Поради наличието на свободни електрони („електронен газ“) в кристалната решетка, всички метали проявяват следните характерни общи свойства:

1) Пластмаса– възможност за лесна промяна на формата, разтягане на тел и навиване на тънки листове.

2) Метален блясъки непрозрачност. Това се дължи на взаимодействието на свободните електрони със светлината, падаща върху метала.

3) Електрическа проводимост. Обяснява се с насоченото движение на свободните електрони от отрицателния полюс към положителния под въздействието на малка потенциална разлика. При нагряване електрическата проводимост намалява, т.к С повишаване на температурата се засилват вибрациите на атомите и йоните във възлите на кристалната решетка, което усложнява насоченото движение на „електронния газ“.

4) Топлопроводимост.Причинява се от високата подвижност на свободните електрони, поради което температурата бързо се изравнява по масата на метала. Най-висока топлопроводимост има бисмутът и живакът.

5) твърдост.Най-твърдият е хром (реже стъкло); най-меките алкални метали - калий, натрий, рубидий и цезий - се нарязват с нож.

6) Плътност.Колкото е по-малък, толкова е по-малък атомна масаметал и по-голям атомен радиус. Най-лек е литият (ρ=0,53 g/cm3); най-тежък е осмият (ρ=22,6 g/cm3). Метали с плътност под 5 g/cm3 се считат за „леки метали”.

7) Точки на топене и кипене.Най-топимият метал е живакът (т.т. = -39°C), най-огнеупорният метал е волфрамът (т.т. = 3390°C). Метали с температура на топене над 1000°C се считат за огнеупорни, по-ниски – за нискотопими.

Общи химични свойства на металите

Силни редуциращи агенти: Me 0 – nē → Me n +

Редица напрежения характеризират сравнителната активност на металите в редокс реакциите в водни разтвори.

1. Реакции на метали с неметали

1) С кислород:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) Със сяра:
Hg + S → HgS

3) С халогени:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2

4) С азот:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2

5) С фосфор:
3Ca + 2P – t° → Ca 3 P 2

6) С водород (реагират само алкални и алкалоземни метали):
2Li + H 2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

2. Реакции на метали с киселини

1) Металите в електрохимичните серии на напрежение до H редуцират неокисляващите киселини до водород:

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) С окислителни киселини:

Когато азотната киселина с всякаква концентрация и концентрираната сярна киселина взаимодействат с метали Водородът никога не се отделя!

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

3. Взаимодействие на металите с водата

1) Активни (алкални и алкалоземни метали) образуват разтворима основа (алкали) и водород:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2) Метали средна активностокислява се от вода при нагряване до оксид:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) Неактивни (Au, Ag, Pt) - не реагират.

4. Изместване на по-малко активни метали от по-активни метали от разтвори на техните соли:

Cu + HgCl 2 → Hg+ CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

В индустрията те често използват не чисти метали, а смеси от тях - сплави, при което полезните свойства на един метал се допълват от полезните свойства на друг. По този начин медта има ниска твърдост и е неподходяща за производство на машинни части, докато сплавите от мед и цинк ( месинг) вече са доста твърди и се използват широко в машиностроенето. Алуминият има висока пластичност и достатъчна лекота (ниска плътност), но е твърде мек. Въз основа на него се приготвя сплав с магнезий, мед и манган - дуралуминий (дуралуминий), който, без да губи полезни свойстваалуминий, придобива висока твърдост и става подходящ за самолетостроене. Сплавите на желязо с въглерод (и добавки от други метали) са широко известни чугунИ стомана.

Свободните метали са реставратори.Някои метали обаче имат ниска реактивност поради факта, че са покрити повърхностен оксиден филм, В различни степениустойчиви на химически реагенти като вода, разтвори на киселини и основи.

Например, оловото винаги е покрито с оксиден филм, преходът му в разтвор изисква не само излагане на реагент (например разредена азотна киселина), но и нагряване. Оксидният филм върху алуминия предотвратява реакцията му с вода, но се разрушава от киселини и основи. Разхлабен оксиден филм (ръжда), образуван върху повърхността на желязото във влажен въздух, не пречи на по-нататъшното окисляване на желязото.

Под влияние концентриранвърху металите се образуват киселини устойчивиоксиден филм. Това явление се нарича пасивиране. И така, в концентриран сярна киселинаметали като Be, Bi, Co, Fe, Mg и Nb се пасивират (и след това не реагират с киселина), а в концентрирана азотна киселина - метали A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb , Th и U.

