Тема 1.7. Металлы и неметаллы

Металлы – это химические элементы, атомы которых отдают электроны внешнего (некоторые – и предвнешнего) электронного слоя, превращаясь в положительные ионы – катионы.

Фрагмент ряда активности металлов:

Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Co Sn Pb H Cu Hg Ag Au.

Металлы, стоящие в ряду активности до водорода, вытесняют его из растворов многих кислот, а все следующие за ним - не вытесняют. Исключение составляют концентрированная серная и азотная кислоты, которые реагируют с большинством металлов, но водорода при этом никогда не выделяется.

В металлургии железо и его сплавы выделяют в одну группу под названием черные металлы, а все остальные металлы имеют техническое название - цветные.

Сталь – это сплав на основе железа, содержащий менее 2 % углерода. По химическому составу стали разделяют на углеродистую и легированную.

Чугун – это сплав на основе железа, содержащий от 2 до 4,5 % углерода, а также марганец, кремний, фосфор и серу.

Металлы легко отдают валентные электроны, т.е. обладают восстановительными свойствами. Восстановительная способность – мера химической активности металлов.

Химические свойства металлов:

Металлы реагируют с простыми веществами.

1) С галогенами (элементы VII группы).

Пример: 2Na+J₂ ® 2NaJ – йодид натрия.

2) С элементами VI группы.

Пример: 2Mg+O₂ ® 2MgO – оксид магния;

Ca+S ® CaS – сульфид кальция.

3) С элементами V группы.

Пример: 3Ca+2P ® - фосфид кальция;

3Ca+N₂ ® 3 - нитрид кальция.

4) С элементами IV группы.

Пример: Са+2С ® СаС₂ – карбид кальция.

5) Щелочные и щелочно-земельные металлы реагируют с водородом.

Пример: 2Na+H₂ 2NaH – гидрид натрия.

Металлы реагируют со сложными веществами.

1) Металлы вытесняют водород из разбавленных кислот (кроме HNO₃):

Ba+2HCl ® BaCl₂ + H₂­;

разб.

Fe + H₂SO₄ ® FeSO₄ + H₂­;

разб.

Cu+HCl ®

2) С водой (с образованием гидроксидов и оксидов):

2Na+2H₂O ® 2NaOH+H₂­ (при обычной температуре только щелочные и щелочно-земельные металлы);

Zn+H₂O ZnO+ H₂­.

3) С растворами солей:

Fe+CuSO₄ ® FeSО₄+Cu¯;

Zn+Pb(NO₃)₂ ® Pb¯+Zn(NO₃)₂.

Неметаллы – это химические элементы для атомов, которых характерна способность принимать электроны до завершения внешнего энергетического уровня, так как на внешнем электронном слое от 4 до 8 ē, малый радиус атомов в сравнении с атомами металлов. Всего известно 22 неметалла (в том числе инертные газы).

Исключение: элементы 8 группы главной группы – инертные газы. Они относятся к неметаллам только по физическим свойствам. Их инертность относительна: , . Неметаллы обладают высокими значениями электроотрицательности (ЭО). Положение неметаллов в Периодической системе химических элементов (ПСХЭ) можно изобразить следующим образом:

1 2 3 4 5 6 7 8 группа

1 Н Не

2 В С N O F Ne

3 Si P S Cl Ar

4 As Se Br Kr

5 Te J Xe

6 At Rn

Все неметаллы являются p-элементами, кроме водорода и гелия. Н, Не – S-элементы. Неметаллы – это химические элементы, которые образуют в свободном состоянии простые вещества, не обладающие физическими и химическими свойствам металлов.

В кристаллической решетке неметаллов, как правило, нет свободных электронов. В связи с этим твердые вещества - неметаллы в отличие от металлов плохо проводят тепло и электричество, не обладают пластичностью. Они имеют атомное и молекулярное строение, представленное схемой:

Неметаллы (простые вещества)

с немолекулярным строением с молекулярным строением

(атомным)

С, В, Si, P, Se Cl₂, F₂, О₂, H₂, N₂ – газы

Br₂ – жидкость

J₂, P₄, S₈ – тв. вещества

атомная кристаллическая молекулярная кристаллическая

решетка (в узлах решетки - атомы) решетка (в узлах - молекулы)

Физические свойства

твердые вещества, низкие температуры плавления,

высокие температуры высокая летучесть

плавления

Цвет неметаллов разнообразен: Р_ам – красный, O₂ – голубой, В_ам­ – коричневый, Si – серый, Cl₂ (г) – желто-зеленый, Br₂ (ж) – бурый, J₂ (т) – фиолетовый, S₈ – желтый.

Ряд электроотрицательности неметаллов изображают следующим образом: H, Si, As, P, Se, C, S, I, Br, Cl, N, O, F.

Химические свойства неметаллов:

1) Взаимодействие неметаллов с простыми веществами:

-2e +2e

1) S + Cl₂ ® 1) S⁰ + H₂ ®

с галогенами с водородом

-4e +2e

2) S + O₂ ® 2) S⁰ + Ca⁰ ®

с кислородом с Ме

Неметаллы могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.

2) Взаимодействие со сложными веществами:

а) Cl₂ + CO ® COCl_2,

б) C + 2CuO ® CO₂­ + 2Cu¯,

в) Cl₂ + 2NaJ ® 2NaCl + J_2,

г) 2F₂ + 2H₂O ® 2HF + O_2,

д) 4NH₃ + 5O₂ ® 4NO + 6H₂O.

Окислительные свойства неметаллов проявляются при взаимодействии с металлами. Например: 4Al + 3C = Al4C3.

Неметаллы играют роль окислителя при взаимодействии с водородом. Например: H2 + F2 = 2HF.

Окислительные свойства проявляются в реакциях с некоторыми сложными веществами CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O.

Многие неметаллы выступают в роли восстановителей в реакциях со сложными веществами-окислителями.

Пример: S + 6HNO3 = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O.

Наиболее сильные восстановительные свойства имеют углерод и водород: ZnO + C = Zn + CO.

Задания для самоконтроля:

Задание № 1. Напишите уравнение реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

а) MnO₂→MnCl₂→Mn→MnSO₄→Mn(OH)_{2 ,}

б) Cu(OH)₂→CuO→Cu(NO₃)₂→CuS,

↓

Cu(OH)₂

в) Ni→NiSO₄→Ni(NO₃)₂→Ni(OH)_{2 ,}

↓

Ni

Задание № 2.Составьте уравнение ОВР с участием галогенов:

а) ____ + Br₂ → PBr₃,

б) Al + J₂ → ____,

в) H₂ + Br₂ → ____,

г) NaJ + Br₂ → ____,

д) MgBr₂ + Cl₂ → ____.

Укажите окислитель и восстановитель в химической реакции.

Задание № 3.Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить цепь следующих превращений:

а) N₂ → NH₃ → NO → NO₂ → HNO₃ → NaNO_{3 ,}

б) P → P₂O₅ → H₃PO₄ → Na₃PO₄ → Ca₃(PO₄)_{2 ,}

в) С → CO → CO₂ → K₂CO₃ → CaCO₃ → CO_{2 ,}

г) Si → SiO₂ → Na₂SiO₃ →H₂SiO_{3 .}

↓

Si → Mg₂Si