Դասախոսություն 11. Քիմիական հատկություններմետաղներ.

Մետաղների փոխազդեցությունը պարզ օքսիդանտների հետ. Մետաղների և ջրի, թթուների, ալկալիների և աղերի ջրային լուծույթների հարաբերակցությունը: Օքսիդային ֆիլմի և օքսիդացման արտադրանքի դերը: Մետաղների փոխազդեցությունը ազոտական ​​և խտացված ծծմբաթթուների հետ:

Մետաղները ներառում են բոլոր s-, d-, f-տարրերը, ինչպես նաև p-տարրերը, որոնք գտնվում են պարբերական աղյուսակի ստորին մասում՝ բորից մինչև ասատին գծված անկյունագծից։ Այս տարրերի պարզ նյութերում իրականացվում է մետաղական կապ։ Մետաղների ատոմները արտաքինից քիչ էլեկտրոններ ունեն էլեկտրոնային պատյան, 1, 2 կամ 3 քանակով։ Մետաղներն ունեն էլեկտրադրական հատկություններ և ունեն ցածր էլեկտրաբացասականություն՝ երկուսից պակաս։

Մետաղները բնորոշ են բնորոշ նշաններ... Սրանք պինդ մարմիններ են, ավելի ծանր, քան ջուրը, մետաղական փայլով: Մետաղներն ունեն բարձր ջերմային և էլեկտրական հաղորդունակություն։ Դրանք բնութագրվում են էլեկտրոնների արտանետումներով, տարբերների ազդեցության տակ արտաքին ազդեցություններըլույսի ճառագայթում, տաքացում, ճեղքվածք (էկզէլեկտրոնային արտանետում):

Մետաղների հիմնական առանձնահատկությունը էլեկտրոններ նվիրաբերելու ունակությունն է այլ նյութերի ատոմներին և իոններին։ Դեպքերի ճնշող մեծամասնությունում մետաղները նվազեցնող նյութեր են: Եվ սա նրանց բնորոշ քիմիական հատկությունն է։ Դիտարկենք մետաղների հարաբերակցությունը բնորոշ օքսիդանտներին, որոնք ներառում են պարզ նյութեր՝ ոչ մետաղներ, ջուր, թթուներ։ Աղյուսակ 1-ը տեղեկատվություն է տալիս մետաղների և պարզ օքսիդանտների հարաբերակցության մասին:

Աղյուսակ 1

Մետաղների և պարզ օքսիդանտների հարաբերակցությունը

Բոլոր մետաղները փոխազդում են ֆտորի հետ։ Բացառություն են կազմում ալյումինը, երկաթը, նիկելը, պղինձը, ցինկը՝ խոնավության բացակայության դեպքում։ Ֆտորի հետ ռեակցիայի ժամանակ այս տարրերը սկզբում ձևավորում են ֆտորիդային թաղանթներ, որոնք պաշտպանում են մետաղները հետագա ռեակցիաներից:

Նույն պայմաններում և պատճառներով երկաթը պասիվացվում է քլորի հետ ռեակցիայի արդյունքում։ Թթվածնի հետ կապված ոչ բոլորը, այլ միայն մի շարք մետաղներ են կազմում խիտ պաշտպանիչ օքսիդ թաղանթներ։ Ֆտորից ազոտին անցնելիս (աղյուսակ 1) օքսիդատիվ ակտիվությունը նվազում է և հետևաբար բոլոր ավելինմետաղները չեն օքսիդանում. Օրինակ, միայն լիթիումը և հողալկալիական մետաղները փոխազդում են ազոտի հետ։

Մետաղների և ջրի և օքսիդացնող նյութերի ջրային լուծույթների հարաբերակցությունը:

Վ ջրային լուծույթներմետաղի նվազեցման ակտիվությունը բնութագրվում է նրա ստանդարտ ռեդոքս ներուժի արժեքով: Ստանդարտ ռեդոքսային պոտենցիալների ամբողջ շարքից առանձնանում են մի շարք մետաղական լարումներ, որոնք նշված են Աղյուսակ 2-ում:

աղյուսակ 2

Սթրեսային մետաղների մի շարք

Օքսիդացնող նյութ	Էլեկտրոդի գործընթացի հավասարումը	Ստանդարտ էլեկտրոդի պոտենցիալ φ 0, Վ	Կրճատող միջոց	Նվազեցնող նյութերի պայմանական գործունեությունը
Լի +	Li + + e - = Li	-3,045	Լի	Ակտիվ
Rb +	Rb + + e - = Rb	-2,925	Ռբ	Ակտիվ
K +	K + + e - = Կ	-2,925	Կ	Ակտիվ
Cs +	Cs + + e - = Cs	-2,923	Cs	Ակտիվ
Ca 2+	Ca 2+ + 2e - = Ca	-2,866	Ք.ա	Ակտիվ
Na +	Na + + e - = Na	-2,714	Նա	Ակտիվ
Mg 2+	Mg 2+ +2 e - = Mg	-2,363	Մգ	Ակտիվ
Ալ 3+	Al 3+ + 3e - = Ալ	-1,662	Ալ	Ակտիվ
Ti 2+	Ti 2+ + 2e - = Ti	-1,628	Թի	ամուսնացնել գործունեություն
Mn 2+	Mn 2+ + 2e - = Mn	-1,180	Մն	ամուսնացնել գործունեություն
Cr 2+	Cr 2+ + 2e - = Cr	-0,913	Քր	ամուսնացնել գործունեություն
Հ 2 Օ	2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH -	-0,826	H 2, pH = 14	ամուսնացնել գործունեություն
Zn 2+	Zn 2+ + 2e - = Zn	-0,763	Zn	ամուսնացնել գործունեություն
Cr 3+	Cr 3+ + 3e - = Cr	-0,744	Քր	ամուսնացնել գործունեություն
Fe 2+	Fe 2+ + e - = Fe	-0,440	Ֆե	ամուսնացնել գործունեություն
Հ 2 Օ	2H 2 O + e - = H 2 + 2OH -	-0,413	H 2, pH = 7	ամուսնացնել գործունեություն
CD 2+	Cd 2+ + 2e - = Cd	-0,403	Cd	ամուսնացնել գործունեություն
Co 2+	Co 2+ +2 e - = Co	-0,227	Ընկ	ամուսնացնել գործունեություն
Նի 2+	Ni 2+ + 2e - = Ni	-0,225	Նի	ամուսնացնել գործունեություն
Sn 2+	Sn 2+ + 2e - = Sn	-0,136	Սն	ամուսնացնել գործունեություն
Pb 2+	Pb 2+ + 2e - = Pb	-0,126	Pb	ամուսնացնել գործունեություն
Fe 3+	Fe 3+ + 3e - = Fe	-0,036	Ֆե	ամուսնացնել գործունեություն
H +	2H + + 2e - = H 2		H 2, pH = 0	ամուսնացնել գործունեություն
Bi 3+	Bi 3+ + 3e - = Bi	0,215	Բի	Փոքր ակտիվ
Cu 2+	Cu 2+ + 2e - = Cu	0,337	Cu	Փոքր ակտիվ
Cu +	Cu + + e - = Cu	0,521	Cu	Փոքր ակտիվ
Hg 2 2+	Hg 2 2+ + 2e - = Hg	0,788	Hg 2	Փոքր ակտիվ
Ag +	Ag + + e - = Ag	0,799	Ագ	Փոքր ակտիվ
Hg 2+	Hg 2+ + 2e - = Hg	0,854	Հգ	Փոքր ակտիվ
Pt 2+	Pt 2+ + 2e - = Pt	1,2	Պտ	Փոքր ակտիվ
Au 3+	Au 3+ + 3e - = Au	1,498	Ավ	Փոքր ակտիվ
Au +	Au + + e - = Au	1,691	Ավ	Փոքր ակտիվ