При взаимодействие с окислители в киселинни разтвори повечето метали се трансформират в катиони, чийто заряд се определя от устойчива степенокисление на този елемент в съединения (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ и Fe 3+)

Редукционната активност на металите в кисел разтвор се предава чрез поредица от напрежения. Повечето метали се прехвърлят в разтвор със солна и разредена сярна киселина, но Cu, Ag и Hg - само със сярна (концентрирана) и азотна киселина, а Pt и Au - с "регия водка".

Метална корозия

Нежелано химично свойство на металите е тяхната корозия, т.е. активно разрушаване (окисляване) при контакт с вода и под въздействието на разтворения в нея кислород (кислородна корозия).Например, широко известна е корозията на железни продукти във вода, в резултат на което се образува ръжда и продуктите се разпадат на прах.

Корозията на металите възниква и във водата поради наличието на разтворени газове CO 2 и SO 2; създава се кисела среда и катионите Н + се изместват от активни метали под формата на водород Н 2 ( водородна корозия).

Зоната на контакт между два различни метала може да бъде особено корозивна ( контактна корозия).Галванична двойка възниква между един метал, например Fe, и друг метал, например Sn или Cu, поставени във вода. Потокът от електрони преминава от по-активния метал, който е отляво в серията напрежения (Re), към по-малко активния метал (Sn, Cu), а по-активният метал се разрушава (корозира).

Това е причината за ръждясване на калайдисаната повърхност. тенекии(желязо, покрито с калай), когато се съхранява във влажна атмосфера и се борави небрежно (ютията бързо се поврежда след появата дори на малка драскотина, което позволява на ютията да влезе в контакт с влага). Напротив, поцинкованата повърхност на желязната кофа не ръждясва дълго време, тъй като дори и да има драскотини, не желязото корозира, а цинкът (по-активен метал от желязото).

Устойчивостта на корозия за даден метал се увеличава, когато се покрие с по-активен метал или когато се слеят; По този начин, покриването на желязото с хром или производството на сплав от желязо и хром елиминира корозията на желязото. Хромирано желязо и стомана, съдържащи хром ( неръждаема стомана), имат висока устойчивост на корозия.

Има технологични, физични, механични и химични свойства на металите. Физичните свойства включват цвят и електрическа проводимост. Характеристиките на тази група включват също топлопроводимост, плавимост и плътност на метала.

ДО механични характеристикивключват пластичност, еластичност, твърдост, якост, вискозитет.

Химични свойстваметалите включват устойчивост на корозия, разтворимост и окисление.

Характеристики като течливост, закаляемост, заваряемост и ковкост са технологични.

Физични свойства

1. Цвят. Металите не пропускат светлина през себе си, тоест те са непрозрачни. В отразената светлина всеки елемент има свой нюанс - цвят. Сред техническите метали само медта и нейните сплави имат цвят. Останалите елементи се характеризират със сянка, варираща от сребристо-бяло до стоманено-сиво.
2. Плавимост. Тази характеристика показва способността на елемента да преминава в течно състояние от твърдо състояние под въздействието на температурата. Взема се предвид плавимостта най-важното свойствометали По време на процеса на нагряване всички метали преминават от твърдо състояние в течно състояние. При охлаждане на разтопеното вещество се получава обратен преход - от течно към твърдо състояние.
3. Електрическа проводимост. Тази характеристика показва способността на свободните електрони да пренасят електричество. Електрическата проводимост на металните тела е хиляди пъти по-голяма от тази на неметалните тела. С повишаване на температурата проводимостта на електричеството намалява, а с понижаване на температурата съответно се увеличава. Трябва да се отбележи, че електрическата проводимост на сплавите винаги ще бъде по-ниска от тази на всеки метал, който изгражда сплавта.
4. Магнитни свойства. Очевидно магнитните (феромагнитни) елементи включват само кобалт, никел, желязо, както и редица техни сплави. При нагряване до определена температура обаче тези вещества губят своя магнетизъм. Някои железни сплави при стайна температура не са феромагнитни.
5. Топлопроводимост. Тази характеристика показва способността на топлината да се предава към по-малко нагрято тяло от по-нагрято тяло без видимо движение на съставните му частици. Високо нивотоплопроводимостта позволява равномерно и бързо нагряване и охлаждане на металите. Сред техническите елементи медта има най-висок показател.

Металите заемат специално място в химията. Наличието на подходящи характеристики позволява използването на определено вещество в определена област.

