व्याख्यान 11 रासायनिक गुणधातु।

सरल ऑक्सीकरण एजेंटों के साथ धातुओं की बातचीत। धातुओं का जल से अनुपात, अम्ल, क्षार और लवण के जलीय विलयन। ऑक्साइड फिल्म और ऑक्सीकरण उत्पादों की भूमिका। नाइट्रिक और केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड के साथ धातुओं की बातचीत।

धातुओं में सभी s-, d-, f-तत्व, साथ ही p-तत्व शामिल हैं जो आवर्त सारणी के निचले भाग में बोरॉन से एस्टैटिन तक खींचे गए विकर्ण से स्थित हैं। इन तत्वों के सरल पदार्थों में एक धात्विक बंधन का एहसास होता है। धातु के परमाणुओं के बाहरी भाग में कुछ इलेक्ट्रॉन होते हैं इलेक्ट्रॉन कवच, 1, 2, या 3 की मात्रा में। धातुएँ विद्युत धनात्मक गुण प्रदर्शित करती हैं और इनमें दो से कम विद्युत ऋणात्मकता कम होती है।

धातु निहित हैं विशेषताएँ. ये ठोस होते हैं, पानी से भारी, धात्विक चमक के साथ। धातुओं में उच्च तापीय और विद्युत चालकता होती है। उन्हें विभिन्न की कार्रवाई के तहत इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन की विशेषता है बाहरी प्रभाव: प्रकाश के संपर्क में, गर्म होने पर, टूटने पर (एक्सोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन)।

धातुओं की मुख्य विशेषता परमाणुओं और अन्य पदार्थों के आयनों को इलेक्ट्रॉन दान करने की उनकी क्षमता है। धातु अधिकांश मामलों में एजेंटों को कम कर रहे हैं। और यह उनका विशिष्ट रासायनिक गुण है। धातुओं के विशिष्ट ऑक्सीकरण एजेंटों के अनुपात पर विचार करें, जिसमें साधारण पदार्थ शामिल हैं - गैर-धातु, पानी, एसिड। तालिका 1 धातुओं के साधारण ऑक्सीकरण एजेंटों के अनुपात के बारे में जानकारी प्रदान करती है।

तालिका एक

साधारण ऑक्सीकरण एजेंटों के लिए धातुओं का अनुपात

सभी धातुएं फ्लोरीन के साथ प्रतिक्रिया करती हैं। नमी की अनुपस्थिति में अपवाद एल्यूमीनियम, लोहा, निकल, तांबा, जस्ता हैं। ये तत्व, जब फ्लोरीन के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, तो शुरू में फ्लोराइड फिल्में बनाते हैं जो धातुओं को आगे की प्रतिक्रिया से बचाते हैं।

उन्हीं स्थितियों और कारणों के तहत, क्लोरीन के साथ प्रतिक्रिया में लोहा निष्क्रिय हो जाता है। ऑक्सीजन के संबंध में, सभी नहीं, बल्कि केवल कई धातुएं ऑक्साइड की घनी सुरक्षात्मक फिल्में बनाती हैं। फ्लोरीन से नाइट्रोजन (तालिका 1) में संक्रमण में, ऑक्सीडेटिव गतिविधि कम हो जाती है और इसलिए सभी अधिकधातुओं का ऑक्सीकरण नहीं होता है। उदाहरण के लिए, केवल लिथियम और क्षारीय पृथ्वी धातुएं नाइट्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करती हैं।

ऑक्सीकरण एजेंटों के पानी और जलीय घोल में धातुओं का अनुपात।

पर जलीय समाधानकिसी धातु की अपचायक गतिविधि इसकी मानक रेडॉक्स क्षमता के मूल्य की विशेषता है। मानक रेडॉक्स क्षमता की पूरी श्रृंखला से, धातु वोल्टेज की एक श्रृंखला को प्रतिष्ठित किया जाता है, जिसे तालिका 2 में दर्शाया गया है।

तालिका 2

पंक्ति तनाव धातु

आक्सीकारक	इलेक्ट्रोड प्रक्रिया समीकरण	मानक इलेक्ट्रोड क्षमता 0, वी	अपचायक कारक	एजेंटों को कम करने की सशर्त गतिविधि
ली +	ली + + ई - = ली	-3,045	ली	सक्रिय
आरबी+	आरबी + + ई - = आरबी	-2,925	आरबी	सक्रिय
कश्मीर+	के + ई - = के	-2,925	क	सक्रिय
सीएस+	सीएस + + ई - = सीएस	-2,923	सी	सक्रिय
सीए2+	सीए 2+ + 2ई - = सीए	-2,866	सीए	सक्रिय
ना+	ना + ई - = ना	-2,714	ना	सक्रिय
एमजी2+	एमजी 2+ +2 ई - \u003d एमजी	-2,363	मिलीग्राम	सक्रिय
अल 3+	अल 3+ + 3ई - = अल	-1,662	अली	सक्रिय
तिवारी 2+	Ti 2+ + 2e - = Ti	-1,628	ती	बुध गतिविधि
एमएन2+	एमएन 2+ + 2ई - = एमएन	-1,180	एम.एन.	बुध गतिविधि
सीआर2+	Cr 2+ + 2e - = Cr	-0,913	करोड़	बुध गतिविधि
H2O	2H 2 O+ 2e - \u003d H 2 + 2OH -	-0,826	एच 2, पीएच = 14	बुध गतिविधि
Zn2+	Zn 2+ + 2e - = Zn	-0,763	Zn	बुध गतिविधि
सीआर3+	Cr 3+ +3e - = Cr	-0,744	करोड़	बुध गतिविधि
Fe2+	फ़े 2+ + ई - \u003d फ़े	-0,440	फ़े	बुध गतिविधि
H2O	2एच 2 ओ + ई - \u003d एच 2 + 2ओएच -	-0,413	एच 2 , पीएच = 7	बुध गतिविधि
सीडी 2+	सीडी 2+ + 2e - = सीडी	-0,403	सीडी	बुध गतिविधि
सीओ2+	सह 2+ +2 ई - \u003d Co	-0,227	सीओ	बुध गतिविधि
Ni2+	नी 2+ + 2e - = नी	-0,225	नी	बुध गतिविधि
एसएन 2+	एसएन 2+ + 2e - = एसएन	-0,136	एस.एन.	बुध गतिविधि
पंजाब 2+	पंजाब 2+ + 2e - = पीबी	-0,126	पंजाब	बुध गतिविधि
Fe3+	फ़े 3+ + 3ई - \u003d फ़े	-0,036	फ़े	बुध गतिविधि
एच+	2H + + 2e - =H 2		एच 2 , पीएच = 0	बुध गतिविधि
द्वि 3+	द्वि 3+ + 3ई - = द्वि	0,215	द्वि	छोटा सक्रिय
Cu2+	Cu 2+ + 2e - = Cu	0,337	घन	छोटा सक्रिय
घन+	Cu+ + e - = Cu	0,521	घन	छोटा सक्रिय
एचजी 2 2+	एचजी 2 2+ + 2ई - = एचजी	0,788	एचजी 2	छोटा सक्रिय
एजी+	एजी + + ई - = एजी	0,799	एजी	छोटा सक्रिय
एचजी2+	एचजी 2+ + 2e - \u003d एचजी	0,854	एचजी	छोटा सक्रिय
पीटी 2+	पीटी 2+ + 2ई - = पीटी	1,2	पीटी	छोटा सक्रिय
औ 3+	औ 3+ + 3ई - = औ	1,498	औ	छोटा सक्रिय
औ +	औ++ई-=औ	1,691	औ	छोटा सक्रिय

वोल्टेज की इस श्रृंखला में, अम्लीय (рН=0), तटस्थ (рН=7), क्षारीय (рН=14) मीडिया में हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड की इलेक्ट्रोड क्षमता के मान भी दिए गए हैं। तनाव की एक श्रृंखला में एक विशेष धातु की स्थिति जलीय घोलों में अंतःक्रियाओं को फिर से करने की क्षमता को दर्शाती है: मानक शर्तें. धातु आयन ऑक्सीकरण एजेंट हैं और धातु एजेंट कम करने वाले एजेंट हैं। आगे धातु वोल्टेज की श्रृंखला में स्थित है, जलीय घोल में ऑक्सीकरण एजेंट जितना मजबूत होता है, उसके आयन होते हैं। पंक्ति की शुरुआत में धातु जितनी करीब होती है, उतना ही कम करने वाला एजेंट होता है।