Լարումների այս շարքը ցույց է տալիս նաև ջրածնի էլեկտրոդի էլեկտրոդի պոտենցիալների արժեքները թթվային (pH = 0), չեզոք (pH = 7), ալկալային (pH = 14) միջավայրերում: Այս կամ այն ​​մետաղի դիրքը լարումների շարքում բնութագրում է նրա կարողությունը ջրային լուծույթներում փոխազդեցությունները օքսիդացնելու համար. ստանդարտ պայմաններ... Մետաղական իոնները օքսիդացնող նյութեր են, իսկ մետաղները՝ վերականգնող նյութեր։ Որքան հեռու է մետաղը գտնվում լարումների շարքում, այնքան ավելի ուժեղ է օքսիդացնող նյութը ջրային լուծույթում նրա իոնները: Որքան մոտ է մետաղը շարքի սկզբին, այնքան ավելի հզոր է այն նվազեցնող նյութը:

Մետաղները կարողանում են միմյանց տեղահանել աղի լուծույթներից։ Ռեակցիայի ուղղությունը որոշվում է այս դեպքում լարումների շարքում նրանց հարաբերական դիրքով։ Պետք է նկատի ունենալ, որ ակտիվ մետաղները ջրածինը տեղահանում են ոչ միայն ջրից, այլև ցանկացած ջրային լուծույթից։ Ուստի մետաղների փոխադարձ տեղաշարժը դրանց աղերի լուծույթներից տեղի է ունենում միայն մագնեզիումից հետո մի շարք լարումների մեջ գտնվող մետաղների դեպքում։

Բոլոր մետաղները բաժանված են երեք պայմանական խմբերի, որոնք արտացոլված են հետևյալ աղյուսակում.

Աղյուսակ 3

Մետաղների պայմանական բաժանում

Փոխազդեցություն ջրի հետ.Ջրածնի իոնը ջրի մեջ օքսիդացնող նյութ է: Ուստի ջրով կարող են օքսիդանալ միայն այն մետաղները, որոնց ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալները ցածր են ջրածնի իոնների պոտենցիալից ջրում։ Այն կախված է միջավայրի pH-ից և հավասար է

φ = -0,059рН.

Չեզոք միջավայրում (pH = 7) φ = -0,41 V. Ջրի հետ մետաղների փոխազդեցության բնույթը ներկայացված է Աղյուսակ 4-ում:

Շարքի սկզբից սկսած մետաղները, որոնք ունեն -0,41 Վ-ից շատ ավելի բացասական պոտենցիալ, ջրածինը տեղահանում են ջրից: Բայց արդեն մագնեզիումը ջրածինը տեղահանում է միայն դրանից տաք ջուր... Սովորաբար, մագնեզիումի և կապարի միջև ընկած մետաղները ջրածինը չեն տեղափոխում ջրից: Այս մետաղների մակերեսին առաջանում են օքսիդ թաղանթներ, որոնք ունեն պաշտպանիչ ազդեցություն։

Աղյուսակ 4

Մետաղների փոխազդեցությունը ջրի հետ չեզոք միջավայրում

Մետաղների փոխազդեցությունը աղաթթվի հետ.

Աղաթթվի մեջ օքսիդացնող նյութը ջրածնի իոնն է: Ջրածնի իոնի ստանդարտ էլեկտրոդի պոտենցիալը զրո է: Հետևաբար, բոլոր ակտիվ մետաղները և միջին ակտիվության մետաղները պետք է արձագանքեն թթվի հետ: Պասիվացումը հայտնվում է միայն կապարի համար:

Աղյուսակ 5

Մետաղների փոխազդեցությունը աղաթթվի հետ

Պղինձը կարող է լուծվել շատ խտացված աղաթթվի մեջ, չնայած այն հանգամանքին, որ այն պատկանում է ցածր ակտիվության մետաղներին։

Մետաղների փոխազդեցությունը ծծմբաթթվի հետ տարբեր է և կախված է դրա կոնցենտրացիայից։

Մետաղների փոխազդեցությունը նոսր ծծմբաթթվի հետ:Նոսրած ծծմբաթթվի հետ փոխազդեցությունն իրականացվում է այնպես, ինչպես աղաթթվի հետ։

Աղյուսակ 6

Մետաղների փոխազդեցությունը նոսր ծծմբաթթվի հետ

Նոսրած ծծմբաթթուն օքսիդանում է իր ջրածնի իոնով: Այն փոխազդում է այն մետաղների հետ, որոնց էլեկտրոդների պոտենցիալները ավելի ցածր են, քան ջրածինը: Կապարը ծծմբաթթվի մեջ չի լուծվում 80%-ից ցածր կոնցենտրացիայի դեպքում, քանի որ կապարի և ծծմբաթթվի փոխազդեցության ժամանակ առաջացած PbSO 4 աղը անլուծելի է և մետաղի մակերեսի վրա պաշտպանիչ թաղանթ է ստեղծում:

Մետաղների փոխազդեցությունը խտացված ծծմբաթթվի հետ:

Խիտ ծծմբական թթուում +6 օքսիդացման վիճակում գտնվող ծծումբը հանդես է գալիս որպես օքսիդացնող նյութ։ Այն մաս է կազմում սուլֆատ իոնի SO 4 2-: Ուստի խտացված թթուն օքսիդացնում է բոլոր մետաղները, որոնց ստանդարտ էլեկտրոդի պոտենցիալը ցածր է օքսիդացնող նյութից: Ամենաբարձր արժեքըԷլեկտրոդային պոտենցիալը էլեկտրոդային պրոցեսներում՝ որպես օքսիդացնող նյութ, սուլֆատ իոնի մասնակցությամբ կազմում է 0,36 Վ: Արդյունքում որոշ ցածր ակտիվության մետաղներ փոխազդում են խտացված ծծմբաթթվի հետ:

Միջին ակտիվության մետաղների համար (Al, Fe) տեղի է ունենում պասիվացում՝ խիտ օքսիդ թաղանթների առաջացման պատճառով։ Անագը օքսիդացվում է քառավալենտ վիճակի՝ անագի (IV) սուլֆատի ձևավորմամբ.

Sn + 4 H 2 SO 4 (կոնկրետ) = Sn (SO 4) 2 + 2SO 2 + 2H 2 O:

Աղյուսակ 7

Մետաղների փոխազդեցությունը խտացված ծծմբաթթվի հետ

Կապարը օքսիդացվում է երկվալենտ վիճակի` առաջացնելով կապարի լուծվող ջրածնի սուլֆատ: Սնդիկը լուծվում է տաք խտացված ծծմբաթթվի մեջ՝ առաջացնելով սնդիկի (I) և սնդիկի (II) սուլֆատներ։ Նույնիսկ արծաթը լուծվում է եռացող խտացված ծծմբաթթվի մեջ։

Պետք է նկատի ունենալ, որ որքան ակտիվ է մետաղը, այնքան խորն է ծծմբաթթվի նվազման աստիճանը։ Ակտիվ մետաղների դեպքում թթուն վերածվում է հիմնականում ջրածնի սուլֆիդի, թեև առկա են նաև այլ արտադրանքներ: օրինակ

Zn + 2H 2 SO 4 = ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;

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

4Zn + 5H 2 SO 4 = 4ZnSO 4 = 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O:

Մետաղների փոխազդեցությունը նոսր ազոտաթթվի հետ.

Վ ազոտական ​​թթուազոտը օքսիդացման +5 վիճակում հանդես է գալիս որպես օքսիդացնող նյութ։ Առավելագույն արժեքընոսր թթվի նիտրատ իոնի էլեկտրոդի պոտենցիալը որպես օքսիդացնող նյութ 0,96 Վ է։ մեծ նշանակություն ունի, ազոտական ​​թթուն ավելի ուժեղ օքսիդացնող նյութ է, քան ծծմբաթթուն։ Սա ակնհայտ է նրանից, որ ազոտաթթուն օքսիդացնում է արծաթը։ Թթուն կրճատվում է այնքան խորը, այնքան ավելի ակտիվ է մետաղը և այնքան նոսրացած է թթուն:

Աղյուսակ 8

Մետաղների փոխազդեցությունը նոսր ազոտաթթվի հետ

Մետաղների փոխազդեցությունը կենտրոնացված ազոտական ​​թթվի հետ:

Խտացված ազոտական ​​թթուն սովորաբար վերածվում է ազոտի երկօքսիդի: Խտացված ազոտական ​​թթվի փոխազդեցությունը մետաղների հետ ներկայացված է աղյուսակ 9-ում:

Երբ թթուն օգտագործվում է դեֆիցիտի դեպքում և առանց խառնելու, ակտիվ մետաղները այն վերածում են ազոտի, իսկ միջին ակտիվության մետաղները՝ ածխածնի օքսիդի։

Աղյուսակ 9

Խտացված ազոտական ​​թթվի փոխազդեցությունը մետաղների հետ

Մետաղների փոխազդեցությունը ալկալային լուծույթների հետ.