Химични свойства на металите

1. Устойчивост на корозия. Корозията е разрушаване на вещество в резултат на електрохимично или химично взаимодействие с среда. Най-честият пример е ръждясването на желязото. Устойчивостта на корозия е една от най-важните природни характеристики на редица метали. В тази връзка вещества като сребро, злато и платина се наричат ​​благородни. Никелът има висока устойчивост на корозия и други цветни метали се разрушават по-бързо и по-тежко от цветните.
2. Окисляемост. Тази характеристика показва способността на елемента да реагира с О2 под въздействието на окислители.
3. Разтворимост. Металите, които имат неограничена разтворимост в течно състояние, могат да образуват твърди разтвори, когато се втвърдят. В тези разтвори атомите от един компонент се включват в друг компонент само в определени граници.

Трябва да се отбележи, че физичните и химичните свойства на металите са една от основните характеристики на тези елементи.

Първият материал, който хората се научиха да използват за своите нужди, беше камъкът. Но по-късно, когато човекът осъзнава свойствата на металите, камъкът се премества далеч назад. Именно тези вещества и техните сплави са станали най-важният и основен материал в ръцете на хората. От тях са изработвани предмети за бита и оръдия на труда, изграждани са жилища. Затова в тази статия ще разгледаме какво представляват металите, общи характеристики, чиито свойства и приложение са толкова актуални и до днес. В крайна сметка буквално веднага след това последва каменната ера цяла галактикаметал: мед, бронз и желязо.

Метали: обща характеристика

Какво обединява всички представители на тези прости вещества? Разбира се, това е структурата на тяхната кристална решетка, видовете химични връзки и характеристиките на електронната структура на атома. В крайна сметка оттук идват характерните физични свойства, които са в основата на използването на тези материали от хората.

Първо, нека разгледаме металите като химически елементи периодична таблица. В него те са разположени доста свободно, заемайки 95 клетки от 115 известни днес. Има няколко особености на тяхното разположение в общата система:

• Те образуват основните подгрупи на групи I и II, както и III, като се започне от алуминия.
• Всички странични подгрупи се състоят само от метали.
• Те са разположени под конвенционалния диагонал от бор до астат.

Въз основа на такива данни е лесно да се види, че неметалите се събират в горната дясна част на системата, а останалата част от пространството принадлежи на елементите, които разглеждаме.

Всички те имат няколко характеристики на електронната структура на атома:

Общите характеристики на металите и неметалите позволяват да се идентифицират закономерностите в тяхната структура. така че кристална решеткапърво - метал, специален. Неговите възли съдържат няколко вида частици:

• йони;
• атоми;
• електрони.

Вътре се натрупва общ облак, наречен електронен газ, което обяснява всички физически свойства на тези вещества. Тип химическа връзкав металите същото име с тях.

Физични свойства

Има редица параметри, които обединяват всички метали. Общата им характеристика физични свойстваизглежда така.

Изброените параметри са общите характеристики на металите, тоест всичко, което ги обединява в едно голямо семейство. Трябва обаче да се разбере, че всяко правило има изключения. Освен това има твърде много елементи от този вид. Следователно в рамките на самото семейство също има разделения на различни групи, които ще разгледаме по-долу и за които ще посочим характерните особености.

Химични свойства

От гледна точка на науката химия всички метали са редуциращи агенти. При това много силна. Колкото по-малко електрони във външното ниво и толкова повече атомен радиус, толкова по-здрав е металът според определения параметър.

В резултат на това металите могат да реагират с:

Това е само общ преглед на химичните свойства. В крайна сметка за всяка група елементи те са чисто индивидуални.

Алкалоземни метали

Общите характеристики на алкалоземните метали са следните:

По този начин алкалоземните метали са общи елементи от s-семейството, които проявяват висока химическа активност и са силни редуциращи агенти и важни участници в биологичните процеси в тялото.

Алкални метали

Общите характеристики започват с името им. Те го получиха заради способността му да се разтваря във вода, образувайки алкали - каустични хидроксиди. Реакциите с вода са много бурни, понякога с възпаление. Тези вещества не се срещат в свободна форма в природата, тъй като тяхната химическа активност е твърде висока. Те реагират с въздух, водни пари, неметали, киселини, оксиди и соли, тоест с почти всичко.

Това се дължи на техните електронна структура. На външното ниво има само един електрон, който те лесно предават. Това са най-силните редуциращи агенти, поради което отне доста време за получаването им в чист вид. Това е направено за първи път от Хъмфри Дейви още през 18 век чрез електролиза на натриев хидроксид. Сега всички представители на тази група се добиват по този метод.

Обща характеристика на алкалните метали е, че те съставляват първата група, основната подгрупа на периодичната таблица. Всички те са важни елементи, които образуват много ценни природни съединения, използвани от хората.