धातुएं एक दूसरे को नमक के घोल से विस्थापित करने में सक्षम हैं। इस मामले में प्रतिक्रिया की दिशा वोल्टेज की श्रृंखला में उनकी पारस्परिक स्थिति से निर्धारित होती है। यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि सक्रिय धातुएं न केवल पानी से, बल्कि किसी भी जलीय घोल से भी हाइड्रोजन को विस्थापित करती हैं। इसलिए, धातुओं का उनके लवणों के विलयन से परस्पर विस्थापन केवल मैग्नीशियम के बाद वोल्टेज की श्रृंखला में स्थित धातुओं के मामले में होता है।

सभी धातुओं को तीन सशर्त समूहों में बांटा गया है, जो निम्न तालिका में परिलक्षित होता है।

टेबल तीन

धातुओं का सशर्त विभाजन

पानी के साथ बातचीत।पानी में ऑक्सीकरण एजेंट हाइड्रोजन आयन है। इसलिए, केवल उन धातुओं को पानी से ऑक्सीकृत किया जा सकता है, जिनकी मानक इलेक्ट्रोड क्षमता पानी में हाइड्रोजन आयनों की क्षमता से कम है। यह माध्यम के पीएच पर निर्भर करता है और है

\u003d -0.059 पीएच।

एक तटस्थ वातावरण में (рН=7) φ = -0.41 वी। पानी के साथ धातुओं की बातचीत की प्रकृति तालिका 4 में प्रस्तुत की गई है।

श्रृंखला की शुरुआत से धातु, -0.41 वी से अधिक नकारात्मक क्षमता वाले, पानी से हाइड्रोजन को विस्थापित करते हैं। लेकिन पहले से ही मैग्नीशियम केवल हाइड्रोजन को विस्थापित करता है गर्म पानी. आम तौर पर, मैग्नीशियम और सीसा के बीच स्थित धातुएं पानी से हाइड्रोजन को विस्थापित नहीं करती हैं। इन धातुओं की सतह पर ऑक्साइड फिल्में बनती हैं, जिनका सुरक्षात्मक प्रभाव पड़ता है।

तालिका 4

एक तटस्थ माध्यम में पानी के साथ धातुओं की बातचीत

हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ धातुओं की बातचीत।

हाइड्रोक्लोरिक एसिड में ऑक्सीकरण एजेंट हाइड्रोजन आयन है। हाइड्रोजन आयन का मानक इलेक्ट्रोड विभव शून्य होता है। इसलिए, मध्यवर्ती गतिविधि की सभी सक्रिय धातुओं और धातुओं को एसिड के साथ प्रतिक्रिया करनी चाहिए। केवल सीसा ही निष्क्रियता प्रदर्शित करता है।

तालिका 5

हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ धातुओं की बातचीत

तांबे को बहुत ही केंद्रित हाइड्रोक्लोरिक एसिड में भंग किया जा सकता है, इस तथ्य के बावजूद कि यह कम सक्रिय धातुओं से संबंधित है।

सल्फ्यूरिक एसिड के साथ धातुओं की परस्पर क्रिया अलग तरह से होती है और इसकी सांद्रता पर निर्भर करती है।

तनु सल्फ्यूरिक अम्ल के साथ धातुओं की अभिक्रिया।तनु सल्फ्यूरिक एसिड के साथ बातचीत उसी तरह से की जाती है जैसे हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ।

तालिका 6

तनु सल्फ्यूरिक अम्ल के साथ धातुओं की अभिक्रिया

तनु सल्फ्यूरिक अम्ल अपने हाइड्रोजन आयन के साथ ऑक्सीकृत हो जाता है। यह उन धातुओं के साथ परस्पर क्रिया करता है जिनकी इलेक्ट्रोड क्षमता हाइड्रोजन की तुलना में कम होती है। सीसा 80% से कम सांद्रता में सल्फ्यूरिक एसिड में नहीं घुलता है, क्योंकि सल्फ्यूरिक एसिड के साथ लेड की बातचीत के दौरान बनने वाला PbSO 4 नमक अघुलनशील होता है और धातु की सतह पर एक सुरक्षात्मक फिल्म बनाता है।

सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल के साथ धातुओं की परस्पर क्रिया।

सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड में, सल्फर +6 ऑक्सीकरण अवस्था में ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य करता है। यह सल्फेट आयन SO 4 2- का हिस्सा है। इसलिए, सांद्र एसिड उन सभी धातुओं का ऑक्सीकरण करता है जिनकी मानक इलेक्ट्रोड क्षमता ऑक्सीकरण एजेंट की तुलना में कम है। उच्चतम मूल्यएक ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में सल्फेट आयन को शामिल करने वाली इलेक्ट्रोड प्रक्रियाओं में इलेक्ट्रोड क्षमता 0.36 वी है। परिणामस्वरूप, कुछ कम सक्रिय धातुएं भी केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करती हैं।

मध्यम गतिविधि (Al, Fe) की धातुओं के लिए, घनी ऑक्साइड फिल्मों के निर्माण के कारण निष्क्रियता होती है। टिन (IV) सल्फेट के निर्माण के साथ टिन को टेट्रावैलेंट अवस्था में ऑक्सीकृत किया जाता है:

एसएन + 4 एच 2 एसओ 4 (संक्षिप्त) \u003d एसएन (एसओ 4) 2 + 2 एसओ 2 + 2 एच 2 ओ।

तालिका 7

सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल के साथ धातुओं की परस्पर क्रिया

सीसा घुलनशील लेड हाइड्रोसल्फेट के निर्माण के साथ द्विसंयोजक अवस्था में ऑक्सीकृत हो जाता है। पारा (I) और पारा (II) सल्फेट बनाने के लिए पारा गर्म केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड में घुल जाता है। सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल को उबालने में भी चांदी घुल जाती है।

यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि धातु जितनी अधिक सक्रिय होगी, सल्फ्यूरिक एसिड की कमी की डिग्री उतनी ही गहरी होगी। सक्रिय धातुओं के साथ, एसिड मुख्य रूप से हाइड्रोजन सल्फाइड में कम हो जाता है, हालांकि अन्य उत्पाद भी मौजूद होते हैं। उदाहरण के लिए

Zn + 2H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;

3Zn + 4H 2 SO 4 = 3ZnSO 4 + S↓ + 4H 2 O;

4Zn + 5H 2 SO 4 \u003d 4ZnSO 4 \u003d 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O।

तनु नाइट्रिक अम्ल के साथ धातुओं की परस्पर क्रिया।

पर नाइट्रिक एसिड+5 ऑक्सीकरण अवस्था में नाइट्रोजन एक ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य करता है। अधिकतम मूल्यऑक्सीकरण एजेंट के रूप में एक तनु अम्ल के नाइट्रेट आयन के लिए इलेक्ट्रोड क्षमता 0.96 V है। इसके कारण काफी महत्व कीनाइट्रिक एसिड सल्फ्यूरिक एसिड की तुलना में एक मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट है। यह इस तथ्य से स्पष्ट है कि नाइट्रिक एसिड चांदी का ऑक्सीकरण करता है। एसिड जितना गहरा होता है, धातु उतनी ही सक्रिय होती है और एसिड उतना ही पतला होता है।

तालिका 8

तनु नाइट्रिक अम्ल के साथ धातुओं की अभिक्रिया

सांद्र नाइट्रिक अम्ल के साथ धातुओं की पारस्परिक क्रिया।

केंद्रित नाइट्रिक एसिड आमतौर पर नाइट्रोजन डाइऑक्साइड में कम हो जाता है। धातुओं के साथ सांद्र नाइट्रिक अम्ल की अन्योन्यक्रिया तालिका 9 में प्रस्तुत की गई है।

एसिड की कमी और बिना हिलाए उपयोग करते समय, सक्रिय धातुएं इसे नाइट्रोजन में और मध्यम गतिविधि की धातुओं को कार्बन मोनोऑक्साइड में कम कर देती हैं।