Մետաղները չեն կարող օքսիդացվել ալկալիներով։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ ալկալային մետաղները ուժեղ վերականգնող նյութեր են: Հետևաբար, նրանց իոնները ամենաթույլ օքսիդացնող նյութերն են և ջրային լուծույթներում օքսիդացնող հատկություն չեն ցուցաբերում։ Այնուամենայնիվ, ալկալիների առկայության դեպքում ջրի օքսիդացնող ազդեցությունը դրսևորվում է ավելի մեծ չափովքան նրանց բացակայության դեպքում: Դրա շնորհիվ ալկալային լուծույթներում մետաղները ջրով օքսիդացվում են՝ առաջացնելով հիդրօքսիդներ և ջրածին։ Եթե ​​օքսիդը և հիդրօքսիդը ամֆոտերային միացություններ են, ապա դրանք կլուծվեն ալկալային լուծույթում։ Արդյունքում պասիվ ներս մաքուր ջուրմետաղներն ակտիվորեն փոխազդում են ալկալային լուծույթների հետ։

Աղյուսակ 10

Մետաղների փոխազդեցությունը ալկալային լուծույթների հետ

Լուծման գործընթացը ներկայացված է երկու փուլով` մետաղի ջրով օքսիդացում և հիդրօքսիդի տարրալուծում.

Zn + 2HOH = Zn (OH) 2 ↓ + H 2;

Zn (OH) 2 ↓ + 2NaOH = Na 2:

Մետաղները զբաղեցնում են Պարբերական աղյուսակի ստորին ձախ անկյունը։ Մետաղները պատկանում են s-տարրերի, d-տարրերի, f-տարրերի և մասամբ՝ p-տարրերի ընտանիքներին։

Մետաղների ամենատիպիկ հատկությունը էլեկտրոններ նվիրելու և դրական լիցքավորված իոնների վերածելու կարողությունն է։ Ավելին, մետաղները կարող են ցույց տալ միայն դրական օքսիդացման վիճակ:

Me - ne = Me n +

1. Մետաղների փոխազդեցությունը ոչ մետաղների հետ.

ա ) Մետաղների փոխազդեցությունը ջրածնի հետ.

Ալկալիների և հողալկալիական մետաղները ուղղակիորեն փոխազդում են ջրածնի հետ՝ առաջացնելով հիդրիդներ։

օրինակ:

Ca + H 2 = CaH 2

Առաջանում են իոնային բյուրեղային կառուցվածքով ոչ ստոյխիոմետրիկ միացություններ։

բ) Մետաղների փոխազդեցությունը թթվածնի հետ.

Բոլոր մետաղները, բացառությամբ Au-ի, Ag-ի, Pt-ի, օքսիդացված են մթնոլորտային թթվածնով:

Օրինակ:

2Na + O 2 = Na 2 O 2 (պերօքսիդ)

4K + O 2 = 2K 2 O

2Mg + O 2 = 2MgO

2Cu + O 2 = 2CuO

գ) Մետաղների փոխազդեցությունը հալոգենների հետ.

Բոլոր մետաղները փոխազդում են հալոգենների հետ՝ առաջացնելով հալոգենիդներ։

Օրինակ:

2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3

Դրանք հիմնականում իոնային միացություններ են՝ MeHal n

դ) Մետաղների փոխազդեցությունը ազոտի հետ.

Ալկալիները և հողալկալիական մետաղները փոխազդում են ազոտի հետ:

Օրինակ:

3Ca + N 2 = Ca 3 N 2

Mg + N 2 = Mg 3 N 2 - նիտրիդ:

ե) Մետաղների փոխազդեցությունը ածխածնի հետ.

Մետաղների և ածխածնի միացություններ՝ կարբիդներ։ Դրանք առաջանում են ածխածնի հետ հալվածքների փոխազդեցությունից։ Ակտիվ մետաղները ածխածնի հետ ձևավորում են ստոյխիոմետրիկ միացություններ.

4Al + 3C = Al 4 C 3

Մետաղներ - d-տարրերը կազմում են ոչ ստոյխիոմետրիկ բաղադրության միացություններ, ինչպիսիք են պինդ լուծույթները՝ WC, ZnC, TiC, օգտագործվում են գերկարծր պողպատներ ստանալու համար:

2. Մետաղների փոխազդեցությունը ջրի հետ.

Մետաղները փոխազդում են ջրի հետ, որոնք ունեն ավելի բացասական ներուժ, քան ջրի ռեդոքս պոտենցիալը:

Ակտիվ մետաղներն ավելի ակտիվ են արձագանքում ջրի հետ՝ քայքայելով ջուրը ջրածնի արտազատմամբ։

Na + 2H 2 O = H 2 + 2NaOH

Պակաս ակտիվ մետաղները դանդաղորեն քայքայվում են ջուրը և գործընթացը արգելակվում է չլուծվող նյութերի առաջացման պատճառով:

3. Մետաղների փոխազդեցությունը աղի լուծույթների հետ.

Նման ռեակցիան հնարավոր է, եթե արձագանքող մետաղն ավելի ակտիվ է, քան աղի մեջ.

Zn + CuSO 4 = Cu 0 ↓ + ZnSO 4

0,76 Բ., = + 0,34 Բ.

Ավելի բացասական կամ պակաս դրական ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալ ունեցող մետաղը տեղափոխում է մեկ այլ մետաղ իր աղի լուծույթից:

4. Մետաղների փոխազդեցությունը ալկալային լուծույթների հետ.

Մետաղները, որոնք տալիս են ամֆոտերային հիդրօքսիդներ կամ ուժեղ օքսիդանտների առկայության դեպքում ունեն բարձր օքսիդացման աստիճաններ, կարող են փոխազդել ալկալիների հետ։ Երբ մետաղները փոխազդում են ալկալային լուծույթների հետ, ջուրը օքսիդացնող նյութ է:

Օրինակ:

Zn + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2

1 Zn 0 + 4OH - - 2e = 2- օքսիդացում

Zn 0 - նվազեցնող նյութ

1 2H 2 O + 2e = H 2 + 2OH - կրճատում

H 2 O - օքսիդացնող նյութ

Zn + 4OH - + 2H 2 O = 2- + 2OH - + H 2

Բարձր օքսիդացման վիճակներով մետաղները միաձուլման ժամանակ կարող են փոխազդել ալկալիների հետ.

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

5. Մետաղների փոխազդեցությունը թթուների հետ.

Սա բարդ ռեակցիաներ, փոխազդեցության արտադրանքները կախված են մետաղի ակտիվությունից, թթվի տեսակից և կոնցենտրացիայից և ջերմաստիճանից։

Ըստ իրենց գործունեության՝ մետաղները պայմանականորեն բաժանվում են ակտիվ, միջին ակտիվության և ցածր ակտիվության։

Թթուները պայմանականորեն բաժանվում են 2 խմբի.

