Изачечение металлов из руд в виде их соединений водны­ми растворами различных реагентов с последующим выделением металлов из раствора Медь, золото, серебро, цинк, кадмий, молиб­ден, уран Реакции обмена, замещения ИТ.
д.
1.СиО + Н,504= СиБ04+ Н,0;

2. СиБО, + ^е = Си +РеБ04

Металлотермия Восстановление металла из его оксида с помощью другого металла Марганец, хром,титан, молибден, вольфрам Реакции восстанов­ления. Восстанови­тели: водород, алюминий, магний, кремний ТіС14 + 2Мя = =Ті + 2МдС1;
Электрометаллургия Охватывает все способы получения металлов с помо­щью электролиза Легкие метал­лы из оксидов или хлоридов Окислительно-

восстановительные

реакции

ЫР + Зё = N1"
Характеристика различных

способов промышленного получения металлов


Химизм процесса Отрасль метатлурпін Сырье Оборудование Получаемый продукт
1 стадия. Получение СО (восстановителя) и высокой температуры:

С + О, = СО, + Q СО, +"С = 2СО - Q

2 стадия. Постепенное восстановление железа: Fe,*303 -> Fc>zO ■ Fe,+,Os -> Fe°-0 -» Fe"

3 стадия. Науглероживание железа (получение сплава) и получение чугуна.

4 стадия. Шлакообразование (образование пустой породы, например,

СаО + SiO, = CaSiO.)

Производство чугуна Руда, кокс, флюсы, нагретый воздух (1400-1600°). природный газ Доменная печь, воздухонагре­ватели. газо­очистители, агломерагоры Чугун, шлак, колош­никовый газ
1 стадия. Получение окислителя: 2Fe + 02 = 2FeO + Q.

2 стадия. Удаление излишнего содержания компонентов:

2FeO + Si = SiO. + 2Fe + Q; FeO + Mn = MnO + Fe + Q; 5FcO + 2P = P205 + 5Fe + Q; FcO + C = CO + F e-Q.

3 стадия. Реокисление окислителя (восстанов­ление Fe из FeO):

FeO + Mn = MnO + Fe + Q

Переплавка чугуна в сталь Переплавлен-ный чугун: добавки — руда, флюсы, легирующие ме­таллы, кислород Кислородные Конверторы, электропла­вильные и мартеновские печи Сталь разных марок

Для получения чугуна используют руды, в состав которых входит ссра (магнетит, гематит, сидерит).

Выплавленный в домне чугун содержит не менее 90% железа, остальные 10% приходятся на примеси — серу, фосфор, кремний, мышьяк, марганец и другие.

Сталь является сплавом железа с углеродом, содержащем, кроме того, некоторые количества кремния, марганца, фосфора, серы. Обычно в стали допускается содержание сопутствующих элементов в строго ограниченных количествах. Например, Р < 0,05%, < 0,3%. Сталь в отличие от чугуна легко поддается ковке н прокатке. Для получения стали из чугуна используются следующие методы: бессемеровский, томасовский. мартеновский и электро­термический.

Щелочные металлы

Элементы главной подгруппы I группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Название объясняется тем, что при взаимодействии с водой этих металлов и их оксидов образуются растворимые основания — щелочи. К щелочным металлам относятся литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций. Это 5-элементы.

Элемент Номер Атомная масса Электронная конфигурация
Литий 3 6,941 ІЛЇ1
Натрий II 23.9898 І.Ї22Ї22//3.У'
Калий 19 39,0983 МЪЧрЬМЗрЧ^
Рубидий 37 85.4678 иЪЪр^-Зр'МЧхЧр^
Цезий 55 132,905 l.v22v-2//Зл•:3/JлЗ^/04л,-4/?A4^/^u5.s25^JA6.v,
Франций 87 1223]

Атомы щелочных металлов имеют на внешнем энергетическом уровне по одному электрону, который при химических реакциях легко теряют по схеме:

Ме - ё —» Ме+

Следовательно, щелочные металлы являются сильными восстановителя­ми. Они проявляют постоянную степень окисления, равную +1. Исключением являются водородные соединения щелочных металлов — гидриды (их формула —ЯН). В гидридах степень окисления щелочных металлов равна -1.