तालिका 9

धातुओं के साथ सांद्र नाइट्रिक अम्ल की परस्पर क्रिया

क्षार विलयन के साथ धातुओं की परस्पर क्रिया।

क्षार द्वारा धातुओं का ऑक्सीकरण नहीं किया जा सकता है। यह इस तथ्य के कारण है कि क्षार धातुएं प्रबल अपचायक हैं। इसलिए, उनके आयन सबसे कमजोर ऑक्सीकरण एजेंट हैं और जलीय घोल में ऑक्सीकरण गुण प्रदर्शित नहीं करते हैं। हालांकि, क्षार की उपस्थिति में, पानी का ऑक्सीकरण प्रभाव प्रकट होता है अधिकउनकी अनुपस्थिति की तुलना में। इसके कारण क्षारीय विलयनों में धातुएँ जल द्वारा ऑक्सीकृत होकर हाइड्रॉक्साइड तथा हाइड्रोजन बनाती हैं। यदि ऑक्साइड और हाइड्रॉक्साइड उभयधर्मी यौगिक हैं, तो वे एक क्षारीय घोल में घुल जाएंगे। नतीजतन, निष्क्रिय स्वच्छ जलधातुएँ क्षार विलयनों के साथ प्रबलता से क्रिया करती हैं।

तालिका 10

क्षार विलयन के साथ धातुओं की परस्पर क्रिया

विघटन प्रक्रिया को दो चरणों के रूप में प्रस्तुत किया जाता है: पानी के साथ धातु का ऑक्सीकरण और हाइड्रॉक्साइड का विघटन:

Zn + 2HOH \u003d Zn (OH) 2 + H 2;

Zn (OH) 2 + 2NaOH \u003d Na 2।

आवर्त सारणी के निचले बाएँ कोने में धातुएँ हैं। धातु एस-तत्वों, डी-तत्वों, एफ-तत्वों और आंशिक रूप से, पी-तत्वों के परिवारों से संबंधित हैं।

धातुओं की सबसे विशिष्ट संपत्ति इलेक्ट्रॉनों को दान करने और सकारात्मक रूप से आवेशित आयनों में बदलने की उनकी क्षमता है। इसके अलावा, धातुएँ केवल एक सकारात्मक ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित कर सकती हैं।

मैं - ने \u003d मैं n +

1. अधातुओं के साथ धातुओं की परस्पर क्रिया।

एक ) हाइड्रोजन के साथ धातुओं की परस्पर क्रिया।

क्षार और क्षारीय मृदा धातुएं हाइड्रोजन के साथ सीधे क्रिया करके हाइड्राइड बनाती हैं।

उदाहरण के लिए:

सीए + एच 2 \u003d सीएएच 2

आयनिक क्रिस्टल संरचना वाले गैर-स्टोइकोमेट्रिक यौगिक बनते हैं।

बी) ऑक्सीजन के साथ धातुओं की बातचीत।

Au, Ag, Pt को छोड़कर सभी धातुएं वायुमंडलीय ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकृत होती हैं।

उदाहरण:

2ना + ओ 2 = ना 2 ओ 2 (पेरोक्साइड)

4K + O 2 \u003d 2K 2 O

2एमजी + ओ 2 \u003d 2एमजीओ

2Cu + O 2 \u003d 2CuO

c) हैलोजन के साथ धातुओं की परस्पर क्रिया।

सभी धातुएँ हैलोजन के साथ अभिक्रिया करके हैलाइड बनाती हैं।

उदाहरण:

2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3

ये मुख्य रूप से आयनिक यौगिक हैं: MeHal n

d) नाइट्रोजन के साथ धातुओं की परस्पर क्रिया।

क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुएं नाइट्रोजन के साथ परस्पर क्रिया करती हैं।

उदाहरण:

3सीए + एन 2 \u003d सीए 3 एन 2

एमजी + एन 2 \u003d एमजी 3 एन 2 - नाइट्राइड।

ई) कार्बन के साथ धातुओं की बातचीत।

धातुओं और कार्बन के यौगिक कार्बाइड हैं। वे कार्बन के साथ मेल्ट की बातचीत के दौरान बनते हैं। सक्रिय धातुएं कार्बन के साथ स्टोइकोमेट्रिक यौगिक बनाती हैं:

4अल + 3सी \u003d अल 4 सी 3

धातु - डी-तत्व गैर-स्टोइकोमेट्रिक संरचना के यौगिक बनाते हैं जैसे कि ठोस समाधान: WC, ZnC, TiC - का उपयोग सुपरहार्ड स्टील्स प्राप्त करने के लिए किया जाता है।

2. धातुओं की जल के साथ परस्पर क्रिया।

धातुएं पानी के साथ प्रतिक्रिया करती हैं, जिसमें पानी की रेडॉक्स क्षमता की तुलना में अधिक नकारात्मक क्षमता होती है।

सक्रिय धातुएं पानी के साथ अधिक सक्रिय रूप से प्रतिक्रिया करती हैं, हाइड्रोजन की रिहाई के साथ पानी को विघटित करती हैं।

ना + 2एच 2 ओ \u003d एच 2 + 2NaOH

कम सक्रिय धातुएं धीरे-धीरे पानी को विघटित करती हैं और अघुलनशील पदार्थों के निर्माण के कारण प्रक्रिया बाधित होती है।

3. नमक के घोल के साथ धातुओं की परस्पर क्रिया।

ऐसी प्रतिक्रिया संभव है यदि प्रतिक्रियाशील धातु नमक की तुलना में अधिक सक्रिय है:

Zn + CuSO 4 \u003d Cu 0 + ZnSO 4

0.76 वी।, = + 0.34 वी।

एक धातु जिसमें अधिक ऋणात्मक या कम धनात्मक मानक इलेक्ट्रोड विभव होता है, एक अन्य धातु को उसके लवण विलयन से विस्थापित कर देता है।

4. क्षार विलयनों के साथ धातुओं की परस्पर क्रिया।

धातुएं जो मजबूत ऑक्सीकरण एजेंटों की उपस्थिति में एम्फ़ोटेरिक हाइड्रॉक्साइड देती हैं या उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाएं रखती हैं, क्षार के साथ बातचीत कर सकती हैं। जब धातुएँ क्षार के विलयन के साथ परस्पर क्रिया करती हैं, तो पानी ऑक्सीकरण एजेंट होता है।

उदाहरण:

Zn + 2NaOH + 2H 2 O \u003d Na 2 + H 2

1 Zn 0 + 4OH - - 2e \u003d 2- ऑक्सीकरण

Zn 0 - कम करने वाला एजेंट

1 2H 2 O + 2e \u003d H 2 + 2OH - रिकवरी

एच 2 ओ - ऑक्सीकरण एजेंट

Zn + 4OH - + 2H 2 O \u003d 2- + 2OH - + H 2

उच्च ऑक्सीकरण अवस्था वाली धातुएँ जब मिश्रित होती हैं तो क्षार के साथ परस्पर क्रिया कर सकती हैं:

4Nb + 5O 2 + 12KOH \u003d 4K 3 NbO 4 + 6H 2 O

5. अम्लों के साथ धातुओं की परस्पर क्रिया।

यह जटिल प्रतिक्रियाएं, अंतःक्रियात्मक उत्पाद धातु की गतिविधि, एसिड के प्रकार और सांद्रता और तापमान पर निर्भर करते हैं।

गतिविधि से, धातुओं को सशर्त रूप से सक्रिय, मध्यम गतिविधि और निम्न गतिविधि में विभाजित किया जाता है।

एसिड को पारंपरिक रूप से 2 समूहों में विभाजित किया जाता है:

समूह I - कम ऑक्सीकरण क्षमता वाले एसिड: एचसीएल, एचआई, एचबीआर, एच 2 एसओ 4 (अंतर), एच 3 पीओ 4, एच 2 एस, यहां ऑक्सीकरण एजेंट एच + है। धातुओं के साथ परस्पर क्रिया करने पर ऑक्सीजन (H 2) निकलती है। नकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता वाली धातुएं पहले समूह के एसिड के साथ प्रतिक्रिया करती हैं।

समूह II - उच्च ऑक्सीकरण क्षमता वाले एसिड: एच 2 एसओ 4 (सांद्रता), एचएनओ 3 (रज़ब।), एचएनओ 3 (संक्षिप्त)। इन अम्लों में, अम्ल आयन ऑक्सीकरण एजेंट हैं:। आयनों में कमी करने वाले उत्पाद बहुत विविध हो सकते हैं और धातु की गतिविधि पर निर्भर करते हैं।

