Загальна характеристика металів та їх сполук

Мета роботи:ознайомитися з деякими методами здобування, властивостями металів та їх сполук.

8.1. Загальні відомості

1. Метали хімічні елементи, характерною особливістю будови їх атомів є наявність одного, двох, трьох електронів на зовнішньому енергетичному рівні:

ns^1-2, ns²np^1-2, ns²(n-1)d^1-10, ns²(n-2)f^1-14, деn - зовнішній енергетичний рівень, (n-1)- передостанній, (n-2) – третій від кінця енергетичний рівень.

2. Частіше всього метали відновники:

Ме⁰ – nеˉ → Меⁿ⁺

3. В сполуках можуть проявлятись ступені окислення від +1 до +8.

Сполуки, де Ме⁺¹, Ме⁺², як правило йонні, їх оксиди та гідроксиди мають основний характер властивостей.

Сполуки, де Ме⁺³,Ме⁺⁴- йоно-ковалентні, їх оксиди та гідроксиди мають амфотерні властивості.

Сполуки, де Ме⁺⁵ , Ме⁺⁶, Ме⁺⁷, Ме⁺⁸– ковалентні, їх оксиди та гідроксиди мають кислотні властивості.

4. Металом називається особливий стан простої конденсованої речовини, в кристалічній гратці якої вільно переміщуються електрони за принципами квантової механіки. Метали тверді (крім Нg), тепло-, електропровідні, ковкі, пружні, мають металічний блиск. Температура плавлення металів змінюється в широкому інтервалі: від -38,9⁰С(Нg) до 3420⁰С(W). Найвищу температуру плавлення в кожному періоді мають метали, електронна конфігурація валентних електронів відповідає формулам:

ns²(n-1)d³; ns²(n-1)d⁴

За густиною метали поділяються на легкі, їх густина до 5·10³ кг/м³(Mg, Al, Ti, Be), важкі – їх густина більша за5·10³ кг/м³_.

5. В природі знаходяться:

а) у вільному стані (Au, Cu, Pt…)

б) у вигляді оксидів (Fe₂O₃-гематит,Al₂O₃- корунд)

в) у вигляді солей та кристалогідратів (NaCl-камяна сіль,CaSO₄·2H₂O- гіпс).

г) поліметалічних руд (Се, La…)PO₄ - монацит.

6. Здобувають метали металургійними способами:

а) пірометалургійний (відновники - С, СО, Н₂, Al, Ca)

Fe₂O₃ + 3C = 2Fe + 3CO

б) гідрометалургійний

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu; Cu²⁺ + Fe⁰ = Cu⁰ + Fe²⁺

в) електрометалургійний

2NaCl = (ел-з розплаву) 2Na +Cl₂

7. Хімічна активність металів виявляється у здатності металу віддавати електрони. Метали, які на зовнішньому енергетичному рівні мають один електрон (ns’, IAпідгрупа)- лужні метали хімічно-активні, активність збільшується із збільшенням атомного радіусу (Ra).

8. Метали реагують між собою та неметалами, утворюючи бінарні сполуки: оксиди СаО, гідриди (NaH), карбіди (Al₄C₃), нітриди (TiN), силіциди (Ca₂Si), бориди (К₃В), інтерметалічні сполуки. Карбіди, нітриди – тверді, тугоплавкі матеріали.

9. Активні метали реагують з водою:

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂

Fe + H₂O(пар) = FeO + H₂

Однак деякі метали при взаємодії з водою пасивуються, покриваючись оксидною плівкою (Zn, Al, Mg, Cr).

10. Усі метали, які мають від’ємне значення стандартного електродного потенціалу (Е⁰ < 0) витісняють водень із кислот – не окисників (HCl, H₂SO_4(розв)).

Ме⁰ + nH⁺ = Meⁿ⁺ + (n/2)H₂

З кислотами-окисниками метали реагують по-іншому, продуктами відновлення буде не водень.

Кислота	Окисник	Продукти відновлення	Які метали взаємодіють
H2SO4 кон.	S+6	SO2 H2S, S	Малоактивні метали, Fe, Co, C,r Al - пасивуються. Активні метали .
HNO3 розв.	N+5	NO N2 , NH4NO3	Малоактивні метали Активні метали (в РСm ЕП до Cr)
HNO3 конц.	N+5	NO2 N2O	Малоактивні метали крім Au, Pt, Al, Fe, Co, Ni пасивуються. Активні метали (в РСm ЕП до Cr)

Zn + 4H₂SO₄ (конц.) = 3ZnSO₄ + S + 4H₂O

Zn + H₂SO₄ (розв.) = ZnSO₄ + H₂

Zn + 4HNO₃ (конц.) = Zn(NO₃)₂ +2NO₂ + 2H₂O