Радиусы атомов щелочных металлов возрастают от лития к францию; в этом же направлении возрастает и металлическая активность элементов. Это объясняется тем, что единственный электрон внешнего слоя у каждого после­дующего элемента находится все дальше от ядра, взаимодействие его с ядром ослабевает, а значит, растет способность к отдаче этого электрона.

В природе щелочные металлы вследствие очень легкой окисляемости встре­чаются исключительно в виде соединений.

Качественной реакцией на ионы щелочных металлов служит реакция на пламя: они окрашивают пламя-в различные цвета: литий — карминово-крас- ный, натрий — желтый, калий — фиолетовый, рубидий — синевато-красный, цезий — синий. ,

Свойства щелочных металлов

Физические свойства. Щелочные металлы обладают металлическим блеском, который можно наблюдать на свежем разрезе металла. На воздухе блестящая поверхность металла быстро тускнеет вследствие окисления. Щелочные металлы характеризуются незначительной твердостью, малой плотностью и низкими температурами плавления и кипения. Наименьшую плотность имеет литий, самую низкую температуру плавления — франций.

Химические свойства. Щелочные металлы обладают большой химической активностью, взаимодействуют почти со всеми неметаллами. Их высокая хими­ческая активность обусловлена в первую очередь низкими значениями энергии ионизации их атомов — легкостью отдачи ими валентных электронов. При этом энергия ионизации уменьшается при переходе отлития к цезию. Образуют основные оксиды состава R,0, причем их основность увеличивается от лития к францию. Состав гндроксидов выражается формулой ROH. Это растворимые основания — щелочи. Щелочные металлы хранят под слоем керосина, так как на воздухе они быстро окисляются. Рубидий и цезий самовоспламеняются на воздухе, литий, натрий и калий загораются при небольшом нагревании. Только литии, сгорая, образует оксид Li20. Остальные щелочные металлы превраща­ются в пероксидные соединения: Na,Or К,0,, Rb,0„ Cs,Or

1.Реагируют с неметаллами — галогенами, серой, кислородом, водородом:

а) 2Na +С1, 2NaCl: 2К + С12 -» 2KCI (хлориды);

б) 2Na + S"-» Na,S ; 2К + S K,S (сульфиды);

в) 2Na + О,-» Na„02; 2K + О, К,0, (перекиси);

г) 2Na + Н2 -> 2NaH ; 2К + Н,-> 2КН (гидриды).

2. Вытесняют водород из воды, спиртов, кислот:

а) 2Na + 2Н,0 2NaOH + Н2 Т; 2К + 2Н,0 2КОН + Н, Т;

б) 2С,Н5ОН + 2Na 2C,H.ONa + Н, Т; 2С2Н5ОН + 2К 2С,Н ,ОК + Н2 Т.

<< | >>
Источник: Копылова H.A.. Шпаргалка по химии / H.A. Копылова. — Изд. 2-е. — Рос­тов н/Д : Феникс,— 94 с. — (Библиотека школьника).. 2012

Еще по теме Металлы:

  1. 45. Физические свойства металлов
  2. 47. Металлы и сплавы в технике
  3. 49. Коррозия металлов
  4. 46. Химические свойства металлов
  5. 48. Основные способы получения металлов
  6. 50. Защита металлов от коррозии
  7. Металлы побочных подгрупп
  8. 8. Плавление металлов и строение расплавов
  9. Проба — показатель качества драгоценных металлов.
  10. Проблема 29. Отходы драгоценных металлов
  11. 17. Теплоемкость и теплопроводность металлов и сплавов
  12. 13. Упругая и пластическая деформация металлов
  13. Реализация лома и отходов цветных металлов
  14. 6.1. Реализация лома и отходов цветных металлов
  15. 4.1. Реализация лома и отходов цветных металлов