0

Королева Галина Анатольевна

Вострикова Наталья Михайловна

Химия металлов

Королева Галина Анатольевна

Вострикова Наталья Михайловна

химия металлов

Редактор

Компьютерная верстка

Подписано в печать . .04.

Формат 60х84/16.

Бумага офсетная.

Печать ризографическая.

Усл.-печ. л.

Уч.-изд. л.

Тираж 500 экз.

Редакционно-издательский отдел

Гос. образоват. учреждения «ГУЦМиЗ»

660025, г. Красноярск, ул. Вавилова, 66 а

Отпечатано

УДК 546.3(07)

ББК 34.1 я73

Рецензенты: д.т.н. Патрушев В.В., к.х.н. Безрукова Н.П.

Королева Г.А., Вострикова Н.М.

К68 Химия металлов: Учеб. пособие / Гос. образоват. учреждение «ГУЦМиЗ». – Красноярск, 2005. – с.

ISBN 5–8150–0213–5

В учебном пособии излагаются основные способы получения, физические и химические свойства металлов. Рассматриваются окислительно-восстановительные, кислотно-основные свойства соединений металлов в характерных степенях окисления.

Для студентов всех инженерных специальностей металлургического направления.

УДК 546.3(07)

ББК 34.1 я73

© Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Красноярскмй государственный университет

ISBN 5–8150–0213–5 цветных металлов и золота», 2005

Учебное издание

участке множительной техники ГУЦМиЗ

660025, Г. Красноярск, ул. Вавилова, 66 а

Введение

Термин металлургия произошел от греческого слова, означающего искусство производства металлов из руд. В современном смысле это область науки и техники и область промышленности, охватывающие процессы получения металлов из руд и других материалов, а также процессы связанные с изменением химического состава, структуры, свойств металлов и сплавов (прокат, ковка, штамповка, сварка и т.д.).

В современной технике исторически сложилось разделение металлургии на черную и цветную. Черная охватывает производство и переработку сплавов на основе железа: чугунов, стали, ферросплавов, составляющих 95% всей мировой металлопродукции. Цветная металлургия включает производство остальных металлов, а также близко примыкающих к ним по используемым технологиям и источникам сырья твердых неметаллов.

С древнейших времен известны технологии получения меди и железа, несколько позже золота, серебра, олова, цинка, свинца и ртути. Наиболее молодой и быстро развивающейся отраслью цветной металлургии является металлургия алюминия, но по темпам производства и потребления алюминий лидирует среди всех металлов, а по масштабам производства в 90-х годах ХХ века он занял прочное второе место после стали вытеснив медь на третье место. Мировое производство металлов приближается к миллиарду тон в год, так производство железа оценивается величиной ~ 710⁸ т/год, Al ~ 10⁷ т/год, Sn ~ 10⁵ т/год, Au ~ 10³ т/год.

Предполагается, что ресурсы многих металлов (Cu, Cr, Ni, Zn, Pb, Mo, Sn, Ag, Cd, Hg и др.) будут исчерпаны уже в этом столетии, чтобы их сохранить необходимо прежде всего создание принципиально новых технологий переработки сырья.

Появление данного учебного пособия объясняется стремлением авторов дать студентам обучающимся по направлениям Металлургия, Физическое материаловедение, Горное дело на единой методической основе знания по химическим свойствам металлов и их соединений, что необходимо для глубокого усвоения специальных курсов.

В учебном пособии систематезированы и дополнены имеющиеся в рекомендуемой литературе сведения по свойствам, получению и применению s-, p-, d-, f- металлов.

Изучив это учебное пособие, студенты должны научиться характеризовать общие свойства s-, p-, d-, f- элементов и зависимость химических свойств их соединений от свойств атомов; применять знания по общей химии для характеристики элементов и их соединений, а также раскрытия химизма технологических процессов в металлургии.

I.S-Металлы

Элементы Li, Na, K, Rb, Cs, Fr и Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra составляют 1A- и 2A-группы периодической системы элементов Д.И.Менделеева.

Атомы щелочных металлов, бериллия, магния и щелочноземельных металлов имеют конфигурацию валентного слоя соответственно …nS¹и nS²,где n=2-7.На предпоследнем уровне у атомов Li и Be два электрона, а у остальных элементов–восемь, что является причиной заметного отличия свойств лития от остальных щелочных металлов, а бериллия – от магния и щелочноземельных металлов. Атомы S-металлов - сильные восстановители. В пределах подгруппы от Li к Fr и от Be к Ra происходит увеличение радиусов атомов уменьшение энергии ионизации а, следовательно, повышение их восстановительной активности.

Е_ион 520 496 419 403 375 384

кДж/моль

Э  Э⁺ Li Na K Rb Cs Fr

Rа, нм 0,155 0,189 0,236 0,248 0,268 0,280

Е_ион 899 738 590 549 503 509

кДж/моль

Э⁺  Э²⁺ Be Mg Ca Sr Ba Ra

Rа, нм 0,133 0,160 0,197 0,215 0,221 0,235

нм – нанометр (1 нм = 10^-9 м)

Атомы Be,Mg и щелочноземельных металлов характеризуется меньшими атомными радиусами, значительно большими энергиями ионизации по сравнению с атомами щелочных металлов, и, как итог, менее выраженными металлическими свойствами. Это объясняется увеличением заряда ядер атомов Ве, Mg и щелочноземельных металлов по сравнению с атомами щелочных металлов.

Степень окисления щелочных металлов во всех соединениях +1, а бериллия, магния и щелочноземельных +2.