نظرًا لوجود الإلكترونات الحرة ("غاز الإلكترون") في الشبكة البلورية ، تُظهر جميع المعادن الخصائص العامة المميزة التالية:

1) بلاستيك- القدرة على تغيير الشكل بسهولة ، وتمتد إلى سلك ، وتدحرج إلى صفائح رقيقة.

2) بريق معدنيوالتعتيم. هذا بسبب تفاعل الإلكترونات الحرة مع الضوء الساقط على المعدن.

3) التوصيل الكهربائي. يتم تفسيره بالحركة الموجهة للإلكترونات الحرة من القطب السالب إلى القطب الموجب تحت تأثير فرق جهد صغير. عند تسخينها ، تنخفض الموصلية الكهربائية بسبب. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تزداد اهتزازات الذرات والأيونات في عقد الشبكة البلورية ، مما يجعل من الصعب على الحركة الموجهة لـ "غاز الإلكترون".

4) توصيل حراري.إنه بسبب الحركة العالية للإلكترونات الحرة ، والتي بسببها يتم معادلة درجة الحرارة بسرعة بواسطة كتلة المعدن. أعلى موصلية حرارية في البزموت والزئبق.

5) صلابة.أصعب الكروم (قطع الزجاج) ؛ أنعم - المعادن القلوية - البوتاسيوم والصوديوم والروبيديوم والسيزيوم - تقطع بسكين.

6) كثافة.إنه أقل هو الأقل الكتلة الذريةمعدن ونصف قطر ذري أكبر. أخف وزنا هو الليثيوم (ρ = 0.53 جم / سم 3) ؛ أثقل هو الأوزميوم (ρ = 22.6 جم / سم 3). تعتبر المعادن ذات الكثافة الأقل من 5 جم / سم 3 "معادن خفيفة".

7) نقاط الانصهار والغليان.أكثر المعادن قابلية للانصهار هو الزئبق (m.p. = -39 ° C) ، وأكثر المعادن مقاومة للصهر هو التنجستن (t ° m. = 3390 ° C). المعادن مع t ° pl. أعلى من 1000 درجة مئوية تعتبر مقاومة للحرارة ، وتحت درجة انصهار منخفضة.

الخصائص الكيميائية العامة للمعادن

عوامل الاختزال القوية: Me 0 - nē → Me n +

تميز سلسلة من الفولتية النشاط المقارن للمعادن في تفاعلات الأكسدة والاختزال في محاليل مائية.

1. تفاعلات المعادن مع اللافلزات

1) بالأكسجين:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) بالكبريت:
زئبق + S → زئبق

3) مع الهالوجينات:
Ni + Cl 2 - t ° → NiCl 2

4) بالنيتروجين:
3Ca + N 2 - t ° → Ca 3 N 2

5) بالفوسفور:
3Ca + 2P - t ° → Ca 3 P 2

6) مع الهيدروجين (تتفاعل معادن الأرض القلوية والقلوية فقط):
2Li + H 2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

2. تفاعلات المعادن مع الأحماض

1) المعادن الموجودة في السلسلة الكهروكيميائية للجهد حتى H تقلل الأحماض غير المؤكسدة إلى الهيدروجين:

ملغ + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) مع الأحماض المؤكسدة:

في تفاعل حامض النيتريك بأي تركيز وحمض الكبريتيك المركز مع المعادن لا يتم إطلاق الهيدروجين أبدًا!

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 → Сu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

3. تفاعل المعادن مع الماء

1) النشطة (الفلزات القلوية والقلوية الأرضية) تشكل قاعدة قابلة للذوبان (قلوي) وهيدروجين:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

2) تتأكسد معادن النشاط المتوسط ​​بالماء عند تسخينها إلى أكسيد:

Zn + H 2 O - t ° → ZnO + H 2

3) غير نشط (Au ، Ag ، Pt) - لا تتفاعل.

