Металлы – активные восстановители с положительной степенью окисления. Благодаря химическим свойствам металлы широко используются в промышленности, металлургии, медицине, строительстве.
Активность металлов
В реакциях атомы металлов отдают валентные электроны и окисляются. Чем больше энергетических уровней и меньше электронов имеет атом металла, тем легче ему отдавать электроны и вступать в реакции. Поэтому металлические свойства увеличиваются сверху вниз и справа налево в таблице Менделеева.
Рис. 1. Изменение металлических свойств в таблице Менделеева.
Активность простых веществ показана в электрохимическом ряду напряжений металлов. Слева от водорода находятся активные металлы (активность увеличивается к левому краю), справа – неактивные.
Наибольшую активность проявляют щелочные металлы, находящиеся в I группе периодической таблицы и стоящие левее водорода в электрохимическом ряду напряжений. Они вступают в реакцию со многими веществами уже при комнатной температуре. За ними идут щелочноземельные металлы, входящие во II группу. Они реагируют с большинством веществ при нагревании. Металлы, находящиеся в электрохимическом ряду от алюминия до водорода (средней активности) требуют дополнительных условий для вступления в реакции.
Рис. 2. Электрохимический ряд напряжений металлов.
Некоторые металлы проявляют амфотерные свойства или двойственность. Металлы, их оксиды и гидроксиды реагируют с кислотами и основаниями. Большинство металлов реагирует только с некоторыми кислотами, замещая водород и образуя соль. Наиболее ярко выраженные двойственные свойства проявляют:
- алюминий;
- свинец;
- цинк;
- железо;
- медь;
- бериллий;
- хром.
Каждый металл способен вытеснять стоящий правее него в электрохимическом ряду другой металл из солей. Металлы, находящиеся слева от водорода, вытесняют его из разбавленных кислот.
Свойства
Особенности взаимодействия металлов с разными веществами представлены в таблице химических свойств металлов.
|
Реакция |
Особенности |
Уравнение |
|
С кислородом |
Большинство металлов образует оксидные плёнки. Щелочные металлы самовоспламеняются в присутствии кислорода. При этом натрий образует пероксид (Na2O2), остальные металлы I группы – надпероксиды (RO2). При нагревании щелочноземельные металлы самовоспламеняются, металлы средней активности – окисляются. Во взаимодействие с кислородом не вступают золото и платина |
– 4Li + O2 → 2Li2O; – 2Na + O2 → Na2O2; – K + O2 → KO2; – 4Al + 3O2 → 2Al2O3; – 2Cu + O2 → 2CuO |
|
С водородом |
При комнатной температуре реагируют щелочные, при нагревании – щелочноземельные. Бериллий не вступает в реакцию. Магнию дополнительно необходимо высокое давление |
– Sr + H2 → SrH2; – 2Na + H2 → 2NaH; – Mg + H2 → MgH2 |
|
С азотом |
Только активные металлы. Литий вступает в реакцию при комнатной температуре. Остальные металлы – при нагревании |
– 6Li + N2 → 2Li3N; – 3Ca + N2 → Ca3N2 |
|
С углеродом |
Литий и натрий, остальные – при нагревании |
– 4Al + 3C → Al3C4; – 2Li+2C → Li2C2 |
|
С серой |
Не взаимодействуют золото и платина |
– 2K + S → K2S; – Fe + S → FeS; – Zn + S → ZnS |
|
С фосфором |
При нагревании |
3Ca + 2P → Ca3P2 |
|
С галогенами |
Не реагируют только малоактивные металлы, медь – при нагревании |
Cu + Cl2 → CuCl2 |
|
С водой |
Щелочные и некоторые щелочноземельные металлы. При нагревании, в условиях кислой или щелочной среды реагируют металлы средней активности |
– 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑; – Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2; – Pb + H2O → PbO + H2↑ |
|
С кислотами |
Металлы слева от водорода. Медь растворяется в концентрированных кислотах |
– Zn + 2HCl → ZnCl2 + 2H2↑; – Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑; – Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2↑ +2H2O |
|
Со щелочами |
Только амфотерные металлы |
2Al + 2KOH + 6H2O → 2K[Al(OH)4] + 3H2↑ |
|
С солями |
Активные замещают менее активные металлы |
3Na + AlCl3 → 3NaCl + Al |
Металлы взаимодействуют между собой и образуют интерметаллические соединения – 3Cu + Au → Cu3Au, 2Na + Sb → Na2Sb.
Применение
Общие химические свойства металлов используются для создания сплавов, моющих средств, применяются в каталитических реакциях. Металлы присутствуют в аккумуляторах, электронике, в несущих конструкциях.
Основные отрасли применения указаны в таблице.
|
Отрасль |
Производство |
Металлы |
|
Химическая промышленность |
Катализаторы, соли, щёлочи |
Pt, Fe, Ni, K |
|
Пищевая промышленность |
Поваренная соль (NaCl), сода (Na2CO3, NaHCO3) |
Na, Ca, Ag |
|
Металлургия |
Сплавы, покрытия, детали разной формы, проволока, облицовка, строительные материалы и инструменты |
Fe, Cr, Ni, W, Mo |
|
Приборостроение |
Микросхемы, фотоэлементы, датчики |
Cs, Co, Ni, Cu |
|
Ювелирная промышленность |
Украшения |
Au, Pt, Ag |
|
Медицина |
Протезы |
Ti, Ni, Au |
Рис. 3. Висмут.
Что мы узнали?
Из урока 9 класса химии узнали об основных химических свойствах металлов. Возможность взаимодействовать с простыми и сложными веществами определяет активность металлов. Чем активнее металл, тем легче он вступает в реакцию при обычных условиях. Активные металлы реагируют с галогенами, неметаллами, водой, кислотами, солями. Амфотерные металлы взаимодействуют со щелочами. Малоактивные металлы не реагируют с водой, галогенами, большинством неметаллов. Кратко рассмотрели отрасли применения. Металлы используются в медицине, промышленности, металлургии, электронике.
Предыдущая