एच 2 एस - सक्रिय धातुओं के साथ

एच 2 एसओ 4 + 6e एस 0 - मध्यम गतिविधि की धातुओं के साथ

SO 2 - कम सक्रिय धातुओं के साथ

NH 3 (NH 4 NO 3) - सक्रिय धातुओं के साथ

एचएनओ 3 + 4.5e एन 2 ओ, एन 2 - मध्यम गतिविधि की धातुओं के साथ

नहीं - कम सक्रिय धातुओं के साथ

एचएनओ 3 (संक्षिप्त) - संख्या 2 - किसी भी गतिविधि की धातुओं के साथ।

यदि धातुओं में परिवर्तनशील संयोजकता होती है, तो समूह I अम्लों के साथ, धातुएँ निम्नतम धनात्मक ऑक्सीकरण अवस्था प्राप्त करती हैं: Fe → Fe 2+, Cr → Cr 2+। समूह II के एसिड के साथ बातचीत करते समय, ऑक्सीकरण अवस्था +3: Fe → Fe 3+, Cr → Cr 3+ होती है, जबकि हाइड्रोजन कभी नहीं निकलती है।

समाधान में कुछ धातु (Fe, Cr, Al, Ti, Ni, आदि) मजबूत अम्लऑक्सीकरण होने के कारण, एक घने ऑक्साइड फिल्म के साथ कवर किया जाता है, जो धातु को और अधिक विघटन (निष्क्रियता) से बचाता है, लेकिन गर्म होने पर, ऑक्साइड फिल्म घुल जाती है, और प्रतिक्रिया आगे बढ़ती है।

सकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता वाली थोड़ी घुलनशील धातुएं मजबूत ऑक्सीकरण एजेंटों की उपस्थिति में समूह I एसिड में घुल सकती हैं।

मैं फ़िन आवर्त सारणीमेंडेलीव के तत्व बेरिलियम से एस्टैटिन तक एक विकर्ण खींचने के लिए, फिर नीचे बाईं ओर विकर्ण के साथ धातु तत्व होंगे (उनमें माध्यमिक उपसमूहों के तत्व भी शामिल हैं, नीले रंग में हाइलाइट किए गए हैं), और शीर्ष दाईं ओर - गैर-धातु तत्व (हाइलाइट किया गया पीला) विकर्ण के पास स्थित तत्व - सेमीमेटल्स या मेटलॉयड्स (बी, सी, जीई, एसबी, आदि) में एक दोहरा चरित्र होता है (गुलाबी रंग में हाइलाइट किया जाता है)।

जैसा कि चित्र से देखा जा सकता है, अधिकांश तत्व धातु हैं।

उनकी रासायनिक प्रकृति से, धातुएं हैं रासायनिक तत्व, जिनके परमाणु बाहरी या पूर्व-बाहरी ऊर्जा स्तरों से इलेक्ट्रॉनों का दान करते हैं, सकारात्मक रूप से आवेशित आयन बनाते हैं।

लगभग सभी धातुओं में बाहरी ऊर्जा स्तर पर अपेक्षाकृत बड़ी त्रिज्या और इलेक्ट्रॉनों की एक छोटी संख्या (1 से 3 तक) होती है। धातुओं की विशेषता है कम मानवैद्युतीयऋणात्मकता और कम करने वाले गुण।

सबसे विशिष्ट धातुएं पीरियड्स की शुरुआत (दूसरे से शुरू) में स्थित होती हैं, आगे बाएं से दाएं, धातु के गुण कमजोर हो जाते हैं। एक समूह में ऊपर से नीचे तक, धात्विक गुणों में वृद्धि होती है, क्योंकि परमाणुओं की त्रिज्या बढ़ जाती है (ऊर्जा स्तरों की संख्या में वृद्धि के कारण)। इससे तत्वों की इलेक्ट्रोनगेटिविटी (इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करने की क्षमता) में कमी आती है और कम करने वाले गुणों (रासायनिक प्रतिक्रियाओं में अन्य परमाणुओं को इलेक्ट्रॉनों को दान करने की क्षमता) में वृद्धि होती है।

ठेठधातु एस-तत्व हैं (आईए समूह के तत्व ली से एफआर तक। पीए समूह के तत्व एमजी से रा तक)। उनके परमाणुओं का सामान्य इलेक्ट्रॉनिक सूत्र ns 1-2 है। वे क्रमशः ऑक्सीकरण राज्यों + I और + II द्वारा विशेषता हैं।

विशिष्ट धातु परमाणुओं के बाहरी ऊर्जा स्तर में इलेक्ट्रॉनों की छोटी संख्या (1-2) इन इलेक्ट्रॉनों के आसान नुकसान और मजबूत कम करने वाले गुणों की अभिव्यक्ति का सुझाव देती है, जो कम इलेक्ट्रोनगेटिविटी मूल्यों को दर्शाती है। इसका तात्पर्य विशिष्ट धातुओं को प्राप्त करने के लिए सीमित रासायनिक गुणों और विधियों से है।

विशिष्ट धातुओं की एक विशिष्ट विशेषता उनके परमाणुओं की गैर-धातु परमाणुओं के साथ धनायन और आयनिक रासायनिक बंधन बनाने की प्रवृत्ति है। गैर-धातुओं के साथ विशिष्ट धातुओं के यौगिक आयनिक क्रिस्टल हैं "गैर-धातु का धातु का आयन", उदाहरण के लिए, K + Br -, Ca 2+ O 2-। जटिल आयनों के साथ यौगिकों में विशिष्ट धातु के उद्धरण भी शामिल हैं - हाइड्रॉक्साइड और लवण, उदाहरण के लिए, Mg 2+ (OH -) 2, (Li +) 2CO 3 2-।

Be-Al-Ge-Sb-Po आवर्त प्रणाली में उभयधर्मी विकर्ण बनाने वाली A-समूह धातुएँ, साथ ही साथ उनके निकट की धातुएँ (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) आमतौर पर धात्विक गुणों का प्रदर्शन नहीं करती हैं। . उनके परमाणुओं का सामान्य इलेक्ट्रॉनिक सूत्र एनएस 2 एनपी 0-4 ऑक्सीकरण राज्यों की एक बड़ी विविधता का सुझाव देता है, अपने स्वयं के इलेक्ट्रॉनों को धारण करने की अधिक क्षमता, उनकी कम करने की क्षमता में धीरे-धीरे कमी और ऑक्सीकरण क्षमता की उपस्थिति, विशेष रूप से उच्च ऑक्सीकरण राज्यों में ( विशिष्ट उदाहरण- यौगिक Tl III, Pb IV, Bi v)। इसी तरह का रासायनिक व्यवहार भी अधिकांश (डी-तत्वों, यानी बी-समूहों के तत्वों) की विशेषता है आवधिक प्रणाली (विशिष्ट उदाहरण- उभयधर्मी तत्व Cr और Zn)।

द्वैत (उभयचर) गुणों की यह अभिव्यक्ति, दोनों धातु (मूल) और गैर-धातु, रासायनिक बंधन की प्रकृति के कारण है। ठोस अवस्था में, गैर-धातुओं के साथ असामान्य धातुओं के यौगिकों में मुख्य रूप से सहसंयोजक बंधन होते हैं (लेकिन गैर-धातुओं के बीच के बंधनों की तुलना में कम मजबूत)। समाधान में, ये बंधन आसानी से टूट जाते हैं, और यौगिक आयनों (पूर्ण या आंशिक रूप से) में अलग हो जाते हैं। उदाहरण के लिए, गैलियम धातु में Ga 2 अणु होते हैं, ठोस अवस्था में एल्यूमीनियम और पारा (II) क्लोराइड AlCl 3 और HgCl 2 में दृढ़ता से सहसंयोजक बंधन होते हैं, लेकिन एक समाधान में AlCl 3 लगभग पूरी तरह से अलग हो जाता है, और HgCl 2 - एक बहुत छोटा हद तक (और फिर भी HgCl + और Cl - आयनों में)।

धातुओं के सामान्य भौतिक गुण

क्रिस्टल जाली में मुक्त इलेक्ट्रॉनों ("इलेक्ट्रॉन गैस") की उपस्थिति के कारण, सभी धातुएं निम्नलिखित विशिष्ट सामान्य गुण प्रदर्शित करती हैं:

1) प्लास्टिक- आसानी से आकार बदलने, तार में खिंचाव, पतली चादर में रोल करने की क्षमता।

2) धातु आभाऔर अस्पष्टता। यह धातु पर आपतित प्रकाश के साथ मुक्त इलेक्ट्रॉनों की अन्योन्य क्रिया के कारण होता है।

3) इलेक्ट्रिकल कंडक्टीविटी. यह एक छोटे से संभावित अंतर के प्रभाव में नकारात्मक से सकारात्मक ध्रुव तक मुक्त इलेक्ट्रॉनों के निर्देशित आंदोलन द्वारा समझाया गया है। गर्म करने पर, विद्युत चालकता कम हो जाती है, क्योंकि। तापमान में वृद्धि के साथ, नोड्स में परमाणुओं और आयनों के कंपन में वृद्धि होती है क्रिस्टल लैटिस, जो "इलेक्ट्रॉन गैस" के निर्देशित आंदोलन में बाधा डालता है।