4 - إزاحة معادن أكثر نشاطا للمعادن الأقل نشاطا من محاليل أملاحها:

النحاس + HgCl 2 → Hg + CuCl 2

Fe + CuSO 4 → Cu + FeSO4

في الصناعة ، لا تستخدم المعادن النقية في كثير من الأحيان ، ولكن مخاليطها - سبائكحيث تستكمل الخصائص المفيدة لمعدن ما بالخصائص المفيدة لمعدن آخر. لذلك ، يتميز النحاس بصلابة منخفضة وقليل الاستخدام في تصنيع أجزاء الماكينة ، بينما سبائك النحاس مع الزنك ( نحاس) بالفعل صعبة للغاية وتستخدم على نطاق واسع في الهندسة الميكانيكية. يتميز الألمنيوم بليونة عالية وخفة كافية (كثافة منخفضة) ، ولكنه ناعم جدًا. على أساسها ، يتم تحضير سبيكة من المغنيسيوم والنحاس والمنغنيز - دورالومين (دورالومين) ، والتي ، دون أن تفقد خصائص مفيدةالألمنيوم ، يكتسب صلابة عالية ويصبح مناسبًا لصناعة الطائرات. سبائك الحديد مع الكربون (ومضافات معادن أخرى) معروفة على نطاق واسع الحديد الزهرو صلب.

المعادن في شكل حر تقليل الوكلاء.ومع ذلك ، فإن تفاعل بعض المعادن منخفض بسبب حقيقة أنها مغطاة فيلم أكسيد السطح، في درجات متفاوتهمقاومة لعمل الكواشف الكيميائية مثل الماء ومحاليل الأحماض والقلويات.

على سبيل المثال ، يُغطى الرصاص دائمًا بغشاء أكسيد ؛ ولا يتطلب تحوله إلى محلول التعرض لكاشف (على سبيل المثال ، حمض النيتريك المخفف) ، ولكن أيضًا التسخين. يمنع فيلم الأكسيد الموجود على الألومنيوم تفاعله مع الماء ، ولكنه يتلف تحت تأثير الأحماض والقلويات. فيلم أكسيد فضفاض (صدأ) ، المتكونة على سطح الحديد في الهواء الرطب ، لا تتداخل مع أكسدة الحديد.

تحت تأثير تتركزتتشكل الأحماض على المعادن مستمرفيلم أكسيد. هذه الظاهرة تسمى التخميل. لذلك ، في المركز حامض الكبريتيكتخميل (وبعد ذلك لا تتفاعل مع الحمض) مثل المعادن مثل Be و Bi و Co و Fe و Mg و Nb وفي حمض النيتريك المركز - المعادن A1 و Be و Bi و Co و Cr و Fe و Nb و Ni و Pb و Th و U.

عند التفاعل مع العوامل المؤكسدة في المحاليل الحمضية ، تتحول معظم المعادن إلى كاتيونات ، يتم تحديد شحنتها من خلال حالة الأكسدة المستقرة لعنصر معين في المركبات (Na + ، Ca 2+ ، A1 3+ ، Fe 2+ و Fe 3 +)

ينتقل نشاط الاختزال للمعادن في محلول حمضي عن طريق سلسلة من الضغوط. يتم تحويل معظم المعادن إلى محلول هيدروكلوريك وأحماض الكبريتيك المخففة ، ولكن النحاس ، Ag و Hg - فقط الكبريتيك (المركز) وأحماض النيتريك ، وحمض Pt و Au - "أكوا ريجيا".

تآكل المعادن

من الخصائص الكيميائية غير المرغوب فيها للمعادن تآكلها ، أي التدمير النشط (الأكسدة) عند ملامستها للماء وتحت تأثير الأكسجين المذاب فيه (تآكل الأكسجين).على سبيل المثال ، تآكل منتجات الحديد في الماء معروف على نطاق واسع ، ونتيجة لذلك يتكون الصدأ ، وتنهار المنتجات إلى مسحوق.

يحدث تآكل المعادن في الماء أيضًا بسبب وجود غازات مذابة من ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت ؛ يتم إنشاء بيئة حمضية ، ويتم إزاحة كاتيونات H + بواسطة معادن نشطة على شكل هيدروجين H 2 ( تآكل الهيدروجين).