Обща характеристика на металите от d- и f-семействата

Тази група елементи включва всички онези, чието състояние на окисление може да варира. Това означава, че в зависимост от условията металът може да действа както като окислител, така и като редуциращ агент. Такива елементи имат голяма способност да реагират. Сред тях голям бройамфотерни вещества.

Общото име за всички тези атоми е преходни елементи. Те са го получили, защото по отношение на свойствата си наистина стоят по средата, между типичните метали от s-семейството и неметалите от p-семейството.

Общите характеристики на преходните метали предполагат обозначаването на техните сходни свойства. Те са както следва:

• голям брой електрони във външното ниво;
• голям атомен радиус;
• няколко степени на окисление (от +3 до +7);
• са на d- или f-подниво;
• образуват 4-6 големи периода на системата.

как прости веществаМеталите от тази група са много здрави, ковки и ковки, поради което са от голямо индустриално значение.

Странични подгрупи на периодичната система

Общите характеристики на металите от страничните подгрупи напълно съвпадат с тези на преходните метали. И това не е изненадващо, защото по същество те са абсолютно едно и също нещо. Просто страничните подгрупи на системата се формират именно от представители на d- и f-семействата, т.е. преходни метали. Следователно можем да кажем, че тези понятия са синоними.

Най-активните и важни от тях са първият ред от 10 представители от скандий до цинк. Всички те са от промишлено значение и често се използват от хората, особено за топене.

Сплави

Общите характеристики на металите и сплавите позволяват да се разбере къде и как могат да се използват тези вещества. Такива съединения са претърпели големи трансформации през последните десетилетия, тъй като се откриват и синтезират нови добавки за подобряване на тяхното качество.

Най-известните сплави днес са:

• месинг;
• дуралуминий;
• чугун;
• стомана;
• бронз;
• ще спечели;
• нихром и други.

Какво е сплав? Това е смес от метали, получена чрез топене на последните в специални пещи. Това се прави, за да се получи продукт с превъзходни свойства чисти вещества, образувайки го.

Сравнение на свойствата на металите и неметалите

Ако говорим за общи свойства, тогава характеристиките на металите и неметалите ще се различават в една много важна точка: за последните е невъзможно да се разграничат сходни характеристики, тъй като те са много различни в своите проявени свойства, както физични, така и химични.

Следователно е невъзможно да се създаде подобна характеристика за неметалите. Можете да разгледате само представителите на всяка група поотделно и да опишете техните свойства.

Химични свойства на металите: взаимодействие с кислород, халогени, сяра и връзка с вода, киселини, соли.

Химичните свойства на металите се определят от способността на техните атоми лесно да отдават електрони отвън енергийно ниво, превръщайки се в положително заредени йони. Така в химичните реакции металите се оказват енергийни редуциращи агенти. Това е основното им общо химично свойство.

Способността за отдаване на електрони варира между атомите на отделните метални елементи. Колкото по-лесно един метал отдава своите електрони, толкова по-активен е той и толкова по-енергично реагира с други вещества. Въз основа на изследвания всички метали са подредени в ред на намаляване на тяхната активност. Тази серия е предложена за първи път от изключителния учен Н. Н. Бекетов. Тази серия от активности от метали се нарича още серия от изместване на метали или електрохимична серия от метални напрежения. Изглежда така:

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

С помощта на тази серия можете да откриете кой метал е активен в друг. Тази серия съдържа водород, който не е метал. Неговите видими свойства се приемат за сравнение като вид нула.

Имайки свойствата на редуциращи агенти, металите реагират с различни окислители, предимно с неметали. Металите реагират с кислорода при нормални условия или при нагряване, за да образуват оксиди, например:

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

При тази реакция магнезиевите атоми се окисляват, а кислородните атоми се редуцират. Благородните метали в края на серията реагират с кислорода. Активно протичат реакции с халогени, например изгарянето на мед в хлор:

Cu0 + Cl02 = Cu+2Cl-2

Реакциите със сяра най-често възникват при нагряване, например:

Fe0 + S0 = Fe+2S-2

Активните метали в редицата активност на металите в Mg реагират с вода, за да образуват основи и водород:

2Na0 + 2H+2O → 2Na+OH + H02

Металите със средна активност от Al до H2 реагират с вода при по-тежки условия и образуват оксиди и водород:

Pb0 + H+2O Химични свойства на металите: взаимодействие с кислород Pb+2O + H02.

Способността на метала да реагира с киселини и соли в разтвор също зависи от позицията му в серията на изместване на металите. Металите в изместващия ред от метали вляво от водорода обикновено изместват (редуцират) водорода от разредените киселини, докато металите, разположени вдясно от водорода, не го изместват. Така цинкът и магнезият реагират с киселинни разтвори, като отделят водород и образуват соли, но медта не реагира.

