Горіння металів

На здатність металу до горіння впливають властивості як самих металів, так і властивості їх оксидів. Особливо великий вплив мають такі фактори: активність металу, захисні властивості оксидної плівки, що утворюється на поверхні металу, температура плавлення та кипіння металу та оксиду металу. За характером горіння розрізняють леткі та нелеткі метали.

Горіння летких металів (Li, Na, K, Mg, Ca). Леткі метали – це метали, які під час горіння нагріваються вище температури кипіння, тобто метали з низькими температурами кипіння. У більшості випадків температура плавлення оксидів таких металів вища, ніж температура кипіння оксиду. В такому випадку на поверхні рідкого металу знаходиться тверда оксидна плівка. Пари металу проходять крізь оксидну плівку і в повітрі реагують з киснем. Зона горіння встановлюється поблизу поверхні металу. Більша частина тепла передається металу, і він починає кипіти. Кипіння викликає руйнування твердої оксидної плівки. Інтенсивність горіння збільшується. Поступово температура горіння збільшується і починає випаровуватися оксид, що знаходиться на поверхні металу. Це, в свою чергу, призводить до ще більшого зростання інтенсивності горіння. Пари оксиду, що виходять з зони горіння, – конденсуються та утворюють маленькі частки – дим. Утворення щільного білого диму є ознакою горіння летких металів.

Горіння нелетких металів (Ti, Be). Нелеткі метали – це такі метали, температура кипіння яких перевищує температуру плавлення оксидів, що утворюються на поверхні металу. При горінні таких металів їх оксиди знаходяться на поверхні металу в рідкому стані. Тиск пари над такими металами невеликий. Тому великі частки таких металів не горять. Але нелеткі метали горять у порошкоподібному стані, у вигляді тонкої стружки або аерозолю. Вони горять без утворення щільного білого диму.

Деякі метали можуть самозайматися за звичайних умов. В компактному стані самозаймаються рубідій і цезій. У подрібненому стані можуть займатися не тількі ативні метали (лужні та лужно-земельні), але і метали середьої активності (цинкова, магнієва, алюмінієва та залізна пудра). Метали, здатні самозайматися при контакті з киснем повітря за звичайних умов, називають пірофорними.

Приклад 40.

Який об'єм газу (н.у.) вилучиться при реакції 10 г міді з надлишком концентрованого розчину азотної кислоти?

Розв'язання.

1. При реакції концентрованої азотної кислоти з неактивними металами вилучається оксид азоту (ІV):

Cu + 4 HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O.

З рівняння реакції видно, що при реакції 1 молю міді вилучається 2 моля, або 222.4=44.8 л диоксиду азоту.

2. Визначимо кількість міді: n=m/A=10/63.5=0,16 моль.

3. Визначимо об'єм диоксиду азоту: V=0,1644.8=7.1 л.

Приклад 41.

Записати рівняння реакцій за допомогою яких можна здійснити такі перетворення:

NaNa₂ONaOHNaBrNaNO₃.

Для кожної речовини дати назву, вказати до якого класу неорганічних речовин відноситься кожна сполука. Для окисно-відновних реакцій написати електроні рівняння, для іонообмінних – іонні рівняння.

Розв'язання.

1. 4Na + O₂2Na₂O,

2. Na₂O + H₂O  2NaOH,

3. NaOH + HBr  NaBr + H₂O,

в іоному вигляді: Na⁺+ OH^– + H⁺ +Br ^–  Na⁺ +Br ^– + H₂O

в скороченому іоному вигляді: H⁺ + OH^–  H₂O.

4. NaBr + AgNO₃  NaNO₃ + AgBr,

в іоному вигляді: Na⁺+ Br ^– + Ag⁺ + NO₃^–  Na⁺ + NO₃^– + AgBr,

в скороченому іоному вигляді: Ag⁺ + Br ^– AgBr.

Назви і класи сполук: Na – натрій, проста речовина – метал; Na₂O – оксид натрію, клас – оксиди; NaOH – гідроксид натрію, клас – основи; NaBr – бромід натрію, клас – сіль; NaNO₃ – нітрат натрію, клас – сіль.

Запитання для самоконтролю

1. Як змінюються металічні властивості в групах і періодах періодичної системи елементів?

2. Який елемент проявляє найбільші металічні властивості?

3. Які метали відносяться до лужних, лужноземельних, легких і важких конструкційних?

4. Які сполуки називаються гідридами?

5. Які метали відносяться до амфотерних?

6. Які існують методи добування металів?

7. Які метали найбільш поширені у земній корі?

8. Сформулюйте правила, які визначають можливість реакції металів з водою, кислотами та лугами?

9. Для гасіння яких металів не можна використовувати воду? Чому?

10. Які фактори впливають на горіння металів?