يمكن أن تكون نقطة التلامس بين معدنين مختلفين تآكلًا بشكل خاص ( تآكل الاتصال).بين معدن ، مثل الحديد ، ومعدن آخر ، مثل Sn أو Cu ، يوضع في الماء ، يظهر زوجان كلفانيان. ينتقل تدفق الإلكترونات من المعدن الأكثر نشاطًا ، الموجود على اليسار في سلسلة الفولتية (Re) ، إلى المعدن الأقل نشاطًا (Sn ، Cu) ، ويتم تدمير المعدن الأكثر نشاطًا (يتآكل).

ولهذا السبب يصدأ السطح المعلب. علب(حديد مطلي بالقصدير) عند تخزينه في جو رطب والتعامل معه بإهمال (ينهار الحديد بسرعة حتى بعد إدخال خدش صغير ، مما يسمح بتلامس الحديد مع الرطوبة). على العكس من ذلك ، فإن السطح المجلفن لدلو من الحديد لا يصدأ لفترة طويلة ، لأنه حتى لو كانت هناك خدوش ، فليس الحديد هو الذي يتآكل ، بل الزنك (معدن أكثر نشاطًا من الحديد).

تتعزز مقاومة التآكل لمعدن معين عندما يتم تغطيته بمعدن أكثر نشاطًا أو عند اندماجها ؛ على سبيل المثال ، طلاء الحديد بالكروم أو صنع سبيكة من الحديد بالكروم يزيل تآكل الحديد. حديد وصلب مطلي بالكروم يحتوي على الكروم ( الفولاذ المقاوم للصدأ) لديها مقاومة عالية للتآكل.

هناك خصائص تكنولوجية وفيزيائية وميكانيكية وكيميائية للمعادن. وتشمل المواد الفيزيائية اللون والتوصيل الكهربائي. تشمل خصائص هذه المجموعة أيضًا التوصيل الحراري والانصهار وكثافة المعدن.

ل الخصائص الميكانيكيةتشمل اللدونة والمرونة والصلابة والقوة واللزوجة.

الخواص الكيميائيةتشمل المعادن مقاومة التآكل والذوبان والأكسدة.

الخصائص مثل "السيولة" ، والصلابة ، وقابلية اللحام ، والليونة ، هي خصائص تكنولوجية.

الخصائص الفيزيائية

1. اللون. لا تنقل المعادن الضوء من خلال نفسها ، أي أنها غير شفافة. في الضوء المنعكس ، كل عنصر له صبغة خاصة به - لون. من بين المعادن التقنية ، فقط النحاس والسبائك التي بها لون. تتميز العناصر المتبقية بظل من الأبيض الفضي إلى الرمادي الصلب.
2. انصهار. تشير هذه الخاصية إلى قدرة العنصر تحت تأثير درجة الحرارة على الانتقال إلى الحالة السائلة من مادة صلبة. تعتبر قابلية الانصهار أهم عقارالمعادن. في عملية التسخين ، تمر جميع المعادن من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة. عندما يتم تبريد المادة المنصهرة ، يحدث انتقال عكسي - من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة.
3. التوصيل الكهربائي. تشير هذه الخاصية إلى القدرة على نقل الكهرباء بواسطة الإلكترونات الحرة. الموصلية الكهربائية للأجسام المعدنية أكبر بآلاف المرات من تلك الموجودة في الأجسام غير المعدنية. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تنخفض موصلية الكهرباء ، ومع انخفاض درجة الحرارة ، تزداد وفقًا لذلك. وتجدر الإشارة إلى أن التوصيل الكهربائي للسبائك سيكون دائمًا أقل من أي معدن يتكون منه السبيكة.
4. الخواص المغناطيسية. العناصر المغناطيسية الواضحة (المغناطيسية الحديدية) تشمل فقط الكوبالت والنيكل والحديد ، بالإضافة إلى عدد من سبائكها. ومع ذلك ، في عملية التسخين إلى درجة حرارة معينة ، تفقد هذه المواد مغناطيسيتها. سبائك الحديد الفردية في درجة حرارة الغرفة ليست مغناطيسية.
5. توصيل حراري. تشير هذه الخاصية إلى القدرة على نقل الحرارة إلى حرارة أقل حرارة من جسم أكثر تسخينًا دون حركة مرئية للجزيئات المكونة له. يسمح المستوى العالي من الموصلية الحرارية بالتسخين والتبريد السريع للمعادن. من بين العناصر الفنية ، النحاس هو أعلى مؤشر.