Mg0 + 2H+Cl → Mg+2Cl2 + H02

Zn0 + H+2SO4 → Zn+2SO4 + H02.

Металните атоми в тези реакции са редуциращи агенти, а водородните йони са окислители.

Металите реагират със соли във водни разтвори. Активните метали изместват по-малко активните метали от състава на солите. Това може да се определи от серията активност на металите. Продуктите на реакцията са нова сол и нов метал. Така че, ако желязна плоча се потопи в разтвор на меден (II) сулфат, след известно време върху нея ще се освободи мед под формата на червено покритие:

Fe0 + Cu+2SO4 → Fe+2SO4 + Cu0.

Но ако сребърна чиния се потопи в разтвор на меден (II) сулфат, няма да настъпи никаква реакция:

Ag + CuSO4 ≠ .

За да извършите такива реакции, не можете да използвате твърде активни метали (от литий до натрий), които могат да реагират с вода.

Следователно металите са способни да реагират с неметали, вода, киселини и соли. Във всички тези случаи металите се окисляват и са редуциращи агенти. Да се ​​предвиди тока химически реакциис участието на метали трябва да се използва серия от изместване на метали.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НА МЕТАЛИ С НЕМЕТАЛИ

Неметалите проявяват окислителни свойства при реакции с метали, като приемат електрони от тях и се редуцират.

Взаимодействие с халогени

Халогени (F 2, Cl 2, Br 2, I 2 ) са силни окислители, поради което всички метали реагират с тях при нормални условия:

2 Аз + п Hal 2 → 2 MeHal n

Продуктът от тази реакция е сол - метален халогенид ( MeF n -флуорид, MeCl n -хлорид, MeBr n -бромид, MeI n -йодид). Когато взаимодейства с метал, халогенът се редуцира до най-ниското си състояние на окисление (-1) иправна на степента на окисление на метала.

Скоростта на реакцията зависи от химическата активност на метала и халогена. Окислителната активност на халогените намалява в групата отгоре надолу (от F до I).

Взаимодействие с кислород

Почти всички метали се окисляват от кислород (с изключение на Ag, Au, Pt ), и се образуват оксидиАз 2 О н .

Активни метали При нормални условия те лесно взаимодействат с кислорода във въздуха.

2 Mg + O 2 → 2 MgO (със светкавица)

Метали с междинна активност също реагират с кислород при обикновени температури. Но скоростта на такава реакция е значително по-ниска, отколкото при участието на активни метали.

Нискоактивни метали окислява се от кислород при нагряване (изгаряне в кислород).

Оксиди Металите могат да бъдат разделени на три групи според техните химични свойства:

1. Основни оксиди ( Na 2 O, CaO, Fe II O, Mn II O, Cu I O и т.н.) се образуват от метали в ниска степен на окисление (+1, +2, обикновено под +4). Основните оксиди реагират с киселинни оксиди и киселини, за да образуват соли:

CaO + CO 2 → CaCO 3

CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O

2. Киселинни оксиди ( Cr VI O 3, Fe VI O 3, Mn VI O 3, Mn 2 VII O 7 и т.н.) се образуват от метали във високи степени на окисление (обикновено над +4). Киселинните оксиди реагират с основни оксиди и основи, за да образуват соли:

FeO 3 + K 2 O → K 2 FeO 4

CrO 3 + 2KOH → K 2 CrO 4 + H 2 O

3. Амфотерни оксиди ( BeO, Al 2 O 3, ZnO, SnO, MnO 2, Cr 2 O 3, PbO, PbO 2 и т.н.) имат двойна природа и могат да взаимодействат както с киселини, така и с основи:

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

Cr 2 O 3 + 6NaOH → 2Na 3

Взаимодействие със сяра

Всички метали реагират със сярата (с изключение на Au ), образувайки соли - сулфидиАз 2 S n . В този случай сярата се редуцира до степен на окисление "-2". платина (Пт ) взаимодейства със сярата само във фино натрошено състояние. Алкални метали, а също така Ca и Mg реагират експлозивно със сярата при нагряване. Zn, Al (на прах) и Mg в реакция със сярата те дават светкавица. От ляво на дясно в серията дейности скоростта на взаимодействие на металите със сярата намалява.

Взаимодействие с водород

Някои активни метали образуват съединения с водород - хидриди:

2 Na + H 2 → 2 NaH

В тези съединения водородът е в рядко състояние на окисление „-1“.

Е.А. Нуднова, М.В. Андрюхова