Общие свойства металлов. физические и химические свойства. получение металлов. взаимодействие металлов с кислотами

Физические свойства металлов. Отличия между металлами и неметаллами.

1. Все металлы, исключая ртуть, имеют твердое агрегатное состояние, тогда как неметаллы существуют как в твердом, так и в газообразном или жидком состоянии. Металлы имеют характерные физические свойства - хорошую электро- и теплопроводность, металлический блеск, ковкость. Некоторые металлы имеют магнитные свойства.

2. Атомы металлов на внешнем уровне имеют небольшое число электронов и слабее их удерживают, чем неметаллы. Нейтральные атомы металлов легко отдают электроны, превращаясь в катионы. Отрицательно заряженных ионов металлы не образуют. Неметаллы способны как присоединять, так и отдавать электроны.

3. Металлы в нейтральном состоянии проявляют только восстановительные свойства, тогда как неметаллы в нейтральном состоянии проявляют как окислительные, так и восстановительные свойства в зависимости от партнера по реакции.

4. Большинство металлов одинаково отражают свет всех длин волн и имеют серебристый цвет. Только медь и золото поглощают соответственно зеленый и голубой свет, поэтому медь окрашена в красный цвет, а золото в желтый. Неметаллы чаще окрашены в различные цвета, поскольку они способны избирательно поглощать световое излучение различной длины.

5. Металлы имеют хорошую тепло- и электропроводность, что объясняется наличием в металле свободных электронов. Наилучшим проводником является серебро и медь, наихудшим - ртуть. Неметаллы плохо проводят тепло и электричества, некоторые из них полупроводники.

6. Металлы имеют хорошую механическую деформируемость - пластичность, в основе которой лежит способность слоев металла смещаться относительно друг друга без разрушения, так как электронный газ перемещается вслед за ионами металлов. Смещение ионов в кристаллах неметаллов ведет к разрушению, так как при этом могут сближаться одноименно заряженные ионы, что вызывает отталкивание.

7. Плотность металлов колеблется в широких пределах. Металлы с плотностью менее 5 г/см3 называются легкими, а выше этой цифры - тяжелыми. Так, литий имеет плотность 0,53, алюминий -2,7, свинец - 11,3 золото - 19,3, осмий - 22,6 г/см3. Простые вещества неметаллов, как правило, имеют небольшую плотность.

8. Различают легкоплавкие металлы; ртуть (-38,9оС), цезий (29О С) и тугоплавкие: железо (1539ОС), хром (1903О С), вольфрам (3390ОС

9. В зависимости от магнитных свойств, различают диамагнитные металлы (выталкиваются магнитным полем - Cu, Au, Zn, Hg и др.), парамагнитные металлы, (втягиваются магнитным полем - Sc, Ti, V, Cr, Mn, W, Pt и др.), ферромагнитные металлы (после пребывания в магнитном поле способны намагничиваться Fe, Co, Ni).

Химические свойства металлов Атомы металлов имеют сравнительно большие размеры и слабо связанные с ядром внешние электроны. Поэтому металлы характеризуются низкой энергией ионизации и легко отдают электроны. Характерным химическим свойством металлов в нейтральном состоянии является восстановительная активность. В то же время ионы металлов могут присоединять электроны и проявляют окислительные свойства. По восстановительной способности металлы располагаются в ряд напряжений Бекетова, который в настоящее время известен как ряд стандартных электродных потенциалов. Li, Cs, K, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb ¦ H2 ¦ Sb, Bi, Cu, Ag, Hg, Os, Au

1. Чем левее в электрохимическом ряду находится металл, тем больше его восстановительные свойства, тем легче он окисляется. Чем правее находится металл, тем меньше его восстановительные свойства, тем труднее он окисляется.