تحتل المعادن مكانًا منفصلاً في الكيمياء. يسمح وجود الخصائص المناسبة باستخدام مادة معينة في منطقة معينة.

الخواص الكيميائية للمعادن

1. المقاومة للتآكل. التآكل هو تدمير مادة نتيجة لعلاقة كهروكيميائية أو كيميائية معها بيئة. المثال الأكثر شيوعًا هو صدأ الحديد. تعتبر مقاومة التآكل من أهم الخصائص الطبيعية لعدد من المعادن. في هذا الصدد ، تسمى مواد مثل الفضة والذهب والبلاتين النبيلة. يتمتع بمقاومة عالية للتآكل ، ويتعرض النيكل وغيره من المعادن غير الحديدية للتدمير بشكل أسرع وبقوة أكبر من المعادن غير الحديدية.
2. الأكسدة. تشير هذه الخاصية إلى قدرة العنصر على التفاعل مع O2 تحت تأثير العوامل المؤكسدة.
3. الذوبان. يمكن للمعادن التي لها قابلية ذوبان غير محدودة في الحالة السائلة أن تشكل محاليل صلبة عند التصلب. في هذه الحلول ، يتم تضمين الذرات من أحد المكونات في مكون آخر فقط ضمن حدود معينة.

وتجدر الإشارة إلى أن الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمعادن هي إحدى الخصائص الرئيسية لهذه العناصر.

المادة الأولى التي تعلم الناس استخدامها لتلبية احتياجاتهم هي الحجر. ومع ذلك ، في وقت لاحق ، عندما أصبح الشخص على دراية بخصائص المعادن ، عاد الحجر بعيدًا. أصبحت هذه المواد وسبائكها أهم وأهم مادة في أيدي الناس. تم صنع الأدوات المنزلية وأدوات العمل منها ، وتم بناء المباني. لذلك ، في هذه المقالة سننظر في ماهية المعادن ، الخصائص العامة، وخصائصها وتطبيقها وثيق الصلة بهذا اليوم. بعد كل شيء ، مباشرة بعد العصر الحجري مباشرة مجرة كاملةالمعادن: النحاس والبرونز والحديد.

المعادن: الخصائص العامة

ما الذي يوحد كل ممثلي هذه المواد البسيطة؟ بالطبع ، هذا هو هيكل الشبكة البلورية وأنواع الروابط الكيميائية وخصائص التركيب الإلكتروني للذرة. بعد كل شيء ، من هنا تأتي الخصائص الفيزيائية المميزة التي تكمن وراء استخدام هذه المواد من قبل البشر.

بادئ ذي بدء ، ضع في اعتبارك المعادن العناصر الكيميائية النظام الدوري. توجد فيه بحرية تامة ، وتحتل 95 خلية من أصل 115 خلية معروفة حتى الآن. وهناك عدة ميزات لموقعها في النظام العام:

• إنهم يشكلون المجموعات الفرعية الرئيسية للمجموعتين الأولى والثانية ، وكذلك الثالثة ، بدءًا من الألمنيوم.
• تتكون جميع المجموعات الفرعية الجانبية من معادن فقط.
• وهي تقع أسفل القطر الشرطي من البورون إلى الأستاتين.

بناءً على هذه البيانات ، من السهل أن نرى أنه يتم جمع المواد غير المعدنية في الجزء الأيمن العلوي من النظام ، وتنتمي بقية المساحة إلى العناصر التي ندرسها.

كل منهم له عدة ميزات للهيكل الإلكتروني للذرة:

تجعل الخصائص العامة للمعادن واللافلزات من الممكن تحديد الأنماط في هيكلها. وبالتالي، خلية بلوريةالأول - معدن خاص. تحتوي عقده على عدة أنواع من الجسيمات دفعة واحدة:

• الأيونات.
• الذرات.
• الإلكترونات.

تتراكم سحابة مشتركة في الداخل ، تسمى غاز الإلكترون ، والتي تفسر جميع الخصائص الفيزيائية لهذه المواد. اكتب رابطة كيميائيةفي المعادن التي تحمل نفس الاسم معهم.

