Общая характеристика металлов, физические и химические свойства, металлическая связь.
Наряду с современной классификацией химических элементов существует историческое, традиционное их разделение на металлы (Me) и неметаллы.
Если провести диагональ от элемента бора (порядковый номер 5) до элемента астата (At) (порядковый номер 85), то слева от этой диагонали в ПС все элементы являются металлами, а с права от нее элементы главных подгрупп являются неметаллами. Элементы побочных подгрупп являются металлами. Элементы, расположенные вблизи диагонали (алюминий, титан, германий, сурьма, теллур, мышьяк) обладают двойственными свойствами: В некоторых своих соединениях ведут себя как металлы; в некоторых проявляют свойства неметаллов.
Первая, вторая, третья группы целиком состоят из металлов (кроме водорода и бора), а также побочные подгруппы остальных групп заняты металлами. Руководствуясь делением элементов на семейства можно сказать, что к элементам металлам относятся все S-элементы (кроме Н и Не) ; d- элементы (все элементы побочных подгрупп) и f-элементы (лантаноиды и актиноиды) ЯВЛЯЮТСЯ МЕТАЛЛАМИ.
Среди р-элементов есть Me и неМе, число элементов увеличивается с увеличением номера периода. Металлами являются наиболее тяжелые элементы.
Как видно, наиболее типичные элементы металлы расположены в начале периодов (начиная со второго).Т.О. из 107 элементов -85 являются металлами.
Особенности строения атомов металлов
Особенностью строения атомов металлов является небольшое число электронов на внешнем электронном слое, как правило, не превышающее трех. Они наиболее химически активны, т.е. атомы металлов легко отдают электроны и являются хорошими восстановителями. Лучшие восстановители - металлы главных подгрупп. В соединениях металлы всегда проявляют положительную степень окисления, обычно от+1 до +4.
В соединениях с неметаллами типичные металлы образуют химическую связь ионного характера. В виде простого вещества атомы металлов связаны между собой МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СВЯЗЬЮ.
ВОПРОС: Давайте вспомним виды химической связи.
Дайте определение металлической связи?
(элементы атомы которых легко теряют электроны, образуют металлическую связь) Сущность ее в том, что от атомов металлов постоянно отрываются электроны, которые перемещаются по всей массе куска металла.
Атомы металла, лишенные электронов, превращаются в положительные ионы, которые снова притягивают к себе свободно движущиеся электроны. Одновременно другие атомы металла отдают электроны. Т.о., внутри куска металла постоянно циркулирует так называемый « электронный газ», который прочно связывает между собой все атомы металла.
Такой особый тип химической связи между атомами металлов обуславливает как физические, так и химические свойства металлов.
Физические свойства металлов.
- все Me твердые вещества (исключение ртуть)
-характерен металлический блеск и непрозрачность
-все металлы проводники теплоты и электрического тока
-все металлы обладают пластичностью, упругостью, прочностью,
- способны под давлением изменять свою форму, не разрушаясь
В технике металлы принято делить на следующие группы:
- по цвету:
1. Черные металлы - железо и сплавы
2. Цветные металлы - медь, цинк, никель
3. Благородные металлы - золото, платина.
- по плотности:
1. легкие
2. тяжелые
- по температуре плавления:
1. легкоплавкие
2.тугоплавкие
Химические свойства Me
Атомы Me более или менее легко отдают электроны, т.е. окисляются Вопрос: Давайте вспомним, что является окислителем, восстановителем?
Общим присущим исключительно металлам химическим свойством является способность только отдавать электроны, превращаясь в свободные, положительно заряженные ионы по схеме:
Ме°- пе Ме,п+ »
Металл ион металла
Металлы характеризуются небольшими величинами энергии ионизации, поэтому Me во всех химических реакциях являются ВОССТАНОВИТЕЛЯМИ, и в соединениях имеют только положительные степени окисления. Восстановительная активность различных Me не одинакова.
В периодах слева направо восстановительная активность Me уменьшается; в главных подгруппах сверху вниз - увеличивается.