I խումբ - ցածր օքսիդացնող ունակությամբ թթուներ՝ HCl, HI, HBr, H 2 SO 4 (դիլ.), H 3 PO 4, H 2 S, այստեղ օքսիդացնող նյութը H + է։ Մետաղների հետ փոխազդեցության ժամանակ թթվածին (H 2) արտազատվում է։ Բացասական էլեկտրոդային պոտենցիալ ունեցող մետաղները արձագանքում են առաջին խմբի թթուներին։

Խումբ II - բարձր օքսիդացման ունակությամբ թթուներ՝ H 2 SO 4 (կոնց.), HNO 3 (նոսրացված), HNO 3 (կոնց.)։ Այս թթուներում թթվային անիոնները օքսիդացնող նյութեր են. Անիոնների նվազեցման արտադրանքները կարող են շատ բազմազան լինել և կախված լինել մետաղի ակտիվությունից:

H 2 S - ակտիվ մետաղներով

H 2 SO 4 + 6е S 0 ↓ - միջին ակտիվության մետաղներով

SO 2 - ցածր ակտիվ մետաղներով

NH 3 (NH 4 NO 3) - ակտիվ մետաղներով

HNO 3 + 4,5e N 2 O, N 2 - միջին ակտիվության մետաղներով

NO - ցածր ակտիվ մետաղներով

HNO 3 (կոնց.) - NO 2 - ցանկացած ակտիվության մետաղներով:

Եթե ​​մետաղներն ունեն փոփոխական վալենտություն, ապա I խմբի թթուներով մետաղները ձեռք են բերում ամենացածր դրական օքսիդացման աստիճանը՝ Fe → Fe 2+, Cr → Cr 2+։ II խմբի թթուների հետ փոխազդեցության ժամանակ օքսիդացման աստիճանը +3 է՝ Fe → Fe 3+, Cr → Cr 3+, մինչդեռ ջրածինը երբեք չի արտազատվում։

Որոշ մետաղներ (Fe, Cr, Al, Ti, Ni և այլն) լուծույթներում ուժեղ թթուներՕքսիդացված լինելով՝ դրանք ծածկված են խիտ օքսիդ թաղանթով, որը պաշտպանում է մետաղը հետագա լուծարումից (պասիվացումից), բայց երբ տաքանում է, օքսիդ թաղանթը լուծվում է, և ռեակցիան ընթանում է։

Դրական էլեկտրոդային պոտենցիալով վատ լուծվող մետաղները կարող են լուծվել I խմբի թթուներում ուժեղ օքսիդանտների առկայության դեպքում:

Եթե ​​ներս պարբերական աղյուսակԴ.Ի. Մենդելեևի տարրերը, գծեք շեղանկյուն բերիլիումից մինչև աստատին, այնուհետև ներքևի ձախ մասում անկյունագծի երկայնքով կլինեն մետաղական տարրեր (դրանք ներառում են նաև երկրորդական ենթախմբերի տարրեր, որոնք ընդգծված են կապույտով), իսկ վերևի աջում՝ ոչ մետաղական տարրեր (ընդգծված դեղին): Շեղանկյունի մոտ տեղակայված տարրերը` կիսամետաղները կամ մետալոիդները (B, Si, Ge, Sb և այլն), ունեն երկակի բնույթ (ընդգծված վարդագույնով):

Ինչպես տեսնում եք նկարից, տարրերի ճնշող մեծամասնությունը մետաղներ են:

Իրենց քիմիական բնույթով մետաղներն են քիմիական տարրեր, որոնց ատոմները էլեկտրոններ են նվիրում արտաքին կամ մինչարտաքին էներգիայի մակարդակներից՝ այդպիսով առաջացնելով դրական լիցքավորված իոններ։

Գրեթե բոլոր մետաղներն ունեն համեմատաբար մեծ շառավիղներ և փոքր թվով էլեկտրոններ (1-ից մինչև 3) արտաքին էներգիայի մակարդակում։ Մետաղները բնութագրվում են ցածր արժեքներէլեկտրաբացասական և վերականգնողական հատկություններ:

Առավել բնորոշ մետաղները գտնվում են ժամանակաշրջանների սկզբում (սկսած երկրորդից), ավելի ձախից աջ, մետաղական հատկությունները թուլանում են։ Վերևից ներքև խմբում մեծանում են մետաղական հատկությունները, քանի որ ատոմների շառավիղը մեծանում է (էներգիայի մակարդակների քանակի ավելացման պատճառով)։ Սա հանգեցնում է տարրերի էլեկտրաբացասականության (էլեկտրոններ ներգրավելու ունակության) նվազմանը և վերականգնող հատկությունների բարձրացմանը (քիմիական ռեակցիաներում այլ ատոմներին էլեկտրոններ նվիրաբերելու ունակություն):

Տիպիկմետաղները s-տարրեր են (IA-խմբի տարրեր Li-ից մինչև Fr. PA-խմբի տարրեր Mg-ից Ra): Նրանց ատոմների ընդհանուր էլեկտրոնային բանաձևը ns 1-2 է։ Դրանք բնութագրվում են համապատասխանաբար + I և + II օքսիդացման վիճակներով։

Տիպիկ մետաղական ատոմների արտաքին էներգիայի մակարդակում էլեկտրոնների փոքր թիվը (1-2) ենթադրում է այդ էլեկտրոնների աննշան կորուստ և ուժեղ նվազեցնող հատկությունների դրսևորում, որոնք արտացոլում են էլեկտրաբացասականության ցածր արժեքները: Հետևաբար, բնորոշ մետաղների ստացման քիմիական հատկությունները և մեթոդները սահմանափակ են։

Տիպիկ մետաղների բնորոշ առանձնահատկությունն այն է, որ նրանց ատոմները ոչ մետաղների ատոմների հետ կատիոններ և իոնային քիմիական կապեր ձևավորելու միտումն են։ Ոչ մետաղների հետ բնորոշ մետաղների միացություններն են իոնային բյուրեղները «ոչ մետաղի մետաղական կատիոն անիոն», օրինակ՝ K + Br -, Ca 2+ O 2-: Տիպիկ մետաղների կատիոնները ներառված են նաև բարդ անիոններով միացություններում՝ հիդրօքսիդներ և աղեր, օրինակ՝ Mg 2+ (OH -) 2, (Li +) 2CO 3 2-։

Be-Al-Ge-Sb-Po պարբերական աղյուսակում ամֆոտերականության անկյունագիծ կազմող A-խմբերի մետաղները, ինչպես նաև հարակից մետաղները (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) սովորաբար մետաղական հատկություններ չեն ցուցաբերում: Նրանց ատոմների ընդհանուր էլեկտրոնային բանաձևը ns 2 np 0-4 ենթադրում է օքսիդացման վիճակների ավելի մեծ բազմազանություն, սեփական էլեկտրոնները պահելու ավելի մեծ կարողություն, դրանց վերականգնողական ունակության աստիճանական նվազում և օքսիդացման ունակության տեսք, հատկապես բարձր օքսիդացման վիճակներում ( բնորոշ օրինակներ- միացություններ Tl III, Pb IV, Bi v): Նմանատիպ քիմիական վարքագիծը բնորոշ է մեծամասնության համար (d-տարրեր, այսինքն. B-խմբերի տարրեր Պարբերական աղյուսակ (բնորոշ օրինակներ- ամֆոտերային տարրեր Cr և Zn):

Հատկությունների երկակիության (ամֆոտերականության) այս դրսևորումը, ինչպես մետաղական (հիմնական), այնպես էլ ոչ մետաղական, պայմանավորված է քիմիական կապի բնույթով։ Պինդ վիճակում ոչ մետաղների հետ ատիպիկ մետաղների միացությունները պարունակում են հիմնականում կովալենտային կապեր (բայց ոչ մետաղների միջև կապերից ավելի քիչ ամուր): Լուծման մեջ այդ կապերը հեշտությամբ կոտրվում են, և միացությունները տարանջատվում են իոնների (ամբողջությամբ կամ մասամբ)։ Օրինակ, գալիումի մետաղը բաղկացած է Ga 2 մոլեկուլներից, պինդ վիճակում ալյումինի և սնդիկի (II) քլորիդները AlCl 3 և HgCl 2 պարունակում են ուժեղ կովալենտային կապեր, բայց AlCl 3 լուծույթում այն ​​գրեթե ամբողջությամբ տարանջատվում է, իսկ HgCl 2-ը՝ շատ փոքր չափով (և այնուհետև НgСl + և Сl - իոնների վրա):

Մետաղների ընդհանուր ֆիզիկական հատկությունները

Բյուրեղային ցանցում ազատ էլեկտրոնների («էլեկտրոն գազ») առկայության պատճառով բոլոր մետաղներն ունեն հետևյալ բնորոշ ընդհանուր հատկությունները.