الخصائص الفيزيائية

هناك عدد من المعلمات التي توحد جميع المعادن. وفقا لخصائصها العامة الخصائص الفيزيائيةيبدو مثل هذا.

المعلمات المدرجة هي الخصائص العامة للمعادن ، أي كل ما يوحدهم في عائلة واحدة كبيرة. ومع ذلك ، يجب أن يكون مفهوماً أن هناك استثناءات لكل قاعدة. علاوة على ذلك ، هناك الكثير من العناصر من هذا النوع. لذلك ، داخل الأسرة نفسها هناك أيضًا انقسامات إلى مجموعات مختلفة ، والتي سننظر فيها أدناه والتي سنشير إلى السمات المميزة لها.

الخواص الكيميائية

من وجهة نظر علم الكيمياء ، جميع المعادن عوامل اختزال. وقوي جدا. كلما قل عدد الإلكترونات في المستوى الخارجي وكلما زاد نصف القطر الذري ، كان المعدن أقوى وفقًا للمعامل المحدد.

نتيجة لذلك ، يمكن للمعادن أن تتفاعل مع:

هذه مجرد نظرة عامة على الخصائص الكيميائية. بعد كل شيء ، كل مجموعة من العناصر هي فردية بحتة.

المعادن الأرضية القلوية

الخصائص العامة للمعادن الأرضية القلوية هي كما يلي:

وبالتالي ، تعد معادن الأرض القلوية عناصر شائعة في عائلة s ، حيث تُظهر نشاطًا كيميائيًا عاليًا وهي عوامل اختزال قوية ومشاركين مهمين في العمليات البيولوجية في الجسم.

الفلزات القلوية

تبدأ الخاصية العامة باسمهم. لقد تلقوها من أجل القدرة على الذوبان في الماء ، وتشكيل القلويات - هيدروكسيدات كاوية. ردود الفعل مع الماء عنيفة للغاية ، وأحيانًا قابلة للاشتعال. لا توجد هذه المواد في شكل حر في الطبيعة ، لأن نشاطها الكيميائي مرتفع للغاية. تتفاعل مع الهواء وبخار الماء وغير المعادن والأحماض والأكاسيد والأملاح ، أي مع كل شيء تقريبًا.

هذا ما تم تفسيره من خلال الهيكل الإلكتروني. في المستوى الخارجي ، يوجد إلكترون واحد فقط ، والذي يسهل عليهم التخلي عنه. هذه هي أقوى عوامل الاختزال ، ولهذا السبب استغرق الحصول عليها في شكلها النقي وقتًا طويلاً. تم إجراء ذلك لأول مرة بواسطة همفري ديفي بالفعل في القرن الثامن عشر عن طريق التحليل الكهربائي لهيدروكسيد الصوديوم. الآن يتم تعدين جميع ممثلي هذه المجموعة باستخدام هذه الطريقة.

السمة العامة للمعادن القلوية هي أيضًا أنها تشكل المجموعة الأولى من المجموعة الفرعية الرئيسية للنظام الدوري. كلهم عناصر مهمة تشكل العديد من المركبات الطبيعية القيمة التي يستخدمها الإنسان.

الخصائص العامة لمعادن عائلتَي d و f

تشمل هذه المجموعة من العناصر كل أولئك الذين يمكن أن تختلف حالة الأكسدة الخاصة بهم. وهذا يعني أنه وفقًا للظروف ، يمكن أن يعمل المعدن كعامل مؤكسد وعامل اختزال. هذه العناصر لديها قدرة كبيرة على الدخول في ردود الفعل. بينهم عدد كبير منالمواد مذبذب.

الاسم الشائع لجميع هذه الذرات هو العناصر الانتقالية. لقد تلقوها لأنهم ، من حيث ممتلكاتهم ، يقفون حقًا ، كما كان ، في المنتصف ، بين معادن نموذجية s-family و non-metal of the p-family.

تشير السمة العامة للمعادن الانتقالية إلى تحديد خصائصها المتشابهة. هم كالتالي:

• عدد كبير من الإلكترونات في المستوى الخارجي ؛
• نصف قطر ذري كبير
• عدة درجات من الأكسدة (من +3 إلى +7) ؛
• تكون في المستوى الفرعي d- أو f ؛
• تشكل 4-6 فترات كبيرة من النظام.