4) ऊष्मीय चालकता।यह मुक्त इलेक्ट्रॉनों की उच्च गतिशीलता के कारण होता है, जिसके कारण धातु के द्रव्यमान से तापमान जल्दी से बराबर हो जाता है। उच्चतम तापीय चालकता बिस्मथ और पारा में है।

5) कठोरता।सबसे कठिन क्रोम है (कांच को काटता है); सबसे नरम - क्षार धातु - पोटेशियम, सोडियम, रूबिडियम और सीज़ियम - को चाकू से काटा जाता है।

6) घनत्व।यह जितना छोटा होता है, धातु का परमाणु द्रव्यमान उतना ही छोटा होता है और परमाणु की त्रिज्या जितनी बड़ी होती है। सबसे हल्का लिथियम है (ρ=0.53 g/cm3); सबसे भारी ऑस्मियम (ρ=22.6 g/cm3) है। 5 ग्राम/सेमी3 से कम घनत्व वाली धातुओं को "हल्की धातु" माना जाता है।

7) गलनांक और क्वथनांक।सबसे अधिक गलने योग्य धातु पारा (mp = -39°C) है, सबसे अधिक आग रोक धातु- टंगस्टन (t°pl. = 3390°C)। टी ° pl के साथ धातु। 1000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर को अपवर्तक माना जाता है, नीचे - कम गलनांक।

धातुओं के सामान्य रासायनिक गुण

प्रबल अपचायक: Me 0 - nē → Me n +

कई तनाव जलीय घोलों में रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं में धातुओं की तुलनात्मक गतिविधि की विशेषता रखते हैं।

I. अधातुओं के साथ धातुओं की अभिक्रिया

1) ऑक्सीजन के साथ:
2एमजी + ओ 2 → 2एमजीओ

2) सल्फर के साथ:
एचजी + एस → एचजीएस

3) हैलोजन के साथ:
Ni + Cl 2 - t° → NiCl 2

4) नाइट्रोजन के साथ:
3Ca + N 2 - t° → Ca 3 N 2

5) फास्फोरस के साथ:
3Ca + 2P - t° → Ca 3 P 2

6) हाइड्रोजन के साथ (केवल क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुएँ प्रतिक्रिया करती हैं):
2Li + H 2 → 2LiH

सीए + एच 2 → सीएएच 2

द्वितीय. अम्लों के साथ धातुओं की अभिक्रिया

1) एच तक वोल्टेज की विद्युत रासायनिक श्रृंखला में खड़ी धातुएं गैर-ऑक्सीकरण एसिड को हाइड्रोजन में कम करती हैं:

एमजी + 2एचसीएल → एमजीसीएल 2 + एच 2

2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) ऑक्सीकरण एसिड के साथ:

किसी भी सांद्रता के नाइट्रिक एसिड और धातुओं के साथ केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड की बातचीत में हाइड्रोजन कभी मुक्त नहीं होता है!

Zn + 2H 2 SO 4 (K) → ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

4Zn + 5H 2 SO 4(K) → 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

3Zn + 4H 2 SO 4(K) → 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O

2H 2 SO 4 (c) + Cu → Cu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

10HNO 3 + 4Mg → 4Mg(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

4HNO 3 (c) + Сu → u (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

III. जल के साथ धातुओं की परस्पर क्रिया

1) सक्रिय (क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातु) एक घुलनशील आधार (क्षार) और हाइड्रोजन बनाते हैं:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

सीए + 2 एच 2 ओ → सीए (ओएच) 2 + एच 2

2) मध्यम क्रिया वाली धातुएँ ऑक्साइड में गर्म करने पर जल द्वारा ऑक्सीकृत हो जाती हैं:

Zn + H 2 O - t° → ZnO + H 2

3) निष्क्रिय (Au, Ag, Pt) - प्रतिक्रिया न करें।

चतुर्थ। कम सक्रिय धातुओं की अधिक सक्रिय धातुओं द्वारा उनके लवणों के विलयन से विस्थापन:

Cu + HgCl 2 → Hg + CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

उद्योग में प्राय: शुद्ध धातुओं का प्रयोग नहीं किया जाता, बल्कि उनके मिश्रणों का प्रयोग किया जाता है- मिश्रजिसमें एक धातु के लाभकारी गुण दूसरे के लाभकारी गुणों से पूरित होते हैं। इसलिए, तांबे की कठोरता कम होती है और मशीन के पुर्जों के निर्माण के लिए इसका बहुत कम उपयोग होता है, जबकि जस्ता के साथ तांबे की मिश्र धातु ( पीतल) पहले से ही काफी कठिन हैं और मैकेनिकल इंजीनियरिंग में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। एल्यूमीनियम में उच्च लचीलापन और पर्याप्त हल्कापन (कम घनत्व) होता है, लेकिन यह बहुत नरम होता है। इसके आधार पर, मैग्नीशियम, तांबा और मैंगनीज के साथ एक मिश्र धातु तैयार की जाती है - ड्यूरालुमिन (ड्यूरालुमिन), जो बिना खोए उपयोगी गुणएल्यूमीनियम, उच्च कठोरता प्राप्त करता है और विमान उद्योग में उपयुक्त हो जाता है। कार्बन के साथ लोहे के मिश्र (और अन्य धातुओं के योग) व्यापक रूप से जाने जाते हैं कच्चा लोहातथा इस्पात।

मुक्त रूप में धातुएँ हैं अपचायक कारक।हालांकि, कुछ धातुओं की प्रतिक्रियाशीलता कम होती है क्योंकि वे से ढकी होती हैं सतह ऑक्साइड फिल्म, में बदलती डिग्रियांपानी, एसिड और क्षार के घोल जैसे रासायनिक अभिकर्मकों की कार्रवाई के लिए प्रतिरोधी।

उदाहरण के लिए, सीसा हमेशा एक ऑक्साइड फिल्म के साथ कवर किया जाता है; समाधान में इसके संक्रमण के लिए न केवल एक अभिकर्मक (उदाहरण के लिए, पतला नाइट्रिक एसिड) के संपर्क की आवश्यकता होती है, बल्कि हीटिंग की भी आवश्यकता होती है। एल्यूमीनियम पर ऑक्साइड फिल्म पानी के साथ अपनी प्रतिक्रिया को रोकती है, लेकिन एसिड और क्षार की क्रिया के तहत नष्ट हो जाती है। ढीली ऑक्साइड फिल्म (जंग), नम हवा में लोहे की सतह पर बनता है, लोहे के आगे ऑक्सीकरण में हस्तक्षेप नहीं करता है।

प्रभाव में केंद्रितअम्ल धातुओं पर बनते हैं टिकाऊऑक्साइड फिल्म। इस घटना को कहा जाता है निष्क्रियता. तो, एकाग्र में सल्फ्यूरिक एसिड Be, Bi, Co, Fe, Mg और Nb जैसी धातुओं और सांद्र नाइट्रिक एसिड में - धातुओं A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb में निष्क्रिय (और फिर एसिड के साथ प्रतिक्रिया न करें) , वें और यू.

अम्लीय समाधानों में ऑक्सीकरण एजेंटों के साथ बातचीत करते समय, अधिकांश धातुएं पिंजरों में परिवर्तित हो जाती हैं, जिसका प्रभार स्थिर ऑक्सीकरण अवस्था द्वारा निर्धारित किया जाता है। दिया गया तत्वयौगिकों में (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ और Fe 3+)

अम्लीय विलयन में धातुओं की अपचायक गतिविधि तनावों की एक श्रृंखला द्वारा संचरित होती है। अधिकांश धातुओं को हाइड्रोक्लोरिक और पतला सल्फ्यूरिक एसिड के साथ एक समाधान में परिवर्तित किया जाता है, लेकिन Cu, Ag और Hg - केवल सल्फ्यूरिक (केंद्रित) और नाइट्रिक एसिड के साथ, और Pt और Au - "एक्वा रेजिया" के साथ।

धातुओं का क्षरण

धातुओं का एक अवांछनीय रासायनिक गुण उनका पानी के संपर्क में आने पर और उसमें घुली ऑक्सीजन के प्रभाव में उनका सक्रिय विनाश (ऑक्सीकरण) है। (ऑक्सीजन क्षरण)।उदाहरण के लिए, पानी में लोहे के उत्पादों का क्षरण व्यापक रूप से जाना जाता है, जिसके परिणामस्वरूप जंग बनता है, और उत्पाद पाउडर में उखड़ जाते हैं।

धातुओं का संक्षारण जल में घुली हुई CO2 और SO2 गैसों की उपस्थिति के कारण भी होता है; एक अम्लीय वातावरण बनता है, और हाइड्रोजन एच 2 के रूप में सक्रिय धातुओं द्वारा एच + उद्धरणों को विस्थापित किया जाता है ( हाइड्रोजन जंग).