1) Պլաստիկ- ձևը հեշտությամբ փոխելու, մետաղալարով քաշվելու, բարակ թիթեղների մեջ գլորվելու ունակություն:

2) Մետաղական փայլև անթափանցիկություն: Դա պայմանավորված է մետաղի վրա լույսի հետ ազատ էլեկտրոնների փոխազդեցությամբ:

3) Էլեկտրական հաղորդունակություն... Այն բացատրվում է պոտենցիալ փոքր տարբերության ազդեցությամբ ազատ էլեկտրոնների ուղղորդված շարժումով բացասականից դեպի դրական բևեռ։ Երբ տաքացվում է, էլեկտրական հաղորդունակությունը նվազում է, քանի որ ջերմաստիճանի բարձրացմամբ՝ տեղամասերում ատոմների և իոնների թրթռումները բյուրեղյա վանդակ, ինչը բարդացնում է «էլեկտրոն գազի» ուղղորդված շարժումը։

4) Ջերմային ջերմահաղորդություն.Դա պայմանավորված է ազատ էլեկտրոնների բարձր շարժունակությամբ, որի պատճառով տեղի է ունենում ջերմաստիճանի արագ հավասարեցում մետաղի զանգվածի նկատմամբ։ Բիսմութն ու սնդիկը ունեն ամենաբարձր ջերմային հաղորդունակությունը։

5) Կարծրություն.Ամենադժվարը քրոմն է (կտրում է ապակիները); ամենափափուկը` ալկալիական մետաղները` կալիումը, նատրիումը, ռուբիդիումը և ցեզիումը, կտրվում են դանակով:

6) Խտություն.Որքան փոքր է մետաղի ատոմային զանգվածը և որքան մեծ է ատոմի շառավիղը, այնքան փոքր է այն։ Ամենաթեթևը լիթիումն է (ρ = 0,53 գ / սմ3); ամենածանրը օսմիումն է (ρ = 22,6 գ/սմ3): «Թեթև մետաղներ» են համարվում 5 գ/սմ3-ից պակաս խտությամբ մետաղները։

7) Հալման և եռման կետերը.Ամենացածր հալվող մետաղը սնդիկն է (mp = -39 ° C), առավելագույնը հրակայուն մետաղ- վոլֆրամ (t ° pl. = 3390 ° C): Մետաղներ t ° pl. 1000 ° C-ից բարձր ջերմաստիճանը համարվում է հրակայուն, ցածր՝ ցածր հալեցման:

Մետաղների ընդհանուր քիմիական հատկությունները

Ուժեղ նվազեցնող նյութեր՝ Me 0 - nē → Me n +

Մի շարք լարումներ բնութագրում են մետաղների համեմատական ​​ակտիվությունը ջրային լուծույթներում ռեդոքսային ռեակցիաներում։

I. Մետաղների ռեակցիաները ոչ մետաղների հետ

1) թթվածնով.
2Mg + O 2 → 2MgO

2) Մոխրագույնով.
Hg + S → HgS

3) հալոգեններով.
Ni + Cl 2 - t ° → NiCl 2

4) ազոտով.
3Ca + N 2 - t ° → Ca 3 N 2

5) ֆոսֆորով.
3Ca + 2P - t ° → Ca 3 P 2

6) Ջրածնի հետ (արձագանքում են միայն ալկալային և հողալկալիական մետաղները).
2Li + H 2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

II. Մետաղների ռեակցիաները թթուների հետ

1) մինչև H լարման էլեկտրաքիմիական շարքի մետաղները չօքսիդացնող թթուները վերածում են ջրածնի.

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) օքսիդացնող թթուներով.

Ցանկացած կոնցենտրացիայի ազոտական ​​թթվի և խտացված ծծմբի փոխազդեցությամբ մետաղների հետ ջրածինը երբեք չի ազատվում:

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

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

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

2H 2 SO 4 (k) + 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) + Cu → Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

III. Մետաղների փոխազդեցությունը ջրի հետ

1) Ակտիվ (ալկալիական և հողալկալիական մետաղները) կազմում են լուծելի հիմք (ալկալի) և ջրածինը.

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

2) Միջին ակտիվության մետաղները օքսիդանում են ջրով, երբ տաքացվում են օքսիդի.

Zn + H 2 O - t ° → ZnO + H 2

3) Ոչ ակտիվ (Au, Ag, Pt) - մի արձագանքեք:

IV. Ավելի քիչ ակտիվ մետաղների տեղաշարժը դրանց աղերի լուծույթներից ավելի ակտիվ մետաղներով.

Cu + HgCl 2 → Hg + CuCl 2

Fe + CuSO 4 → Cu + FeSO 4

Արդյունաբերության մեջ հաճախ օգտագործվում են ոչ թե մաքուր մետաղներ, այլ դրանց խառնուրդներ. համաձուլվածքներ, որտեղ մի մետաղի օգտակար հատկությունները լրացվում են մյուսի օգտակար հատկություններով։ Այսպիսով, պղինձն ունի ցածր կարծրություն և քիչ է օգտագործվում մեքենաների մասերի արտադրության համար, մինչդեռ պղինձ-ցինկ համաձուլվածքները ( արույր) արդեն բավականին ամուր են և լայնորեն կիրառվում են մեքենաշինության մեջ։ Ալյումինն ունի բարձր ճկունություն և բավարար թեթևություն (ցածր խտություն), բայց չափազանց փափուկ: Դրա հիման վրա պատրաստվում է մագնեզիումով, պղնձով և մանգանով համաձուլվածք՝ դուրալումին (duralumin), որը առանց կորցնելու. օգտակար հատկություններալյումին, ձեռք է բերում բարձր կարծրություն և հարմար է դառնում ինքնաթիռաշինության մեջ։ Լայնորեն հայտնի են երկաթի համաձուլվածքները ածխածնի հետ (և այլ մետաղների հավելումներով)։ չուգունև պողպատ.

Ազատ մետաղներն են նվազեցնող նյութեր.Այնուամենայնիվ, որոշ մետաղների ռեակտիվությունը ցածր է, քանի որ դրանք պատված են մակերեսային օքսիդ ֆիլմ, ընդ տարբեր աստիճաններդիմացկուն է քիմիական նյութերի ազդեցությանը, ինչպիսիք են ջուրը, թթուների լուծույթները և ալկալիները:

Օրինակ, կապարը միշտ ծածկված է օքսիդի թաղանթով, դրա լուծույթին անցնելու համար պահանջվում է ոչ միայն ռեագենտի (օրինակ՝ նոսր ազոտաթթվի) գործողություն, այլև տաքացում։ Ալյումինի վրա օքսիդային թաղանթը թույլ չի տալիս ջրի հետ արձագանքել, սակայն այն քայքայվում է թթուների և ալկալիների կողմից: Չամրացված օքսիդ ֆիլմ (ժանգ), որը ձևավորվում է երկաթի մակերեսին խոնավ օդում, չի խանգարում երկաթի հետագա օքսիդացմանը:

Ազդեցության տակ կենտրոնացվածմետաղների վրա առաջանում են թթուներ կայունօքսիդ ֆիլմ: Այս երեւույթը կոչվում է պասիվացում... Այսպիսով, կենտրոնացված ծծմբաթթումետաղները, ինչպիսիք են Be, Bi, Co, Fe, Mg և Nb, պասիվացվում են (և այնուհետև չեն արձագանքում թթվի հետ), իսկ մետաղները A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb կենտրոնացված ազոտական ​​թթուում, Th և U.