كيف مواد بسيطةمعادن هذه المجموعة قوية جدًا ومطاعة وقابلة للطرق ، وبالتالي فهي ذات أهمية صناعية كبيرة.

المجموعات الفرعية الجانبية للنظام الدوري

تتطابق الخصائص العامة للمعادن في المجموعات الفرعية الثانوية تمامًا مع تلك الموجودة في المجموعات الانتقالية. وهذا ليس مفاجئًا ، لأنه في الواقع نفس الشيء تمامًا. كل ما في الأمر أن المجموعات الفرعية الجانبية للنظام تم تشكيلها على وجه التحديد من قبل ممثلي العائلتين d و f ، أي ، معادن انتقالية. لذلك يمكننا القول أن هذه المفاهيم مترادفات.

الأكثر نشاطًا وأهمية منهم الصف الأول المكون من 10 ممثلين من سكانديوم إلى الزنك. جميعها ذات أهمية صناعية كبيرة وغالبًا ما يستخدمها الإنسان ، خاصة للصهر.

سبائك

تجعل الخصائص العامة للمعادن والسبائك من الممكن فهم مكان وكيفية استخدام هذه المواد. مرت مثل هذه المركبات بتحولات كبيرة في العقود الماضية ، لأنه يتم اكتشاف المزيد والمزيد من الإضافات الجديدة وتصنيعها لتحسين جودتها.

أشهر السبائك اليوم هي:

• نحاس؛
• دورالومين.
• الحديد الزهر؛
• صلب؛
• البرونز.
• سيفوز؛
• نيتشروم وغيرها.

ما هي السبيكة؟ هذا هو خليط من المعادن يتم الحصول عليها عن طريق صهر الأخير في أجهزة أفران خاصة. يتم ذلك من أجل الحصول على منتج متفوق في الخصائص مواد نقيةالذي يشكله.

مقارنة خصائص المعادن واللافلزات

إذا تحدثنا عن الخصائص العامةعندئذٍ ستختلف خصائص المعادن وغير الفلزات في نقطة واحدة مهمة جدًا: بالنسبة للأخيرة ، لا يمكن التمييز بين السمات المتشابهة ، لأنها تختلف اختلافًا كبيرًا في خصائصها الظاهرة ، الفيزيائية والكيميائية.

لذلك ، من المستحيل إنشاء مثل هذه الخاصية لغير المعادن. من الممكن فقط النظر بشكل منفصل في ممثلي كل مجموعة ووصف ممتلكاتهم.

الخواص الكيميائية للمعادن: التفاعل مع الأكسجين والهالوجينات والكبريت وعلاقته بالماء والأحماض والأملاح.

تعود الخصائص الكيميائية للمعادن إلى قدرة ذراتها على التبرع بسهولة بالإلكترونات من الخارج مستوى الطاقةلتصبح أيونات موجبة الشحنة. وهكذا ، في التفاعلات الكيميائية ، تعمل المعادن كعوامل اختزال نشطة. هذه هي الخاصية الكيميائية المشتركة الرئيسية.

تختلف القدرة على التبرع بالإلكترونات في ذرات العناصر المعدنية الفردية. كلما تخلى المعدن عن إلكتروناته بسهولة ، زاد نشاطه ، وكلما زاد تفاعله مع المواد الأخرى بقوة. بناءً على البحث ، تم ترتيب جميع المعادن على التوالي حسب نشاطها المتناقص. تم اقتراح هذه السلسلة لأول مرة من قبل العالم البارز ن. ن. بيكيتوف. تسمى هذه السلسلة من نشاط المعادن أيضًا سلسلة الإزاحة للمعادن أو السلسلة الكهروكيميائية للجهود المعدنية. تبدو هكذا:

Li ، K ، Ba ، Ca ، Na ، Mg ، Al ، Zn ، Fe ، Ni ، Sn ، Pb ، H2 ، Cu ، Hg ، Ag ، Рt ، Au

باستخدام هذه السلسلة ، يمكنك معرفة المعدن النشط للآخر. تحتوي هذه السلسلة على الهيدروجين ، وهو ليس معدنًا. يتم أخذ خصائصه المرئية للمقارنة كنوع من الصفر.

