8.Какие виды связнодисперсных структур вы знаете? Дайте определение таким свойствам связнодисперсных структур, как тиксотропия и синерезис.

9.Приведите примеры дисперсных систем, которые встречаются в природе, в производстве, в быту.

5. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

Положение металлов в периодической таблице. Если в периодиче-

ской таблице элементов Д.И. Менделеева провести диагональ от бериллия к астату, то слева внизу по диагонали будут находиться элементы-металлы (к ним же относятся все элементы побочных подгрупп), а справа вверху – эле-

К элементам-металлам относятся s-элементы I и II групп, все d- и f-элементы, а также p-элементы главных подгрупп: III (кроме бора), IV (Ge,

Рис. 1. Виды кристаллических решеток

Кристаллы металлов состоят из положительно заряженных ионов и свободных электронов, отсоединившихся от соответствующих атомов. Весь кристалл можно себе представить в виде пространственной решетки, узлы которой заняты ионами, а в промежутках между ионами находятся легкоподвижные электроны. Эти электроны постоянно переходят от одних атомов к другим и вращаются вокруг ядра то одного, то другого атома. Так как электроны не связаны с определенными ионами, то уже под влиянием небольшой разности потенциалов они начинают перемещаться в определенном направлении, т.е. возникает электрический ток.

38

Характерные физические свойства металлов находятся в связи с особенностями их внутренней структуры (наличием «электронного газа»).

Физические свойства:

1)пластичность – способность изменять форму при ударе, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы. В ряду Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe пластичность уменьшается;

2)блеск, обычно серый цвет и непрозрачность. Это связано со взаимодействием свободных электронов с падающими на металл квантами света;

3)электропроводность, которая объясняется направленным движением свободных электронов от отрицательного полюса к положительному под влиянием небольшой разности потенциалов. Электропроводность уменьшается в ряду Ag, Cu, Al, Fe и при нагревании. Последнее объясняется тем, что

сповышением температуры затрудняется направленное движение «электронного газа», т.к. усиливаются колебания атомовИи ионов в узлах кристаллической решетки;

4)теплопроводность обусловлена Двысокой подвижностью свободных электронов и колебательным движением атомов, благодаря чему происходит

быстрое выравнивание температуры по массе металла. Наибольшей теплопроводностью обладают Bi и Hg; А

5)твердость. Самый твердый – Cr (режет стекло); самые мягкие – щелочные металлы K, Na, Rb, Csб(режутся ножом);

6)плотность тем меньше, чем меньше атомная масса металла и чем больше радиус его атомаи(самый легкий – Li; самый тяжелый – Os (табл. 7). Металлы, имеющие плотность < 5 г/см3, считаются «легкими металлами»;

7)температурыСплавлен я кипения. Самый легкоплавкий металл – Hg, самый тугоплавк й металл – W (см. табл. 7). Металлы с t°пл выше 1000 °C считаются тугоплавкими, ниже – низкоплавкими.

№Название Атомный вес Плотность, Температура

39

4) с азотом

3 Ca0 + N2 (t°) = Ca3+2N2;

5) с фосфором

3Ca0 + 2 P (t°) = Ca3+2P2;

6)с водородом реагируют только щелочные и щелочно-земельные ме-

таллы

2Li0 + H2 = 2Li+H;

Ca0 + H2 = Ca+2H2. II. Взаимодействие с кислотами:

1. Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений (прил. 5) до водорода, восстанавливают неокисляющие кислоты с образованием водорода:

6Na0 + 2 H3PO4 = 2Na3+PO4 + 3H20.

2. Окисляющие кислоты [Н2SO4(конц), HNO3 любой концентрации] взаимодействуют с металлами, стоящими в электрохимическом ряду

3. Благородные металлы (Au, Pt, Ir, Rh, Nb, Ta, W) взаимодействуют с

«царской водкой» [смесь HNO3(конц) и HCl(конц) в соотношении 1:3].

1-я стадия: Au0 + HN+5O3(конц) + 3 HCl(конц) = Au+3Cl3 + N+2O + 2 H2O; 2-я стадия: AuCl3 + HCl(конц) = H[AuCl4].

41

Суммарное уравнение данной реакции

Au + HNO3(конц) + 3 HCl(конц) = H[AuCl4] + NO + 2 H2O.

4. Некоторые металлы (Fe, Al, Cr) не взаимодействуют с концентрированными азотной и серной кислотами при обычной температуре, т.к. происходит утолщение и уплотнение оксидных пленок на их поверхности – пассивация.

Н2SO4(конц) + Fe, Al ≠ пассивируют; HNO3(конц) + Fe, Al, Cr ≠ пассивируют;

Н2SO4(конц) + Fe (t°) = Fe2(SO4)3 + 3 SO2 + 6 H2O. III. Взаимодействие с водой:

1. Активные (щелочные и щелочно-земельные) металлы при взаимо-

действии с водой образуют растворимое основание и водород:

2Na0 + 2H2O = 2Na+OH + H20;

Ca0 + 2H2O = Ca+2(OH)2И+ H20.

тенциалов которых равно от –1 до 0 В) окисляются водой при нагревании до оксида:

2. Металлы средней активности (значение стандартных электродных по- Д

Zn0 + H2O (t°) = Zn+2O + H20.

3. Неактивные металлы Cu, Au, Ag, Pt не реагируют с водой.

Химические свойства металлов

Опыт 1. Отношение металлов к кислороду.

В пламя спиртовки по очереди внесите стружку или порошок магния и медную стружку. Напишите уравнения реакций горения. Что образуется на поверхности меди при нагревании? Сделайте вывод об активности металлов в реакции окисления кислородом в зависимости от их положения в ряду напряжений.

42

Опыт 2. Взаимодействие металлов с раствором солей.

Налейте в пробирку 1…2 см3 раствора сульфата меди и опустите железный гвоздь, предварительно зачищенный наждачной бумагой. Что наблюдается? Напишите уравнение реакции, сделайте вывод.

Опыт 3. Взаимодействие металлов с растворами щелочей.

В две пробирки налейте концентрированный раствор щелочи NaOH и добавьте в одну цинковую пыль, в другую – алюминиевый порошок. Содержимое пробирок можно немного подогреть.

Составьте уравнения реакций, учитывая, что образуются комплексные соли соответственно тетрагидроксоцинкат и тетрагидроксоалюминат натрия.

Опыт 4. Взаимодействие металлов с кислотами.

Повторите опыт, взяв вместо цинка меднуюИстружку.

В шесть пробирок поместите по кусочку металлического цинка и до-

бавьте по 1 см3 соляной, серной и азотной кислот: в первые три – разбавленные, во вторые три – концентрированные. Опыт с концентрированными кислотами проводите под вытяжкой!

Составьте уравнения всех реакций. Сделайте вывод о том, как реаги-

электрохимическом ряду напряжений металлов.

43