Восстановительная активность металлов в хим. реакциях, которые протекают в водных растворах различных веществ, характеризуется положением Me в электрохимическом ряду напряжений металлов.
Li -К - Ва - Sr- Ca-Na-Mg-AI-Mn- Zn-Cr-Fe-Cd- Co-Ni-Sn- Pb- Fe-H-Cu-Hg-Ad-Pt-Au
I_____ Усиление восстановительной способности_____ |
Li +-K+ - Ba2+- Sr- Ca-Na-Mg-AI-Mn- Zn-Cr-Fe-Cd- Co-Ni-Sn- Pb- Fe-H-Cu-Hg-Ad-Pt-Au
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ►
Усиление окислительной способности
Металлы в ряду напряжений расположены по убыванию (ослаблению) их восстановительной способности в растворах или по возрастанию (усилению) окислительной способности их ионов в растворах
Если левее расположен металл в этом ряду, тем большими восстановительными свойствами он обладает, т.е. легче окисляется и переходит в виде катиона в раствор ,но зато труднее восстанавливается из катиона в свободное состояние. Металлический литий -самый сильный восстановитель, а золото - самый слабый.
Ион золота Аи3+ - самый сильный окислитель, ион Li+ - самый слабый
Вопрос: Какой металл - магний или марганец более сильный восстановитель.
На основании ряда напряжений можно сделать некоторые важные заключения о химической активности металлов:
1. Каждый металл вытесняет из солей другие металлы, имеющие большие значения стандартных электродных потенциалов,т.е. являющихся менее сильными восстановителями.
2. Металлы, имеющие стандартный электродный потенциал меньше нуля(т.е. потенциала стандартного водородного электрода), способны вытеснять водород из кислот.
3. Металлы, имеющие очень низкие значения стандартных электродных потенциалов,т.е. являющиеся сильными восстановителями (от лития до натия), в любых водных растворах взаимодействуют прежде всего с водой.
Металлы являются восстановителями и вступают в химические реакции с различными окислителями.
1. Взаимодействие с простыми веществами - неметаллами :
A. с галогенами -образуют соли галогениды
Mg + CI2 = MgCI2 - хлорид магния
Б. с кислородом - образуют оксиды 4Na + 02 = 2Na20
B. С серой - сульфиды
Fe + S = FeS
Г. с водородом - гидриды
Са + Н2 = СаН2
Д. с углеродом - карбиды
Са + 2С = СаС2 карбид кальция
2. Взаимодействие со сложными веществами.
A. Металлы, находящиеся в начале ряда напряжений (от лития до натрия) при
обычных условиях вытесняют водород из воды и образуют щелочи
2Na + 2Н20 = 2NaOH + Н2↑
Б. Металлы, расположенные в ряду напряжений до водорода, взаимодействуют с разбавленными кислотами (соляной кислотой, серной и др.) в результате чего образуются соли и выделяется водород.
2AI + 6HCI = 2А1С13 + 3Н2
B. Металлы взаимодействуют с растворами солей менее активных металлов,
в результате чего образуется соль более активного металла, а менее
активный металл выделяется в свободном виде
Fe + CuS04 = FeS04 + Cu
Следует обратить внимание на то что, что взаимодействие металлов с кислотами - окислителями (концентрированная серная кислота, концентрированная и разбавленная азотная кислота) при взаимодействии с металлами водород не выделяют Азотная кислота окисляет не только металлы, стоящие до водорода, но и медь, серебро, ртуть.
Ag + 2HN03 ( конц ) = AgN03 + N02 + H20
Сu + 2H2S04 ( конц ) = CuS04 + S02 + 2H2O
Малоактивные металлы, например медь, ртуть при взаимодействии с концентрированной азотной кислотой реагируют по схеме:
Me + 4HNО3 — Me(NO3)2,+ 2H2O+ (2NO2)
С разбавленной азотной кислотой по схеме :
3Ме + 8HNO3 —3 Ме(NO3)2+ 4H2О + 2NO (2NO)