Թթվային լուծույթներում օքսիդանտների հետ փոխազդեցության ժամանակ մետաղների մեծ մասը վերածվում է կատիոնների, որոնց լիցքը որոշվում է կայուն օքսիդացման վիճակով. այս տարրիմիացություններում (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ և Fe 3+)

Մետաղների նվազեցնող ակտիվությունը թթվային լուծույթում փոխանցվում է մի շարք լարումների միջոցով։ Մետաղների մեծ մասը վերածվում է աղաթթուների և նոսր ծծմբաթթուների լուծույթի, սակայն Cu, Ag և Hg՝ միայն ծծմբական (խտացված) և ազոտական ​​թթուներ, իսկ Pt և Au՝ «aqua regia»:

Մետաղների կոռոզիա

Մետաղների անցանկալի քիմիական հատկությունն է նրանց, այսինքն՝ ակտիվ քայքայումը (օքսիդացումը) ջրի հետ շփվելիս և դրանում լուծված թթվածնի ազդեցության տակ։ (թթվածնի կոռոզիա):Օրինակ, լայնորեն հայտնի է ջրի մեջ երկաթի արտադրանքի կոռոզիան, որի արդյունքում առաջանում է ժանգ, և արտադրանքը փշրվում է փոշի:

Մետաղների կոռոզիան ջրի մեջ տեղի է ունենում նաև CO 2 և SO 2 լուծված գազերի առկայության պատճառով; ստեղծվում է թթվային միջավայր, և H + կատիոնները տեղահանվում են ակտիվ մետաղներով՝ ջրածնի H2 ձևով ( ջրածնի կոռոզիա).

Երկու տարբեր մետաղների շփման վայրը ( կոնտակտային կոռոզիա):Գալվանական զույգ է առաջանում մի մետաղի, օրինակ՝ Fe-ի և մեկ այլ մետաղի, օրինակ՝ Sn-ի կամ Cu-ի միջև՝ տեղադրված ջրի մեջ: Էլեկտրոնների հոսքը գնում է ավելի ակտիվ մետաղից, որը գտնվում է ձախ լարումների շարքում (Fe), դեպի պակաս ակտիվ մետաղը (Sn, Cu), և ավելի ակտիվ մետաղը ոչնչացվում է (կոռոզիայից):

Հենց դրա պատճառով է, որ երեսպատված մակերեսը ժանգոտում է։ պահածոներ(անագապատ երկաթ), երբ պահվում է խոնավ մթնոլորտում և անփույթ վարվում է (երկաթը արագորեն քայքայվում է նույնիսկ փոքր քերծվածքի առաջացումից հետո, որը թույլ է տալիս երկաթին շփվել խոնավության հետ): Ընդհակառակը, երկաթե դույլի ցինկապատ մակերեսը երկար ժամանակ չի ժանգոտում, քանի որ նույնիսկ քերծվածքների առկայության դեպքում ոչ թե երկաթն է քայքայում, այլ ցինկը (երկաթից ավելի ակտիվ մետաղ):

Տվյալ մետաղի կոռոզիոն դիմադրությունը մեծանում է, երբ այն պատված է ավելի ակտիվ մետաղով կամ երբ դրանք միաձուլվում են. Այսպիսով, երկաթը քրոմով ծածկելը կամ երկաթ-քրոմ համաձուլվածք պատրաստելը վերացնում է երկաթի կոռոզիան: քրոմապատ երկաթ և քրոմ պարունակող պողպատ ( չժանգոտվող պողպատ ), ունեն բարձր կոռոզիոն դիմադրություն:

էլեկտրամետալուրգիա, այսինքն. մետաղների ստացում հալվածքների (ամենաակտիվ մետաղների համար) կամ աղի լուծույթների էլեկտրոլիզով.

պիրոմետալուրգիա, այսինքն՝ հանքաքարերից մետաղների վերականգնում ժ բարձր ջերմաստիճանի(օրինակ՝ պայթուցիկ վառարանով երկաթի ստացում);

հիդրոմետալուրգիա, այսինքն՝ մետաղների տարանջատումը նրանց աղերի լուծույթներից ավելի ակտիվ մետաղներով (օրինակ՝ ցինկի, երկաթի կամ ալյումինի ազդեցությամբ CuSO 4 լուծույթից պղնձի ստացում)։

Բնական մետաղները երբեմն հանդիպում են բնության մեջ (բնորոշ օրինակներ են՝ Ag, Au, Pt, Hg), բայց ավելի հաճախ մետաղները լինում են միացությունների տեսքով ( մետաղական հանքաքարեր): Ըստ տարածվածության երկրի ընդերքըմետաղները տարբեր են՝ ամենատարածվածներից՝ Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) մինչև ամենահազվագյուտները՝ Bi, In, Ag, Au, Pt, Re։

Մետաղները մեծապես տարբերվում են իրենց քիմիական ակտիվությամբ։ Մետաղի քիմիական ակտիվությունը կարելի է մոտավորապես դատել՝ ըստ նրա դիրքի։

Առավել ակտիվ մետաղները գտնվում են այս շարքի սկզբում (ձախ կողմում), ամենաքիչ ակտիվ մետաղները՝ վերջում (աջ կողմում):
Արձագանքները հետ պարզ նյութեր... Մետաղները փոխազդում են ոչ մետաղների հետ՝ առաջացնելով երկուական միացություններ։ Ռեակցիայի պայմանները և երբեմն դրանց արտադրանքները շատ տարբեր են տարբեր մետաղների համար:
Այսպիսով, օրինակ, ալկալիական մետաղները ակտիվորեն արձագանքում են թթվածնի հետ (ներառյալ օդի բաղադրության մեջ), երբ սենյակային ջերմաստիճանօքսիդների և պերօքսիդների առաջացմամբ

4Li + O 2 = 2Li 2 O;
2Na + O 2 = Na 2 O 2

Միջին ակտիվության մետաղները տաքացնելիս արձագանքում են թթվածնի հետ։ Այս դեպքում առաջանում են օքսիդներ.

2Mg + O 2 = t 2MgO:

Ցածր ակտիվ մետաղները (օրինակ՝ ոսկին, պլատինը) չեն արձագանքում թթվածնի հետ և, հետևաբար, գործնականում չեն փոխում իրենց փայլը օդում։
Մետաղների մեծ մասը ծծմբի փոշու հետ տաքացնելիս կազմում են համապատասխան սուլֆիդներ.

Արձագանքները հետ բարդ նյութեր... Բոլոր դասերի միացությունները փոխազդում են մետաղների՝ օքսիդների (այդ թվում՝ ջրի), թթուների, հիմքերի և աղերի հետ։
Ակտիվ մետաղները դաժանորեն փոխազդում են ջրի հետ սենյակային ջերմաստիճանում.

2Li + 2H 2 O = 2LiOH + H 2;
Ba + 2H 2 O = Ba (OH) 2 + H 2:

Մետաղների, ինչպիսիք են մագնեզիումը և ալյումինը, մակերեսը պաշտպանված է համապատասխան օքսիդի խիտ թաղանթով: Սա կանխում է ռեակցիան ջրի հետ: Այնուամենայնիվ, եթե այս թաղանթը հեռացվի կամ դրա ամբողջականությունը խախտվի, ապա այդ մետաղները նույնպես ակտիվորեն արձագանքում են: Օրինակ, փոշիացված մագնեզիումը արձագանքում է տաք ջրի հետ.

Mg + 2H 2 O = 100 ° C Mg (OH) 2 + H 2:

Բարձր ջերմաստիճանի դեպքում ջրի հետ փոխազդում են պակաս ակտիվ մետաղները՝ Zn, Fe, Mil և այլն։ Այս դեպքում առաջանում են համապատասխան օքսիդներ։ Օրինակ, երբ գոլորշին անցնում է շիկացած երկաթի բեկորների վրայով, տեղի է ունենում ռեակցիա.

3Fe + 4H 2 O = t Fe 3 O 4 + 4H 2:

Մետաղները, որոնք կանգնած են մինչև ջրածնի ակտիվության գծում, փոխազդում են թթուների հետ (բացառությամբ HNO 3-ի)՝ առաջացնելով աղեր և ջրածին։ Ակտիվ մետաղները (K, Na, Ca, Mg) շատ բուռն արձագանքում են թթվային լուծույթների հետ (բարձր արագությամբ).