لها خصائص عوامل الاختزال ، تتفاعل المعادن مع عوامل مؤكسدة مختلفة ، في المقام الأول مع غير المعادن. تتفاعل المعادن مع الأكسجين في ظل الظروف العادية أو عند تسخينها لتكوين أكاسيد ، على سبيل المثال:

2Mg0 + O02 = 2Mg + 2O-2

في هذا التفاعل ، تتأكسد ذرات المغنيسيوم وتقل ذرات الأكسجين. تتفاعل المعادن النبيلة في نهاية الصف مع الأكسجين. تحدث التفاعلات مع الهالوجينات بنشاط ، على سبيل المثال ، احتراق النحاس في الكلور:

Cu0 + Cl02 = Cu + 2Cl-2

غالبًا ما تحدث التفاعلات مع الكبريت عند التسخين ، على سبيل المثال:

Fe0 + S0 = Fe + 2S-2

تتفاعل المعادن النشطة في سلسلة نشاط المعادن في المغنيسيوم مع الماء لتكوين القلويات والهيدروجين:

2Na0 + 2H + 2O → 2Na + OH + H02

تتفاعل معادن النشاط المتوسط ​​من Al إلى H2 مع الماء في ظل ظروف أكثر قسوة وتشكل أكاسيد وهيدروجين:

Pb0 + H + 2O الخواص الكيميائية للمعادن: التفاعل مع الأكسجين Pb + 2O + H02.

تعتمد أيضًا قدرة المعدن على التفاعل مع الأحماض والأملاح في المحلول على موقعه في سلسلة الإزاحة للمعادن. المعادن الموجودة على يسار الهيدروجين في سلسلة الإزاحة للمعادن عادةً ما تزيح (تقلل) الهيدروجين من الأحماض المخففة ، والمعادن الموجودة على يمين الهيدروجين لا تحل محله. لذلك ، يتفاعل الزنك والمغنيسيوم مع المحاليل الحمضية ، ويطلق الهيدروجين ويشكل الأملاح ، بينما النحاس لا يتفاعل.

Mg0 + 2H + Cl → Mg + 2Cl2 + H02

Zn0 + H + 2SO4 → Zn + 2SO4 + H02.

ذرات المعادن في هذه التفاعلات عوامل اختزال ، وأيونات الهيدروجين عوامل مؤكسدة.

تتفاعل المعادن مع الأملاح في المحاليل المائية. تحل المعادن النشطة محل المعادن الأقل نشاطًا من تكوين الأملاح. يمكن تحديد ذلك من سلسلة نشاط المعادن. نواتج التفاعل عبارة عن ملح جديد ومعدن جديد. لذلك ، إذا تم غمر صفيحة حديدية في محلول من كبريتات النحاس (II) ، فبعد فترة من الوقت سيبرز النحاس عليها على شكل طلاء أحمر:

Fe0 + نحاس + 2SO4 → Fe + 2SO4 + نحاس 0.

ولكن إذا غُمرت صفيحة فضية في محلول من كبريتات النحاس (II) ، فلن يحدث أي تفاعل:

Ag + CuSO4 ≠.

لإجراء مثل هذه التفاعلات ، لا ينبغي للمرء أن يأخذ معادن نشطة للغاية (من الليثيوم إلى الصوديوم) ، والتي تكون قادرة على التفاعل مع الماء.

لذلك ، فإن المعادن قادرة على التفاعل مع اللافلزات والماء والأحماض والأملاح. في جميع هذه الحالات ، تتأكسد المعادن وتعمل على الاختزال. للتنبؤ بالتدفق تفاعلات كيميائيةبمشاركة المعادن ، يجب استخدام سلسلة إزاحة من المعادن.

تفاعل المعادن مع اللافلزات

تُظهر اللافلزات خواصًا مؤكسدة في التفاعلات مع المعادن ، وتقبل الإلكترونات منها وتتعافى.

