витискувальний ряд металів

поняття про витискувальний ряд металів

У багатьох хімічних реакціях беруть участь прості речовини, зокрема метали. Однак різні метали проявляють різну активність у хімічних взаємодіях, і від цього залежить, буде протікати реакція чи ні.

Чим більша активність металу, тим енергійніше він реагує з іншими речовинами. За активністю всі метали можна розташувати в ряд, який називають

рядом активності металів, або витискувальним ря­ дом металів, або рядом напруг металів, а також електрохімічним рядом напруг металів. Цей ряд уперше дослідив видатний український учений М.М. Бекетов, тому цей ряд називають також рядом Бекетова.

Ряд активності металів Бекетова має такий вигляд (наведені найбільш уживані метали):

K > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Ni > Sn > Pb >

>H2 > Cu > Hg > Ag > Au.

У цьому ряді метали розташовані за зменшенням їхньої активності. Серед наведених металів найбільш активний калій, а найменш активний — золото. За допомогою цього ряду можна визначити, який метал активніший від іншого. Також у цьому ряді присутній водень. Звісно ж, водень не є металом, але в цьому ряді його активність прийнята за точку відліку (своєрідний нуль).

взаємодія металів з кислотами

Чимало металів доволі активно реагують із кислотами. У багатьох випадках атоми металічних елементів заміщають атоми Гідрогену з кислот. При цьому утворюються водень та сіль відповідної кислоти:

Mg +2HCl → MgCl2 +H2 ;

Zn +H2SO4 →ZnSO4 +H2 .

Чим лівіше розташований метал у ряді активності, тим активніше він взаємодіє з кислотами. Найбільш інтенсивно витісняють водень ті метали, які розташовані на самому початку ряду. Приміром, магній взаємодіє дуже бурхливо (рідина начебто закипає), залізо взаємодіє значно спокійніше, свинець реагує зовсім повільно (пухирці водню ледь утворюються), а мідь зовсім не реагує з кислотою. Якщо метал стоїть у ряді активності після водню, то він не здатний витісняти водень із розчинів кислот і тому з ними не реагує.

взаємодія металів з водою

Метали здатні витісняти водень не тільки з розчинів кислот, але й з води. Так само, як і з кислотами, активність взаємодії металів з водою збільшується зліва направо.

Метали, які стоять у ряді активності до магнію, здатні реагувати з водою за звичайних умов. При взаємодії цих металів утворюються луги й водень, наприклад:

2Na +2H2O →2NaOH +H2 ;

Ca +2H2O → Ca(OH)2 +H2 .

Інші метали, які стоять до водню в ряді активностей, також можуть взаємодіяти з водою, але це відбувається в більш жорстких умовах. Для взаємодії через розжарені металічні ошурки пропускають перегріту водяну пару. У таких умовах гідроксиди вже існувати не можуть, тому продуктами реакції є оксид відповідного металічного елемента й водень:

2Fe +3H2O t→Fe2O3 +3H2 ; Pb +H2O t→PbO +H2 .

взаємодія металів із солями

Якщо сіль розчинна у воді, то атом металічного елемента в ній може бути заміщений атомом більш активного елемента. Якщо занурити в розчин купрум(ІІ) сульфату залізну пластинку, то за якийсь час на ній виділиться мідь у вигляді червоного нальоту:

CuSO4 +Fe → FeSO4 +Cu ↓.

Але якщо в розчин купрум(ІІ) сульфату занурити срібну пластину, то ніякої реакції відбуватися не буде:

CuSO4 + Ag ≠.

Купрум можна витіснити будь-яким металом, який стоїть лівіше від нього в ряді активності металів. Однак метали, які стоять на самому початку ряду,— натрій, калій тощо — для цього не придатні, тому що вони настільки активні, що будуть взаємодіяти не із сіллю, а з водою, у якій ця сіль розчинена.

Витіснення металів із солей більш активними металами дуже широко використовують у промисловості для добування металів.

взаємодія металів з оксидами

Оксиди металічних елементів також здатні взаємодіяти з металами. Більш активні метали витісняють менш активні з оксидів:

CuO +Pb t→Cu +PbO;

Fe2O3 + Al t→Fe + Al2O3.

Але, на відміну від взаємодії металів із солями, у цьому разі оксиди необхідно розплавити, щоб реакція відбулася. Для добування металу з оксиду можна використовувати будь-який метал, що розташований у ряді активності лівіше, навіть найбільш активний натрій і калій, адже в розплавленому оксиді вода не міститься.

Взаємодію металів з оксидами використовують у промисловості для добування інших металів. Найбільш практичний для цього методу метал — алюміній. Він досить широко розповсюджений у природі й дешевий у виробництві. Можна також використовувати й більш активні метали (кальцій, натрій, калій), але вони, по-перше, дорожчі від алюмінію, а по-друге, через надвисоку хімічну активність їх дуже складно зберігати на заводах. Такий спосіб добування металів з використанням алюмінію називають алюмінотермією.

амфотерні оксиди та гідроксиди

поняття про амфотерність

Іноді трапляються сполуки, які можуть проявляти і кислотні, і основні властивості.

Речовини, які можуть виявляти кислотні й основні властивості залежно від сполуки, з якою вони взаємодіють, називають амфотерними.

Амфотерність виявляють оксиди й гідроксиди деяких хімічних елементів з валентностями ІІ,

ІІІ й ІV. Найважливіші серед них — Берилій(ІІ), Цинк(ІІ), Станум(ІІ), Плюмбум(ІІ), Алюміній(ІІІ), Хром(ІІІ), Титан(ІV).

амфотерні гідроксиди

Гідроксиди елементів, які можуть утворювати амфотерні сполуки, вступають у звичайні хімічні реакції, що характерні для нерозчинних основ. Єдиною відмінністю є взаємодія з лугами, тобто реакції, в яких вони виявляють кислотні властивості.

Амфотерні гідроксиди з лугами поводяться як кислоти, тобто вступають у реакцію нейтралізації з утворенням солі та води. Для того щоб правильно записати рівняння реакції за участю амфотерних гідроксидів, слід розглядати їх як кислоти. Так, цинк гідроксид Zn(OH)2 можна записати як кислоту H2ZnО2. Ця кислота буде мати назву цинкатна, вона має двовалентний кис лотний залишок ZnО2, її солі — цинкати.

амфотерні оксиди

Так само, як і амфотерні гідроксиди, амфотерні оксиди виявляють ті ж властивості, що й звичайні основні оксиди при взаємодії з кислотними речовинами. При взаємодії з основними речовинами вони вступаютьуреакціїяккислотніоксиди,тобтовзаємодіють із основними оксидами й основами з утворенням солей. Амфотерні оксиди взаємодіють із основами та основними оксидами при сплавці, без участі води, і утворюють солі, які містять звичайний кислотний залишок, що відповідає цьому оксиду.

При сплавці цинк оксиду з натрій гідроксидом або натрій оксидом утворюється натрій цинкат, тільки в першому випадку ще утворюється вода:

ZnO +2NaOH → Na2ZnO2 +H2O;

ZnO +Na2O → Na2ZnO2 .