दो असमान धातुओं के बीच संपर्क बिंदु विशेष रूप से संक्षारक हो सकता है ( संपर्क जंग)।एक धातु के बीच, जैसे कि Fe, और दूसरी धातु, जैसे Sn या Cu, को पानी में रखा जाता है, एक गैल्वेनिक युगल दिखाई देता है। इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह अधिक सक्रिय धातु से जाता है, जो वोल्टेज (Re) की श्रृंखला में बाईं ओर है, कम सक्रिय धातु (Sn, Cu) तक, और अधिक सक्रिय धातु नष्ट हो जाती है (corrodes)।

इस वजह से टिन की सतह में जंग लग जाती है। डिब्बे(टिन-प्लेटेड आयरन) जब नम वातावरण में संग्रहीत किया जाता है और लापरवाही से संभाला जाता है (लोहा एक छोटी सी खरोंच के बाद भी जल्दी टूट जाता है, जिससे लोहा नमी के संपर्क में आ जाता है)। इसके विपरीत, लोहे की बाल्टी की जस्ती सतह लंबे समय तक जंग नहीं करती है, क्योंकि खरोंच होने पर भी यह लोहा नहीं होता है, लेकिन जस्ता (लोहे की तुलना में अधिक सक्रिय धातु) होता है।

किसी दिए गए धातु के लिए संक्षारण प्रतिरोध तब बढ़ जाता है जब उस पर अधिक सक्रिय धातु का लेप लगाया जाता है या जब वे फ्यूज हो जाते हैं; उदाहरण के लिए, लोहे को क्रोमियम से कोटिंग करने या क्रोमियम के साथ लोहे की मिश्र धातु बनाने से लोहे का क्षरण समाप्त हो जाता है। क्रोम-प्लेटेड आयरन और स्टील जिसमें क्रोमियम होता है ( स्टेनलेस स्टील ) उच्च संक्षारण प्रतिरोध है।

विद्युत धातु विज्ञान, यानी, पिघलने (सबसे सक्रिय धातुओं के लिए) या नमक के घोल के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा धातु प्राप्त करना;

पायरोमेटलर्जी, यानी, अयस्कों से धातुओं की वसूली उच्च तापमान(उदाहरण के लिए, ब्लास्ट-फर्नेस प्रक्रिया में लोहा प्राप्त करना);

जल धातु विज्ञान, यानी, अधिक सक्रिय धातुओं द्वारा धातुओं को उनके लवण के घोल से अलग करना (उदाहरण के लिए, जस्ता, लोहा या एल्यूमीनियम की क्रिया द्वारा CuSO 4 घोल से तांबे का उत्पादन)।

मूल धातुएं कभी-कभी प्रकृति में पाई जाती हैं (विशिष्ट उदाहरण एजी, एयू, पीटी, एचजी हैं), लेकिन अधिकतर धातुएं यौगिकों के रूप में होती हैं ( धातु अयस्कों) प्रचलन के संदर्भ में पृथ्वी की पपड़ीधातुएं अलग हैं: सबसे आम से - अल, ना, सीए, फे, एमजी, के, टीआई) से दुर्लभतम - बीआई, इन, एजी, एयू, पीटी, रे।

धातुएं अपनी रासायनिक गतिविधि में बहुत भिन्न होती हैं। किसी धातु की रासायनिक गतिविधि का अंदाजा मोटे तौर पर उसकी स्थिति से लगाया जा सकता है।

सबसे सक्रिय धातुएं इस पंक्ति की शुरुआत में (बाईं ओर) स्थित हैं, सबसे निष्क्रिय - अंत में (दाईं ओर)।
के साथ प्रतिक्रियाएं सरल पदार्थ. धातुएँ अधातुओं के साथ अभिक्रिया करके बाइनरी यौगिक बनाती हैं। प्रतिक्रिया की स्थिति, और कभी-कभी उनके उत्पाद, विभिन्न धातुओं के लिए बहुत भिन्न होते हैं।
इसलिए, उदाहरण के लिए, क्षार धातुएं ऑक्सीजन (हवा की संरचना सहित) के साथ सक्रिय रूप से प्रतिक्रिया करती हैं कमरे का तापमानऑक्साइड और पेरोक्साइड के गठन के साथ

4Li + O 2 = 2Li 2 O;
2ना + ओ 2 \u003d ना 2 ओ 2

इंटरमीडिएट गतिविधि धातु गर्म होने पर ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करती है। इस मामले में, ऑक्साइड बनते हैं:

2एमजी + ओ 2 \u003d टी 2एमजीओ।

निष्क्रिय धातुएं (उदाहरण के लिए, सोना, प्लेटिनम) ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया नहीं करती हैं और इसलिए, व्यावहारिक रूप से हवा में अपनी चमक नहीं बदलती हैं।
अधिकांश धातुएँ, जब सल्फर पाउडर के साथ गर्म की जाती हैं, तो संबंधित सल्फाइड बनाती हैं:

के साथ प्रतिक्रियाएं जटिल पदार्थ. सभी वर्गों के यौगिक धातुओं के साथ प्रतिक्रिया करते हैं - ऑक्साइड (पानी सहित), अम्ल, क्षार और लवण।
सक्रिय धातुएं कमरे के तापमान पर पानी के साथ हिंसक रूप से प्रतिक्रिया करती हैं:

2Li + 2H 2 O \u003d 2LiOH + H 2;
बा + 2 एच 2 ओ \u003d बा (ओएच) 2 + एच 2।

उदाहरण के लिए, मैग्नीशियम और एल्युमिनियम जैसी धातुओं की सतह को संबंधित ऑक्साइड की घनी फिल्म द्वारा संरक्षित किया जाता है। यह पानी के साथ प्रतिक्रिया को रोकता है। हालांकि, अगर इस फिल्म को हटा दिया जाता है या इसकी अखंडता का उल्लंघन होता है, तो ये धातुएं भी सक्रिय रूप से प्रतिक्रिया करती हैं। उदाहरण के लिए, पाउडर मैग्नीशियम गर्म पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है:

एमजी + 2एच 2 ओ \u003d 100 डिग्री सेल्सियस एमजी (ओएच) 2 + एच 2।

ऊंचे तापमान पर, कम सक्रिय धातुएं भी पानी के साथ प्रतिक्रिया करती हैं: Zn, Fe, Mil, आदि। इस मामले में, संबंधित ऑक्साइड बनते हैं। उदाहरण के लिए, जब जल वाष्प को गर्म लोहे की छीलन के ऊपर से गुजारा जाता है, तो निम्नलिखित प्रतिक्रिया होती है:

3Fe + 4H 2 O \u003d t Fe 3 O 4 + 4H 2।

हाइड्रोजन तक सक्रियता श्रेणी की धातुएँ अम्ल (HNO3 को छोड़कर) के साथ क्रिया करके लवण और हाइड्रोजन बनाती हैं। सक्रिय धातुएँ (K, Na, Ca, Mg) अम्ल विलयनों के साथ बहुत तीव्र गति से (उच्च गति पर) प्रतिक्रिया करती हैं:

सीए + 2 एचसीएल \u003d सीएसीएल 2 + एच 2;
2Al + 3H 2 SO 4 \u003d अल 2 (SO 4) 3 + 3H 2.