Ca + 2HCl = CaCl 2 + H 2;
2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2:

Ցածր ակտիվության մետաղները հաճախ գործնականում չեն լուծվում թթուներում: Դա պայմանավորված է դրանց մակերեսի վրա չլուծվող աղի թաղանթի ձևավորմամբ: Օրինակ՝ կապարը, որը հասնում է ջրածնի, գործնականում չի լուծվում նոսր ծծմբի մեջ և աղաթթուներդրա մակերեսի վրա թաղանթի ձևավորման պատճառով չլուծվող աղեր(PbSO 4 և PbCl 2):

Քվեարկելու համար պետք է միացված լինի JavaScript-ը

Վերականգնողական հատկություններ- սրանք հիմնական քիմիական հատկություններն են, որոնք ընդհանուր են բոլոր մետաղների համար: Նրանք դրսևորվում են տարբեր օքսիդանտների, այդ թվում՝ օքսիդանտների հետ փոխազդեցության մեջ միջավայրը... Վ ընդհանուր տեսարանօքսիդանտների հետ մետաղի փոխազդեցությունը կարող է արտահայտվել հետևյալ սխեմայով.

Ես + օքսիդանտ" Ես(+ X),

Որտեղ (+ X) Me-ի դրական օքսիդացման վիճակն է:

Մետաղների օքսիդացման օրինակներ.

Fe + O 2 → Fe (+3) 4Fe + 3O 2 = 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

Մի շարք մետաղական գործունեություն

Մետաղների վերականգնող հատկությունները տարբերվում են միմյանցից։ Էլեկտրոդային պոտենցիալները E օգտագործվում են որպես մետաղների վերականգնող հատկությունների քանակական բնութագիր։

Որքան ակտիվ է մետաղը, այնքան ավելի բացասական է նրա ստանդարտ էլեկտրոդի պոտենցիալը E o:

Նվազող օքսիդատիվ ակտիվությամբ անընդմեջ դասավորված մետաղները ակտիվության շարք են կազմում։

Մի շարք մետաղական գործունեություն

Ես

Լի

Կ

Ք.ա

Նա

Մգ

Ալ

Մն

Zn

Քր

Ֆե

Նի

Սն

Pb

Հ 2

Cu

Ագ

Ավ

Me z +

Լի +

K +

Ca 2+

Na +

Mg 2+

Ալ 3+

Mn 2+

Zn 2+

Cr 3+

Fe 2+

Նի 2+

Sn 2+

Pb 2+

H +

Cu 2+

Ag +

Au 3+

Է օ, Բ

-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

Մետաղ՝ ավելին բացասական արժեք Eo, ի վիճակի է նվազեցնել մետաղական կատիոն ավելի դրական էլեկտրոդային պոտենցիալով:

Մետաղի վերականգնումը նրա աղի լուծույթից ավելի բարձր վերականգնող ակտիվությամբ մեկ այլ մետաղի հետ կոչվում է ցեմենտացում։... Ցեմենտացումը կիրառվում է մետաղագործական տեխնոլոգիաներում։

Մասնավորապես, Cd-ն ստացվում է իր աղի ցինկով լուծույթից վերականգնելով։

Zn + Cd 2+ = Cd + Zn 2+

3.3. 1. Մետաղների փոխազդեցությունը թթվածնի հետ

Թթվածինը ուժեղ օքսիդացնող նյութ է: Այն կարող է օքսիդացնել մետաղների ճնշող մեծամասնությունը, բացառությամբԱվևՊտ . Մետաղները օդում շփվում են թթվածնի հետ, ուստի մետաղների քիմիան ուսումնասիրելիս միշտ ուշադրություն է դարձվում թթվածնի հետ մետաղի փոխազդեցության առանձնահատկություններին։

Բոլորը գիտեն, որ խոնավ օդում երկաթը ծածկվում է ժանգով` հիդրատացված երկաթի օքսիդով: Սակայն կոմպակտ վիճակում գտնվող շատ մետաղներ ոչ շատ բարձր ջերմաստիճանում ցուցաբերում են օքսիդացման դիմադրություն, քանի որ դրանք բարակ պաշտպանիչ թաղանթներ են կազմում իրենց մակերեսի վրա: Օքսիդացման արտադրանքի այս թաղանթները կանխում են օքսիդացնող նյութի շփումը մետաղի հետ: Մետաղի մակերեսի վրա պաշտպանիչ շերտերի առաջացման երեւույթը, որոնք կանխում են մետաղի օքսիդացումը, կոչվում է մետաղի պասիվացում։

Ջերմաստիճանի բարձրացումը նպաստում է մետաղների օքսիդացմանը թթվածնով. Մետաղների ակտիվությունը մանրացված վիճակում մեծանում է։ Փոշու տեսքով մետաղների մեծ մասն այրվում է թթվածնի մեջ:

s-մետաղներ

Ցուցադրված է ամենամեծ վերականգնողական ակտիվությունըս- մետաղներ.Մետաղները Na, K, Rb C-ներն ունակ են բռնկվել օդում, և դրանք պահվում են փակ տարաներում կամ կերոսինի շերտի տակ։ Be-ն և Mg-ն օդում պասիվացվում են ցածր ջերմաստիճաններում: Բայց երբ բռնկվում է, Mg ժապավենը այրվում է կուրացնող բոցով:

ՄետաղներIIA ենթախմբերը և Li-ն, թթվածնի հետ փոխազդելիս, առաջացնում են օքսիդներ.

2Ca + O 2 = 2CaO

4 Li + O 2 = 2Li 2 O

Ալկալիական մետաղներ, բացառությամբԼի, թթվածնի հետ փոխազդելիս առաջանում են ոչ թե օքսիդներ, այլ պերօքսիդներԵս 2 Օ 2 և սուպերօքսիդներMeO 2 .

2Na + O 2 = Na 2 O 2

K + O 2 = KO 2

p-մետաղներ

Պատկանող մետաղներէջ- բլոկը պասիվացված է օդում:

Երբ այրվում է թթվածնի մեջ

• IIIIA ենթախմբի մետաղները կազմում են տիպի օքսիդներ Ես 2 Օ 3,
• Sn-ը օքսիդանում է SnO 2 , իսկ Pb - մինչեւ PbO
• Բին մտնում է Bi 2 O 3.

դ-մետաղներ

Ամեն ինչդ- 4 ժամանակաշրջանի մետաղները օքսիդանում են թթվածնով... Sc, Mn, Fe են ամենահեշտ օքսիդանում։ Հատկապես դիմացկուն է կոռոզիայից Ti, V, Cr.

Այրումը թթվածնի մեջ բոլորիցդ

Այրումը թթվածնի մեջ բոլորիցդ- 4 ժամանակաշրջանի տարրերը միայն սկանդիումը, տիտանը և վանադիումը կազմում են օքսիդներ, որոնցում Me-ն է. ամենաբարձր աստիճանըօքսիդացում, որը հավասար է խմբի համարին. 4 պարբերաշրջանների մնացած d-մետաղները, երբ այրվում են թթվածնի մեջ, ձևավորում են օքսիդներ, որոնցում Me-ը գտնվում է միջանկյալ, բայց կայուն օքսիդացման վիճակում։

D-մետաղների կողմից առաջացած օքսիդների տեսակները 4 ժամանակաշրջան թթվածնի մեջ այրվելիս.

• ՄԵՈձևից Zn, Cu, Ni, Co. (Т> 1000оС-ում Cu-ն կազմում է Cu 2 O),
• Ես 2 Օ 3, ձևավորել Cr, Fe և Sc,
• ՄեՕ 2 - Mn և Ti,
• V ձևեր ավելի բարձր օքսիդ -Վ 2 Օ 5 .

դ- 5 և 6 ժամանակաշրջանի մետաղներ, բացառությամբՅ, Լա, բոլոր մյուս մետաղներից ավելի դիմացկուն են օքսիդացմանը: Չի արձագանքում թթվածնի հետ Au, Pt .

Այրումը թթվածնի մեջդ- 5 և 6 շրջանների մետաղները, որպես կանոն, ավելի բարձր օքսիդներ են կազմում, Բացառություն են կազմում Ag, Pd, Rh, Ru մետաղները։

Թթվածնի մեջ այրվելիս 5 և 6 ժամանակաշրջանների d-մետաղներով առաջացած օքսիդների տեսակները.