التفاعل مع الهالوجينات

الهالوجينات (F 2 ، Cl 2 ، Br 2 ، I 2 ) عوامل مؤكسدة قوية ، لذلك تتفاعل جميع المعادن معها في الظروف العادية:

2Me + ن Hal 2 → 2 MeHal n

ناتج هذا التفاعل عبارة عن ملح هاليد معدني ( MeF n- فلوريد ، MeCl n- كلوريد ، MeBr n- بروميد ، MeI n -يوديد). عند التفاعل مع معدن ما ، يتم تقليل الهالوجين إلى أدنى حالة أكسدة (-1) ، ونيساوي حالة أكسدة المعدن.

معدل التفاعل يعتمد على النشاط الكيميائي للمعدن والهالوجين. ينخفض ​​النشاط التأكسدي للهالوجينات في المجموعة من أعلى إلى أسفل (من F إلى I).

التفاعل مع الأكسجين

يؤكسد الأكسجين جميع المعادن تقريبًا (باستثناء Ag ، Au ، Pt ) ، مما يؤدي إلى تكوين أكاسيدأنا 2 يا ن.

معادن نشطة تتفاعل بسهولة مع الأكسجين الجوي في ظل الظروف العادية.

2 Mg + O 2 → 2 MgO (مع فلاش)

معادن النشاط الوسيط تتفاعل أيضًا مع الأكسجين عند درجة الحرارة العادية. لكن معدل مثل هذا التفاعل أقل بكثير من مشاركة المعادن النشطة.

معادن غير نشطة يتأكسد بالأكسجين عند تسخينه (الاحتراق في الأكسجين).

أكاسيد يمكن تقسيم الخواص الكيميائية للمعادن إلى ثلاث مجموعات:

1. أكاسيد أساسية ( Na 2 O ، CaO ، Fe II O ، Mn II O ، Cu I O إلخ) بواسطة معادن في حالات أكسدة منخفضة (+1 ، +2 ، كقاعدة عامة ، أقل من +4). تتفاعل الأكاسيد الأساسية مع الأكاسيد والأحماض الحمضية لتكوين الأملاح:

CaO + CO 2 → كربونات الكالسيوم 3

CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O

2. أكاسيد حامضية ( Cr VI O 3، Fe VI O 3، Mn VI O 3، Mn 2 VII O 7 إلخ) من المعادن في حالات الأكسدة العالية (كقاعدة عامة ، أعلى من +4). تتفاعل أكاسيد الحمض مع الأكاسيد والقواعد الأساسية لتكوين الأملاح:

FeO 3 + K 2 O → K 2 FeO4

CrO 3 + 2KOH → K 2 CrO 4 + H 2 O

3. أكاسيد الأمفوتريك ( BeO، Al 2 O 3، ZnO، SnO، MnO 2، Cr 2 O 3، PbO، PbO 2 إلخ) ذات طبيعة مزدوجة ويمكن أن تتفاعل مع كل من الأحماض والقواعد:

Cr 2 O 3 + 3H 2 SO 4 → Cr 2 (SO 4) + 3H 2 O

Cr 2 O 3 + 6 NaOH → 2Na 3

التفاعل مع الكبريت

تتفاعل جميع المعادن مع الكبريت (باستثناء Au ) ، تشكيل الأملاح - كبريتيدأنا 2 S n . في هذه الحالة ، يتم تقليل الكبريت إلى حالة الأكسدة "-2". بلاتينيوم (نقطة ) يتفاعل مع الكبريت فقط في حالة منقسمة بدقة. المعادن القلوية والكالسيوم والمغنيسيوم تتفاعل مع الكبريت عند تسخينها بانفجار. Zn، Al (مسحوق) و Mg في تفاعل مع الكبريت يعطي وميضا. في الاتجاه من اليسار إلى اليمين في سلسلة النشاط ، ينخفض ​​معدل تفاعل المعادن مع الكبريت.

التفاعل مع الهيدروجين

مع الهيدروجين ، تشكل بعض المعادن النشطة مركبات - الهيدريدات:

2 Na + H 2 → 2 NaH

في هذه المركبات ، يكون الهيدروجين في حالة أكسدة نادرة "-1".

إي. نودنوفا ، م. أندريوخوفا