निष्क्रिय धातुएं अक्सर एसिड में व्यावहारिक रूप से अघुलनशील होती हैं। यह उनकी सतह पर एक अघुलनशील नमक फिल्म के निर्माण के कारण है। उदाहरण के लिए, सीसा, जो हाइड्रोजन तक गतिविधि श्रृंखला में है, व्यावहारिक रूप से तनु सल्फ्यूरिक में नहीं घुलता है और हाइड्रोक्लोरिक एसिडइसकी सतह पर फिल्म बनने के कारण अघुलनशील लवण(पीबीएसओ 4 और पीबीसीएल 2)।

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दृढ गुण- ये सभी धातुओं के मुख्य रासायनिक गुण हैं। वे ऑक्सीकरण एजेंटों की एक विस्तृत विविधता के साथ बातचीत में खुद को प्रकट करते हैं, जिसमें ऑक्सीकरण एजेंट शामिल हैं वातावरण. पर सामान्य दृष्टि सेऑक्सीकरण एजेंटों के साथ धातु की बातचीत योजना द्वारा व्यक्त की जा सकती है:

मैं + आक्सीकारक" मैं(+एक्स),

जहाँ (+X) Me की धनात्मक ऑक्सीकरण अवस्था है।

धातु ऑक्सीकरण के उदाहरण।

Fe + O 2 → Fe (+3) 4Fe + 3O 2 \u003d 2 Fe 2 O 3

Ti + I 2 → Ti(+4) Ti + 2I 2 = TiI 4

Zn + H + → Zn (+2) Zn + 2H + = Zn 2+ + H 2

धातुओं की गतिविधि श्रृंखला

धातुओं के अपचायक गुण एक दूसरे से भिन्न होते हैं। इलेक्ट्रोड क्षमता ई का उपयोग धातुओं के कम करने वाले गुणों की मात्रात्मक विशेषता के रूप में किया जाता है।

धातु जितनी अधिक सक्रिय होगी, उसका मानक इलेक्ट्रोड विभव E o उतना ही अधिक ऋणात्मक होगा।

धातुएँ एक पंक्ति में व्यवस्थित होती हैं क्योंकि उनकी ऑक्सीडेटिव गतिविधि घट जाती है जिससे गतिविधि की एक पंक्ति बन जाती है।

धातुओं की गतिविधि श्रृंखला

मैं

ली

क

सीए

ना

मिलीग्राम

अली

एम.एन.

Zn

करोड़

फ़े

नी

एस.एन.

पंजाब

एच 2

घन

एजी

औ

मेज़+

ली +

कश्मीर+

सीए2+

ना+

एमजी2+

अल 3+

एमएन2+

Zn2+

सीआर3+

Fe2+

Ni2+

एसएन 2+

पंजाब 2+

एच+

Cu2+

एजी+

औ 3+

ई ओ, बी

-3,0

-2,9

-2,87

-2,71

-2,36

-1,66

-1,18

-0,76

-0,74

-0,44

-0,25

-0,14

-0,13

0

+0,34

+0,80

+1,50

धातु, अधिक के साथ ऋणात्मक मानईओ, अधिक सकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता के साथ धातु के धनायन को कम करने में सक्षम है।

एक धातु को उसके नमक के घोल से दूसरी धातु के साथ उच्च अपचायक गतिविधि के साथ अपचयन को सीमेंटेशन कहा जाता है।. धातुकर्म प्रौद्योगिकियों में सीमेंटेशन का उपयोग किया जाता है।

विशेष रूप से, Cd को इसके नमक के जिंक के साथ घोल से कम करके प्राप्त किया जाता है।

जेडएन + सीडी 2+ = सीडी + जेडएन 2+

3.3. 1. ऑक्सीजन के साथ धातुओं की बातचीत

ऑक्सीजन एक मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट है। यह धातुओं के विशाल बहुमत का ऑक्सीकरण कर सकता है सिवायऔतथापीटी . हवा में धातुएं ऑक्सीजन के संपर्क में आती हैं, इसलिए, धातुओं के रसायन विज्ञान का अध्ययन करते समय, धातु की ऑक्सीजन के साथ बातचीत की विशेषताओं पर हमेशा ध्यान दिया जाता है।

हर कोई जानता है कि नम हवा में लोहा जंग से ढका होता है - हाइड्रेटेड आयरन ऑक्साइड। लेकिन बहुत अधिक तापमान पर कॉम्पैक्ट अवस्था में कई धातुएं ऑक्सीकरण के लिए प्रतिरोध दिखाती हैं, क्योंकि वे अपनी सतह पर पतली सुरक्षात्मक फिल्में बनाती हैं। ऑक्सीकरण उत्पादों की ये फिल्में ऑक्सीकरण एजेंट को धातु के संपर्क में नहीं आने देती हैं। धातु की सतह पर सुरक्षात्मक परतों के बनने की घटना जो धातु के ऑक्सीकरण को रोकती है, धातु निष्क्रियता कहलाती है।

तापमान में वृद्धि ऑक्सीजन द्वारा धातुओं के ऑक्सीकरण को बढ़ावा देती है. सूक्ष्म विभाजित अवस्था में धातुओं की सक्रियता बढ़ जाती है। पाउडर के रूप में अधिकांश धातुएं ऑक्सीजन में जलती हैं।

एस-धातु

सबसे बड़ी पुनर्स्थापना गतिविधि दिखाई जाती हैएस-धातु।धातु Na, K, Rb Cs हवा में प्रज्वलित करने में सक्षम हैं, और उन्हें सीलबंद जहाजों में या मिट्टी के तेल की एक परत के नीचे संग्रहीत किया जाता है। Be और Mg हवा में कम तापमान पर निष्क्रिय होते हैं। लेकिन जब प्रज्वलित किया जाता है, तो Mg पट्टी एक चमकदार लौ के साथ जलती है।

धातुओंद्वितीयए-उपसमूह और ली, ऑक्सीजन के साथ बातचीत करते समय, ऑक्साइड बनाते हैं.

2Ca + O 2 \u003d 2CaO

4 ली + ओ 2 \u003d 2 ली 2 ओ

क्षार धातु, के अलावाली, ऑक्सीजन के साथ परस्पर क्रिया करते समय, वे ऑक्साइड नहीं, बल्कि पेरोक्साइड बनाते हैंमैं 2 हे 2 और सुपरऑक्साइड्समेओ 2 .

2ना + ओ 2 \u003d ना 2 ओ 2

के + ओ 2 = केओ 2

पी-धातु

स्वामित्व वाली धातुपी- हवा पर ब्लॉक करने के लिए निष्क्रिय कर रहे हैं।

ऑक्सीजन में जलने पर

• IIIA- उपसमूह धातुएं प्रकार के ऑक्साइड बनाती हैं मैं 2 ओ 3,
• Sn का ऑक्सीकरण होता है एसएनओ 2 , और पीबी - अप करने के लिए पीबीओ
• बी जाता है द्वि 2 ओ 3.

डी-धातु

सभीडी- आवर्त 4 धातुएं ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकृत होती हैं. Sc, Mn, Fe सबसे आसानी से ऑक्सीकृत होते हैं। Ti, V, Cr जंग के लिए विशेष रूप से प्रतिरोधी।

ऑक्सीजन में जलने पर के सभीडी

ऑक्सीजन में जलने पर के सभीडी- चौथी अवधि के तत्व, केवल स्कैंडियम, टाइटेनियम और वैनेडियम ऑक्साइड बनाते हैं जिसमें Me उच्चतम डिग्रीसमूह संख्या के बराबर ऑक्सीकरण।चौथे आवर्त की शेष d-धातुएँ, जब ऑक्सीजन में जलाई जाती हैं, ऑक्साइड बनाती हैं जिसमें Me मध्यवर्ती लेकिन स्थिर ऑक्सीकरण अवस्था में होता है।

ऑक्सीजन में दहन के दौरान 4 अवधियों के डी-धातुओं द्वारा बनने वाले ऑक्साइड के प्रकार:

• मेओफॉर्म Zn, Cu, Ni, Co. (T>1000оС पर Cu, Cu 2 O बनाता है),
• मैं 2 ओ 3, फॉर्म Cr, Fe और Sc,
• मेओ 2 - Mn और Ti
• वी फॉर्म उच्च ऑक्साइड -वी 2 हे 5 .

डी-पांचवें और छठे आवर्त के धातु, सिवाय Y ला, अन्य सभी धातुओं की तुलना में अधिक ऑक्सीकरण के लिए प्रतिरोधी हैं। ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया न करेंऔ, पं .