2. Активные металлы вытесняют менее активные из водных растворов или расплавов их солей. В случае водных растворов надо принимать во внимание, что активные металлы (от Li до Zn) взаимодействуют с водой. CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu

3. Все металлы с отрицательным значением электродного потенциала окисляются ионами водорода, образующимися в результате диссоциации кислот-неокислителей (HCl, H2SO4разб, H2S, H2SO3, H3PO4, HCOOH, CH3COOH) и вытесняют водород из этих кислот. Некоторые металлы пассивируются кислотами из-за образования на их поверхности прочных пленок оксидов или солей. Так, Pb пассивируется разбавленной серной кислотой. á 2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2 áMg + 2HCl = MgCl2 + H2

4. Наиболее активные металлы (Li, Cs, Rb, K, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn) на холоду или при нагревании окисляются ионами водорода, которые H+ + OH-). Ониóпоявляются в результате диссоциации воды (H2O разлагают воду с выделением водорода. to á 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2 á2K + 2H2O = 2KOH + H2

5. Металлы, которые стоят между цинком и водородом (Cr, Fe, Ni, Sn, Pb) окисляются только кислотами, но не водой (в воде не хватает ионов водорода). áFe + 2HCl = FeCl2 + H2

6. Металлы, стоящие в электрохимическом ряду после водорода (Sb, Bi, Cu, Ag, Hg, Os, Au) ни водой, ни кислотами-неокислителями не окисляются.

7. Большинство металлов окисляются кислотами-окислителями (HNO3, HClO H2SO4конц,), исключая Au, Pt и металлы, которые пассивируются этими кислотами. Так, холодная H2SO4конц пассивирует железо и алюминий, а HNO3конц. - железо, алюминий, хром. + 2H2OáCu + 2H2SO4конц = CuSO4 + SO2

8. Амфотерные металлы - окисляются также щелочами. + 2Na[Al(OH)4]á2Al + 2NaOH + 6H2O = 3H2 + K2[Zn(OH)4];áZn + 2KOH + 2H20 = H2 + Na2[Sn(OH)4]áSn + 2NaOH + 2H2O = H2 9.Другие свойства металлов а)

Почти все металлы (кроме золота и платиновых металлов) образуют оксиды, а наиболее активные - не только оксиды, но и пероксиды. б) Активные металлы образуют ионные или ковалентные гидриды (типа NaH, Al2H6), менее активные - соединения включения (твердые растворы) в) Все металлы образуют соединения с фтором, хлором. г) Почти все металлы, кроме золота и платиновых металлов, образуют соединения с серой (сульфиды), фосфором (фосфиды), углеродом (карбиды), кремнием (силициды). Щелочные и щелочно-земельные металлы образуют соединения с азотом (нитриды). д) Активные металлы вытесняют менее активные металлы из оксидов. to to 3Fe3O4 + 8Al = 9Fe + 4Al2O3 TiO2 + 2Mg = 2MgO + Ti

Получение металлов В самородном виде встречаются лишь немногие металлы (золото, серебро, платина, ртуть, олово). Большинство металлов находятся в виде минералов (руд), из которых эти металлы необходимо извлечь. Руды с малым содержанием металлов, как правило, предварительно обогащают.

А) Пирометаллургия. В её основе лежит восстановление металлов из руд при высоких температурах (pyros - огонь) с помощью восстановителей. 1. Восстановлением углем (коксом) или монооксидом углерода. Применяют для получения чугуна и железа, хрома, цинка, меди и других металлов. to to 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 to to FeO + CO = Fe + CO2 FeO + C = Fe + CO to to CuO + C = 2Cu + CO Fe(CrO2)2 + 4CO = Fe + 2Cr + 4CO2 2. Восстановление водородом. Прямое получение стали из обогащенной железной руды, получение дорогих металлов из их оксидов. To to to CuO + H2 = Cu + H2O; ZnO + H2 = Zn + H2O; MoO3 + 3H2 = Mo + 3H2O 3. Восстановление с помощью алюминия (алюмотермия) и других активных металлов. 3Fe3O4 + 8Al = 9Fe + 4Al2O3 Сr2O3 + 2Al = 2Cr + Al2O3 to to TiO2 + 2Mg = 2MgO + Ti V2O5 + 5Ca = 2V + 5CaO Б) Гидрометаллургия. Базируется на переводе нерастворимых руд металлов в растворимые соединения. Так, нерастворимый оксид меди обрабатывают серной кислотой, а из сульфата меди получают чистую медь, вытесняя ее железом. CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu B) Электрометаллургия. Это получение металлов с помощью электролиза. Так получают алюминий, щелочные и щелочноземельные металлы, очищают металлы от примесей. Электролиз электролиз 2NaCl ---------> 2Na + Cl2 2Al2O3 ----------> 4Al + 3O2

Дата добавления: 2015-08-31