5.2.2. Фізичні та хімічні властивості металів

Фізичні властивості металів. Метали мають особ­ливий, металевий, блиск, здатні проводити електричний струм. Ці властивості спричине­ні наявністю в них усуспільнених електронів, які також зумовлюють високу теплопровід­ність металів.

Більшість металів є пластичними; їх можна кувати, витягувати з них дріт. При механічному обробленні металу шари катіонів зсуваються один щодо одного. Проте металічний зв'язок при цьому не руйнується, оскільки його забезпечують делокалізовані електрони, що є своєрідним «мастилом» між катіонами.

Температури плавлення більшості металів перевищують 1000 °С. Метали, які плавляться за нижчої температури (наприклад, свинець, олово, цинк, алюміній), називають легкоплавкими. Найтугоплавкіший метал — вольфрам (т. пл. 3420 °С). Найнижчу темпера­туру плавлення має ртуть ( – 38,9 °С).

Значення густини металів перебувають у широкому інтервалі — від 0,534 (літій) до 22,5 г/см³ (осмій).

Метали різняться й за твердістю. Найтвер­дішим є хром; ним можна різати скло. Найм'якші метали — натрій, калій, свинець.

Колір металів звичайно білий або сірий. Золото і цезій мають жовтий колір, а мідь — червоний.

Залізо, кобальт і нікель є феромагне­тиками — речовинами, які здатні намагнічуватися в зовнішньому магнітному полі і зберігати такий стан.

Хімічні властивості металів. Реакції з неметалами. Атоми металічних елементів у хімічних реакціях завжди віддають електрони. Тому метали, взаємодіючи з різними рочонинами, є відновниками.

Активні метали реагують із багатьма неметалами за звичайних умон, а менш активні – за підвищеної температури. Інколи нагрівання потрібне лише для того, щоб реакція розпочалася, а далі вона триває мимовільно із виділенням теплоти. Золото взаємодіє лише з галогенами й не реагує з киснем та іншими неметалами.

Приклад реакції металу із неметалом за наявності каталізатора — води:

Н₂О

Zn + I₂ = ZnІ₂.

Реакції з водою. За звичайних умов з модою взаємодіють лужні та лужноземельні метали. Продуктами кожної реакції є луг і водень. Аналогічна реакція за участю магнію відбувається при нагріванні.

Напишіть рівняння реакції барію з водою, складіть схеми окиснення і відновлення.

Деякі менш активні метали взаємодіють лише з водяною парою за високої температури.

Продукти цих реакцій — оксиди металічних елементів і водень:

tº

Мn + Н₂О = МnО + Н₂↑.

Реакції з кислотами. Для прогнозування можливості реакції між металом і кислотою (а також сіллю) використовують ряд активності металів:

Посилення відновних властивостей (хімічної активності) металів

Метали, розміщені зліва від водню, взаємодіють із такими кислотами, як хлоридна НСl, ортофосфатна Н₃РО₄, сульфатна Н₂SО₄ (у розбавленому розчині), з виділенням водню, а розміщені справа не реагують із ними:

Ni + Н₂SО₄ (розб.) = NiSО₄ + Н₂↑;

Сu + НСl ≠ .

Окисником у реакціях металів із цими кислотами є Гідроген.

Під час реакцій металів із нітратною і концентрованою сульфатною кислотами водень не виділяється, а утворюються інші речовини. Елементами-окисниками в цих кислотах є Нітроген і Сульфур:

Mn + HNO₃ (сильно розб.) → Mn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + H₂О.

Нітратна і концентрована сульфатна кислоти взаємодіють навіть із металами, розміщеними в ряду активності після водню (крім золота і платини):

tº

Нg + H₂SO₄ (конц.) → HgSO₄ + SO₂↑ + Н₂О.

Перетворіть схеми двох останніх реакцій на хімічні рівняння, дібравши коефіцієнти методом електронного балансу.

Реакції з лугами. Із лугами взаємодіють цинк, алюміній, олово, свинець, берилій, кілька інших металів. Така реакція можлива за одночасного виконання двох умов: 1) метал перебуває в ряду активності зліва від водню; 2) оксид (гідроксид) відповідного металічного елемента є амфотерним. Продукти реакції — сіль і водень:

Zn + 2KОH = K₂ZnО₂ + Н₂↑.

калій цинкат

Якщо взаємодія відбувається у водному роз­чині, то утворюється сіль іншого складу:

Zn + 2КОН + 2Н₂О = K₂[Zn(OH)₄] + H₂↑.

калій тетрагідроксоцинкат

Скласти формулу сполуки K₂[Zn(OH)₄] можна, замінюючи у формулі цинкату K₂ZnО₂ кожний атом Оксигену (двовалентний) на дві ОН-групи (одновалентні). Така сіль у водному розчині дисоціює на йони К⁺ і [Zn(OH)₄]^2-.

Рівняння цієї реакції у йонно-молекулярній формі:

Zn + 2OH¯ + 2Н₂О = [Zn(OH)₄]^2- + H₂↑.

Реакції з розчинами солей. Метали взаємодіють із солями у водному розчи­ні з утворенням інших металів і солей:

Zn + (CH₃COO)₂Pb = Pb + (CH₃COO)₂Zn;

Zn + Pb²⁺ = Pb + Zn²⁺.

Такі реакції відбуваються, якщо метал-реагент активніший за метал-продукт, тобто розміщений у ряду активності зліва від нього. Крім того, вихідна сіль має бути розчинною у воді, оскільки беруть її розчин.

Іноді в результаті взаємодії металу із сіллю утворюються дві нові солі:

Сu + 2FеСl₃ = СuСl₂ + 2FеСl₂.

Цей про­цес спрощено описують такою схемою:

Fе + О₂ + Н₂О → Fе(ОН)₃.