ऑक्सीजन में जलने परडी-5 और 6 आवर्त की धातुएं, एक नियम के रूप में, उच्च ऑक्साइड बनाती हैं, एजी, पीडी, आरएच, आरयू धातु अपवाद हैं।

ऑक्सीजन में दहन के दौरान 5 और 6 अवधियों के डी-धातुओं द्वारा बनने वाले ऑक्साइड के प्रकार:

• मैं 2 ओ 3- फॉर्म वाई, ला; आरएच;
• मेओ 2- जेडआर, एचएफ; आईआर:
• मैं 2 ओ 5- नायब, ता;
• मेओ 3- मो, वू
• मैं 2 ओ 7- टीसी, रे
• मेओ 4 - ओसो
• मेओ- सीडी, एचजी, पीडी;
• मैं 2 ओ- एजी;

अम्लों के साथ धातुओं की परस्पर क्रिया

अम्ल विलयनों में, हाइड्रोजन धनायन एक ऑक्सीकारक है।. H + धनायन गतिविधि श्रृंखला में धातुओं को हाइड्रोजन में ऑक्सीकृत कर सकता है, अर्थात। नकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता वाले।

कई धातुएं, जब अम्लीय जलीय घोल में ऑक्सीकृत होती हैं, तो कई धनायनों में बदल जाती हैंमेज़ो + .

अनेक अम्लों के ऋणायन H+ से अधिक प्रबल ऑक्सीकारक गुण प्रदर्शित करने में सक्षम होते हैं। ऐसे ऑक्सीकरण एजेंटों में आयन और सबसे आम एसिड शामिल हैं एच 2 इसलिए 4 तथाएचएनओ 3 .

आयनों संख्या 3 - समाधान में किसी भी एकाग्रता पर ऑक्सीकरण गुण प्रदर्शित करते हैं, लेकिन कमी उत्पाद एसिड की एकाग्रता और ऑक्सीकृत धातु की प्रकृति पर निर्भर करते हैं।

आयनों SO 4 2- केवल सांद्र H 2 SO 4 में ऑक्सीकरण गुण प्रदर्शित करते हैं।

ऑक्सीडाइज़र कमी उत्पाद: एच +, नहीं 3 - , इसलिए 4 2 -

2H + + 2e - =एच 2

इसलिए 4 2- केंद्रित एच 2 एसओ 4 . से इसलिए 4 2- + 2e - + 4 एच + = इसलिए 2 + 2 एच 2 हे

(S, H 2 S का बनना भी संभव है)

सं 3 - सांद्र HNO 3 . से नंबर 3 - + ई - +2एच+= नंबर 2 + एच 2 ओ
सं 3 - पतला एचएनओ 3 . से नहीं 3 - + 3e - +4एच+=नहीं + 2एच 2 ओ

(एन 2 ओ, एन 2, एनएच 4 + बनाना भी संभव है)

अम्लों के साथ धातुओं की परस्पर क्रिया की अभिक्रियाओं के उदाहरण

Zn + H 2 SO 4 (रज़ब।) "ZnSO 4 + H 2

8Al + 15H 2 SO 4 (c.) "4Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 S + 12H 2 O

3Ni + 8HNO 3 (deb।) "3Ni(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O

Cu + 4HNO 3 (c.) "Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

अम्लीय घोल में धातु ऑक्सीकरण उत्पाद

क्षार धातुएँ Me + प्रकार का धनायन बनाती हैं, दूसरे समूह की s-धातुएँ धनायन बनाती हैंमुझे 2+।

पी-ब्लॉक धातुएं, जब एसिड में घुल जाती हैं, तो तालिका में दर्शाए गए धनायन बनाती हैं।

धातुएँ Pb और Bi केवल नाइट्रिक अम्ल में घुलती हैं।

मैं	अली	गा	में	टी एल	एस.एन.	पंजाब	द्वि
मेज़+	अल 3+	गा3+	3+ . में	टीएल+	एसएन 2+	पंजाब 2+	द्वि 3+
ईओ, बी	-1,68	-0,55	-0,34	-0,34	-0,14	-0,13	+0,317

सभी d-धातुएं 4 अवधियों को छोड़करघन , आयनों द्वारा ऑक्सीकृत किया जा सकता हैएच+ एसिड समाधान में।

डी-धातुओं द्वारा गठित धनायनों के प्रकार 4 आवर्त:

• मैं 2+(Mn से Cu तक के d-धातुओं का निर्माण करें)
• मुझे 3+ (नाइट्रिक एसिड में एससी, टीआई, वी, सीआर और फे के रूप में)।
• Ti और V भी धनायन बनाते हैं मेओ 2+

डी-आवर्त 5 और 6 के तत्व 4 . की तुलना में ऑक्सीकरण के लिए अधिक प्रतिरोधी हैंडी- धातु।

अम्लीय विलयनों में, H + ऑक्सीकरण कर सकता है: Y, La, Cd।

एचएनओ में 3 घुल सकता है: सीडी, एचजी, एजी। गर्म एचएनओ 3 पीडी, टीसी, रे को घोलता है।

गर्म H 2 SO 4 में घुल जाता है: Ti, Zr, V, Nb, Tc, Re, Rh, Ag, Hg।

धातु: Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W आमतौर पर HNO 3 + HF के मिश्रण में घुल जाते हैं।

एक्वा रेजिया (HNO 3 + HCl मिश्रण) में Zr, Hf, Mo, Tc, Rh, Ir, Pt, Au और Os को कठिनाई से घोला जा सकता है)। एक्वा रेजिया या एचएनओ 3 + एचएफ के मिश्रण में धातुओं के विघटन का कारण जटिल यौगिकों का निर्माण है।

उदाहरण। एक्वा रेजिया में सोने का घुलना कॉम्प्लेक्स बनने से संभव हो जाता है -

एयू + एचएनओ 3 + 4 एचसीएल \u003d एच + एनओ + 2 एच 2 ओ

जल के साथ धातुओं की परस्पर क्रिया

पानी के ऑक्सीकरण गुण किसके कारण होते हैंएच (+1)।

2एच 2 ओ + 2ई -" एच 2 + 2OH -

चूँकि जल में H+ की सांद्रता कम होती है, इसलिए इसके ऑक्सीकरण गुण कम होते हैं। धातुएं पानी में घुल सकती हैंइ< - 0,413 B. Число металлов, удовлетворяющих этому условию, значительно больше, чем число металлов, реально растворяющихся в воде. Причиной этого является образование на поверхности большинства металлов плотного слоя оксида, нерастворимого в воде. Если оксиды и гидроксиды металла растворимы в воде, то этого препятствия нет, поэтому щелочные и щелочноземельные металлы энергично растворяются в воде. सभीएस- धातु, के अलावा अन्यबी और एमजी पानी में आसानी से घुलनशील।

2 ना + 2 Höh = एच 2 + 2 ओह -

Na जल के साथ तीव्रता से अभिक्रिया करता है, जिससे ऊष्मा निकलती है। उत्सर्जित एच 2 प्रज्वलित हो सकता है।

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O

Mg केवल उबलते पानी में घुलता है, Be एक निष्क्रिय अघुलनशील ऑक्साइड द्वारा ऑक्सीकरण से सुरक्षित रहता है

पी-ब्लॉक धातुएं . की तुलना में कम शक्तिशाली कम करने वाले एजेंट हैंएस.

पी-धातुओं में, IIIA उपसमूह की धातुओं के लिए कम करने की गतिविधि अधिक है, Sn और Pb कमजोर कम करने वाले एजेंट हैं, Bi में Eo> 0 है।

सामान्य परिस्थितियों में पी-धातुएं पानी में नहीं घुलती हैं. जब सुरक्षात्मक ऑक्साइड सतह से क्षारीय घोल में घुल जाता है, तो Al, Ga, और Sn पानी से ऑक्सीकृत हो जाते हैं।

डी-धातुओं में, वे पानी द्वारा ऑक्सीकृत होते हैंगर्म होने पर Sc और Mn, La, Y. लोहा जलवाष्प के साथ अभिक्रिया करता है।

क्षार विलयन के साथ धातुओं की परस्पर क्रिया

क्षारीय विलयनों में जल ऑक्सीकारक के रूप में कार्य करता है।.

2H 2 O + 2e - \u003dएच 2 + 2 ओएच -ईओ \u003d - 0.826 बी (पीएच \u003d 14)

पानी के ऑक्सीकरण गुण H+ की सांद्रता में कमी के कारण pH बढ़ने के साथ कम हो जाते हैं। बहरहाल, कुछ धातुएँ जो पानी में नहीं घुलती हैं, क्षार के घोल में घुल जाती हैं,उदाहरण के लिए, अल, जेडएन और कुछ अन्य। मुख्य कारणऐसी धातुओं का क्षारीय विलयन में विलयन यह होता है कि इन धातुओं के ऑक्साइड और हाइड्रॉक्साइड उभयधर्मी होते हैं, क्षार में घुलते हैं, ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट के बीच की बाधा को समाप्त करते हैं।

उदाहरण। NaOH विलयन में Al का विलयन।

2Al + 3H 2 O + 2NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na + 3H 2