- •О.Б.Чалова, а.М. Сыркнн Химические свойства металлов
- •Рецензенты
- •Введение
- •1. Деление элементов на металлы и неметаллы.
- •1.1. Периодические свойства атомов и ионов
- •1.2. Деление элементов на металлы и неметаллы.
- •1.3. Классификация простых веществ по составу
- •Неметалл
- •2. Металлическая химическая связь. Металлические структуры
- •2.1. Упрощенная модель металлической химической связи
- •2.2. Резонанс ковалентных связей в металлах.
- •2.3. Зонная теория проводимости. Зонные структуры в металлах
- •2.4. Металлические структуры
- •2.5. Поликристаллическая структура металлов
- •2.6. Сплавы и интерметаллические соединения металлов
- •2.6.2. Интерметаллические соединения.
- •3. Физические свойства металлов
- •3.2. Поляризуемость.
- •3.3. Температура плавления, температура кипения металлов.
- •3.4. Электропроводность.
- •3.5. Теплопроводность.
- •3.6. Магнитные свойства.
- •3.7. Механические свойства.
- •3.8. Сверхпроводимость.
- •3.9. Контактные потенциалы
- •3.10. Работа выхода электрона.
- •4. Химические свойства металлов
- •4.1. Общие тенденции изменения химической активности металлов.
- •4.2. Взаимодействие металлов с неметаллами
- •4.2.1. Общие тенденции изменения окислительной способности неметаллов
- •4.2.2. Взаимодействие металлов с галогенами
- •4.2.3. Взаимодействие металлов с кислородом
- •4.2.4. Взаимодействие металлов с халькогенами
- •4.2.5. Взаимодействие металлов с азотом и фосфором
- •4.2.6. Взаимодействие металлов с углеродом, кремнием, водородом
- •5. Взаимодействие металлов с водными растворами окислителей
- •5.1. Ряд стандартных окислительно-восстановительных потенциалов металлов
- •5.2. Взаимодействие металлов с водой
- •5.3. Взаимодействие металлов с водными растворами щелочей
- •5.4. Взаимодействие металлов с растворами кислот, окисляющими
- •5.5. Взаимодействие металлов с концентрированной серной кислотой
- •5.6. Взаимодействие металлов с азотной кислотой
- •5.7. Взаимодействие металлов с «царской водкой» и другими смесями
- •5.8. Взаимодействие металлов с растворами солей
- •5.8.1. Окисление катионом неактивного металла в растворах солей.
- •5.8.2. Окисление металлов в растворах солей, подвергающихся гидролизу по катиону
- •5.8.3. Окисление металлов в растворах солей, подвергающихся гидролизу по аниону
- •5.8.4. Окисление металла растворенным кислородом.
- •5.8.5. Окисление металла в растворах, содержащих анионы – лиганды.
- •5.8.6. Взаимодействие металлов с растворами аммиака
- •6. Экспериментальная часть
- •6.1. Общие рекомендации для подготовки к лабораторным занятиям
- •Лабораторная работа №_____ Тема:________________________________________________
- •6.2. Основные правила безопасной работы в химической лаборатории
- •Библиографический список
- •Содержание
- •Учебное издание
- •Химические свойства металлов Редактор л.А.Маркешина
- •Тираж 600 экз. Заказ .
- •450062, Республика Башкортостан, г.Уфа, ул. Космонавтов, 1
3.5. Теплопроводность.
Другой столь же характерной для металлов чертой является высокая теплопроводность (таблица 5, приложение). Коэффициент λ для металлов, как правило, составляет 101— 103 Вт/м К. Более низкие значения имеют Mn, Bi и часть редкоземельных элементов.
Свободные электроны металла, находящиеся в постоянном движении, сталкиваются с колеблющимися атомами в узлах кристаллической решетки и обмениваются с ними энергией. Усилившиеся при нагревании металла колебания атомов незамедлительно передаются с помощью электронов соседним и удаленным атомам. В результате происходит быстрое выравнивание температуры по всей массе металла. Это и обеспечивает высокую теплопроводность металлов. Высокая теплопроводность металлов, по сути, определяется теми же факторами, что и электропроводность. Поэтому она в ряду металлов изменяется противоположным образом изменению удельного электрического сопротивления и также сильно зависит от степени очистки металла от примесей. Между теплопроводностью и электропроводностью наблюдается параллелизм. Особенно это заметно у металлов подгруппы IБ, алюминия и других, характеризующихся высоким значением λ. С другой стороны, если продолжить сопоставление с электропроводностью, то необычайно высокое значение λ показывают такие простые вещества, как алмаз, кремний, бериллий, а также бор, являющиеся плохими проводниками. Передача тепла в них происходит за счет колебаний решетки, построенной из атомов с локализованными электронами.
3.6. Магнитные свойства.
По отношению к магнитному полю все металлы делятся на три группы: диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные. К диамагнитным веществам, обладающим отрицательной восприимчивостью к магнитному полю и оказывающим сопротивление его силовым линиям, относятся металлы IБ (Cu, Ag, Au), II группы (Be, Zn, Cd, Hg), IIIА (Ga, In, Tl) и IVА группы (Ge, Sn, Pb) периодической системы.
Щелочные, щелочноземельные металлы, а также большинство d - металлов хорошо проводят силовые линии магнитного поля, обладают положительной магнитной восприимчивостью. Они являются парамагнитными веществами и намагничиваются параллельно силовым линиям внешнего магнитного поля.
Очень высокой магнитной восприимчивостью обладают Fe, Co, Ni, Gd, Dy. Они являются ферромагнетиками. Ферромагнетики характеризуются температурой, выше которой ферромагнитные свойства металла переходят в парамагнитные. Эта температура называется температурой Кюри. Для железа, кобальта и никеля температура Кюри составляет 768, 1075 и 362°С, соответственно.
В таблице 5 (приложение) приведены величины магнитной восприимчивости (χg) для простых веществ. Все соответствующие неметаллическим элементам простые вещества диамагнитны; исключение составляет кислород. Металлы в большинстве своем парамагнитны, а те, которые диамагнитны, принадлежат к подгруппам IБ — IIБ, IIIA (кроме Аl), IVA. На молекулярном уровне наличие неспаренных электронов обусловливает парамагнетизм, а их отсутствие — диамагнетизм, величина которого не зависит от температуры, тогда как магнитная восприимчивость парамагнитных веществ с увеличением температуры уменьшается. Однако у металлов трудно разграничить свойства, связанные с поведением отдельных атомов, и свойства, присущие совокупности атомов, вот почему простой моделью объяснить магнетизм не удается.
Если рассмотреть температурную зависимость магнитной восприимчивости металлов, то можно выделить следующие группы:
- металлы, которые почти не изменяют магнитных свойств при нагревании до 1100 °С (Mo, W, Os);
- металлы, магнитная восприимчивость которых изменяется в соответствии с законом Кюри — Вейсса и даже при температуре плавления не обнаруживается скачкообразных изменений магнитных свойств (К, Mg, Zn, In, Se);
- металлы, которые при температуре плавления в слабой степени проявляют такие нарушения свойств (Na, Cd, A1);
- металлы, которые показывают аномальные изменения магнитных свойств (Ag, Аu, Tl, Sn, Pb, Sb, Bi, Те), и, наконец,
- металлы, магнитные свойства которых изменяются (Zn, Tl) в точках перехода.
- металлы, магнитные свойства которых не изменяются (Ti, Sn) в точках перехода.
Как показывает это перечисление, выявить простую зависимость этих свойств от положения элемента в периодической системе представляет весьма трудную задачу.