• Ես 2 Օ 3- ձև Y, La; Rh;
• ՄեՕ 2- Zr, Hf; Ir:
• Ես 2 Օ 5- Nb, Ta;
• MeO 3- Մո, Վ
• Ես 2 Օ 7- Tc, Re
• ՄԵՈ 4 - Օս
• MeO- Cd, Hg, Pd;
• Ես 2 Օ- Ag;

Մետաղների փոխազդեցությունը թթուների հետ

Թթվային լուծույթներում ջրածնի կատիոնը օքսիդացնող նյութ է... H + կատիոնը կարող է ակտիվության միջակայքում գտնվող մետաղները օքսիդացնել մինչև ջրածնի, այսինքն. ունենալով բացասական էլեկտրոդների պոտենցիալ:

Շատ մետաղներ, օքսիդանալով, թթվային ջրային լուծույթներում շատերն անցնում են կատիոններիԵս զ + .

Մի շարք թթուների անիոններ կարող են դրսևորել օքսիդացնող հատկություններ, որոնք ավելի ուժեղ են, քան H +-ը: Այս օքսիդանտները ներառում են անիոններ և ամենատարածված թթուները Հ 2 ԱՅՍՊԵՍ 4 ևՀՆՕ 3 .

Անիոններ NO 3 - ցուցադրում են օքսիդացնող հատկություններ լուծույթում ցանկացած կոնցենտրացիայի դեպքում, սակայն վերականգնող արտադրանքները կախված են թթվի կոնցենտրացիայից և օքսիդացող մետաղի բնույթից:

Անիոնները SO 4 2- ցուցադրում են օքսիդացնող հատկություններ միայն խտացված H 2 SO 4-ում:

Օքսիդանտների վերականգնող արտադրանք՝ H +, NO 3 - , ԱՅՍՊԵՍ 4 2 -

2H + + 2e - =Հ 2

ԱՅՍՊԵՍ 4 2- կենտրոնացված H 2 SO 4-ից ԱՅՍՊԵՍ 4 2- + 2e - + 4 Հ + = ԱՅՍՊԵՍ 2 + 2 Հ 2 Օ

(հնարավոր է նաև S, H 2 S-ի ձևավորում)

NO 3 - կենտրոնացված HNO 3-ից NO 3 - + էլ - + 2H + = NO 2 + H 2 O
NO 3 - նոսրացված HNO 3-ից NO 3 - + 3e - + 4H + =NO + 2H 2 O

(հնարավոր է նաև N 2 O, N 2, NH 4 + ձևավորում)

Թթուների հետ մետաղների փոխազդեցության ռեակցիաների օրինակներ

Zn + H 2 SO 4 (դիլ.) «ZnSO 4 + H 2

8Al + 15H 2 SO 4 (գ.) «4Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 S + 12H 2 O

3Ni + 8HNO 3 (դիլ.) «3Ni (NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O

Cu + 4HNO 3 (գ.) «Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Մետաղների օքսիդացման արտադրանքները թթվային լուծույթներում

Ալկալիական մետաղները կազմում են Me + տիպի կատիոն, երկրորդ խմբի s-մետաղները՝ կատիոններԵս 2+.

Թթուների մեջ լուծարվելիս p-բլոկի մետաղները կազմում են աղյուսակում նշված կատիոնները:

Pb և Bi մետաղները լուծվում են միայն ազոտական ​​թթուում։

Ես	Ալ	Գա	Մեջ	Թլ	Սն	Pb	Բի
Մեզ +	Ալ 3+	Ga 3+	3+-ում	Tl +	Sn 2+	Pb 2+	Bi 3+
Էօ, Բ	-1,68	-0,55	-0,34	-0,34	-0,14	-0,13	+0,317

Բոլոր դ-մետաղները 4 շրջան են, բացառությամբ Cu , կարող է օքսիդանալ իոններովH + թթվային լուծույթներում:

D-մետաղներով առաջացած կատիոնների տեսակները 4 պարբերաշրջան.

• Ես 2+(ձևավորել d-մետաղներ, որոնք տատանվում են Mn-ից մինչև Cu)
• Մե 3+ ( Sc, Ti, V, Cr և Fe ձևավորում են ազոտական ​​թթուում):
• Ti-ն և V-ը նույնպես կազմում են կատիոններ МеО 2+

դ- 5 և 6 ժամանակաշրջանների տարրերն ավելի դիմացկուն են օքսիդացմանը, քան 4-ըդ- մետաղներ.

Թթվային լուծույթներում H +-ը կարող է օքսիդանալ՝ Y, La, Cd:

HNO 3-ում Cd, Hg, Ag կարող են լուծվել: Pd, Tc, Re լուծվում են տաք HNO 3-ում:

Տաք H 2 SO 4-ում լուծվում են՝ Ti, Zr, V, Nb, Tc, Re, Rh, Ag, Hg:

Մետաղները՝ Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W սովորաբար լուծվում են HNO 3 + HF խառնուրդում։

Zr, Hf, Mo, Tc, Rh, Ir, Pt, Au և Os կարող են դժվարությամբ լուծվել ջրային ռեգիաներում (HNO 3 + HCl խառնուրդներ): Մետաղների տարրալուծման պատճառը ջրային ռեգիաում կամ HNO 3 + HF խառնուրդում բարդ միացությունների առաջացումն է։

Օրինակ. Aqua regia-ում ոսկու տարրալուծումը հնարավոր է դառնում բարդույթի ձևավորման շնորհիվ.

Au + HNO 3 + 4HCl = H + NO + 2H 2 O

Մետաղների փոխազդեցությունը ջրի հետ

Ջրի օքսիդացնող հատկությունները պայմանավորված են H (+1).

2H 2 O + 2e -" Ն 2 + 2OH -

Քանի որ H + կոնցենտրացիան ջրի մեջ ցածր է, դրա օքսիդացնող հատկությունները ցածր են: Մետաղները կարող են լուծվել ջրի մեջ։Ե< - 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. Ամեն ինչս- մետաղներ, բացառությամբԵղեք և Մգ հեշտությամբ լուծվում է ջրի մեջ:

2 Նա + 2 ՀՈՀ = Հ 2 + 2 Օհ -

Na-ն ակտիվորեն արձագանքում է ջրի հետ ջերմություն առաջացնելու համար: Ազատված H 2-ը կարող է բռնկվել։

2H 2 + O 2 = 2H 2 O

Mg-ը լուծվում է միայն եռացող ջրի մեջ, Be-ն պաշտպանված է օքսիդացումից իներտ չլուծվող օքսիդով

P-բլոկի մետաղները պակաս ուժեղ վերականգնող նյութեր են, քանս.

P-մետաղների մեջ վերականգնող ակտիվությունն ավելի բարձր է IIIIA ենթախմբի մետաղների մոտ, Sn-ը և Pb-ն թույլ վերականգնող նյութեր են, Bi-ն ունի Eo> 0:

p-մետաղները նորմալ պայմաններում չեն լուծվում ջրի մեջ... Երբ պաշտպանիչ օքսիդը մակերեսից լուծվում է ալկալային լուծույթներում, Al, Ga և Sn-ը օքսիդացվում են ջրով։

Դ–մետաղներից ջուրը օքսիդացված էերբ տաքացվում է Sc և Mn, La, Y. Երկաթը փոխազդում է ջրային գոլորշու հետ:

Մետաղների փոխազդեցությունը ալկալային լուծույթների հետ

Ալկալային լուծույթներում ջուրը գործում է որպես օքսիդացնող նյութ:.

2H 2 O + 2e - =H 2 + 2OH - Eo = - 0,826 B (pH = 14)

Ջրի օքսիդացնող հատկությունները նվազում են pH-ի բարձրացման հետ՝ կապված H +-ի կոնցենտրացիայի նվազման հետ: Այնուամենայնիվ, որոշ մետաղներ, որոնք չեն լուծվում ջրում, լուծվում են ալկալային լուծույթներում,օրինակ՝ Al, Zn և մի քանի ուրիշներ։ հիմնական պատճառըՆման մետաղների լուծարումը ալկալային լուծույթներում այն ​​է, որ այդ մետաղների օքսիդներն ու հիդրօքսիդները ցուցաբերում են ամֆոտերականություն, լուծվում են ալկալիներում՝ վերացնելով արգելքը օքսիդացնող նյութի և վերականգնող նյութի միջև:

Օրինակ. Al-ի տարրալուծումը NaOH լուծույթում:

2Al + 3H 2 O + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na + 3H 2