Какие существуют химические свойства металлов

Какие существуют химические свойства металлов thumbnail

Среди металлов традиционно выделяют несколько групп. Входящие в их состав представители характеризуются отличной от других металлов химической активностью. Такими группами являются:

  • благородные металлы (серебро, золото, платина);
     
  • щелочные металлы (металлы, образованные элементами (I)А группы периодической системы);
     
  • щелочноземельные металлы (кальций, стронций, барий, радий).

Простые вещества, обладающие металлическими свойствами, в химических реакциях всегда являются восстановителями. Положение металла в ряду активности характеризует то, насколько активно данный металл способен вступать в химические реакции (т. е. то, насколько сильно у него проявляются свойства восстановителя).

Ряд активности металлов

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

активные

металлы

металлы средней

активности 

 

неактивные

металлы

1. Чем левее стоит металл в этом ряду, тем более сильным восстановителем он является.

2. Каждый металл способен вытеснять из растворов солей те металлы, которые в ряду активности стоят после него (правее).

3. Металлы, находящиеся в ряду активности левее водорода, способны вытеснять его из растворов кислот.
 

4. Щелочные и щелочноземельные металлы в любых водных растворах взаимодействуют прежде всего с водой.

Общие химические свойства металлов

Взаимодействие с простыми веществами-неметаллами

1. Металлы взаимодействуют с кислородом, образуя оксиды.

Металл + кислород → оксид.

Например, при взаимодействии магния с кислородом образуется оксид магния:

2Mg0+O02→2Mg+2O−2.

Видеофрагмент:

Обрати внимание!

Серебро, золото и платина с кислородом не реагируют.

2. Металлы взаимодействуют с галогенами (фтором, хлором, бромом и иодом), образуя галогениды.

Металл + галоген → галогенид металла.

Например, при взаимодействии натрия с хлором образуется хлорид натрия:

2Na0+Cl02→2Na+1Cl−1.

3. Металлы взаимодействуют с серой, образуя сульфиды.

Металл + сера → сульфид металла.

Например, при взаимодействии цинка с серой образуется сульфид цинка:

Zn0+S0→Zn+2S−2.

Видеофрагмент:

Взаимодействие цинка с серой

4. Активные металлы при нагревании реагируют с азотом, фосфором и некоторыми другими неметаллами.

Например, при взаимодействии лития с азотом образуется нитрид лития:

6Li0+N02→2Li+13N−3.

При взаимодействии кальция с фосфором образуется фосфид кальция:

3Ca0+2P0→Ca+23P−32.

Взаимодействие со сложными веществами

1. Щелочные и щелочноземельные металлы взаимодействуют с водой при обычных условиях, образуя растворимое в воде основание (щёлочь) и водород.

Активный металл + вода → щёлочь + водород.

Например, при взаимодействии натрия с водой образуются гидроксид натрия и водород:

2Na0+2H+12O−2→2Na+1O−2H+1+H02.

Видеофрагмент:

Взаимодействие натрия с водой

Обрати внимание!

Некоторые металлы средней активности реагируют с водой при повышенной температуре, образуя оксид металла и водород.

Например, раскалённое железо реагирует с водяным паром, образуя смешанный оксид — железную окалину Fe_3O_4 и водород:

3Fe0+4H+12O−2→Fe+2O−2⋅Fe+32O−23+4H02.

2. Mеталлы, стоящие в ряду активности металлов левее водорода, взаимодействуют с растворами кислот, образуя соль и водород.

Металл + кислота → соль + водород.

Например, при взаимодействии алюминия с серной кислотой образуются сульфат алюминия и водород:

2Al0+3H+12S+6O−24→Al+32(S+6O−24)3+3H02.

Видеофрагмент:

Реакция алюминия с серной кислотой

3. Металлы реагируют с солями менее активных металлов в растворе, образуя соль более активного металла и менее активный металл в свободном виде.

Более активный металл + соль → соль более активного металла + менее активный металл.

Например, при взаимодействии железа с сульфатом меди((II)) образуются сульфат железа((II)) и медь:

Fe0+Cu+2S+6O−24→Fe+2S+6O−24+Cu0.

Видеофрагмент:

Взаимодействие железа с сульфатом меди

Источник

В химических реакциях металлы выступают в роли восстановителей и повышают степень окисления, превращаясь из простых веществ в катионы. 

Химические свойства металлов различаются в зависимости от химической активности металла. По активности в водных растворах металлы расположены в ряд напряжений. 

Какие существуют химические свойства металлов

В этот ряд, составленный русским химиком Н.Н. Бекетовым, включен также неметалл водород. Активность металлов убывает слева направо:

Запомнить! Металлы, стоящие в ЭХ ряду после водорода, называют неактивными металлами.

Металлы, расположенные в ЭХ ряду до алюминия называют сильноактивными или активными металлами.       

Общие химические свойства металлов

1) Многие металлы вступают в реакцию с типичными неметаллами – галогенами, кислородом, серой. При этом образуются соответственно хлориды, оксиды, сульфиды и другие бинарные соединения:

  • с азотом некоторые металлы образуют нитриды, реакция практически всегда протекает при нагревании;

  • с серой металлы образуют сульфиды – соли сероводородной кислоты;

  • с водородом самые активные металлы образуют ионные гидриды (бинарные соединения, в которых водород имеет степень окисления -1);

  • с кислородом большинство металлов образует оксиды – амфотерные и основные. Основной продукт горения натрия – пероксид $Na_2O_2$; а калий и цезий горят с образованием надпероксидов $MeO_2$.

2) Следует обратить внимание на особенности взаимодействие металлов с водой: 

Какие существуют химические свойства металлов

  • Активные металлы, находящиеся в ряду активности металлов до Mg (включительно), реагируют с водой с образованием щелочей и водорода:$Ca + 2H_2O = Ca(OH)_2 + H_2uparrow$

  • Активные металлы (например, натрий и литий), взаимодействуют с водой со взрывом.

  • Металлы средней активности окисляются водой при нагревании до оксида:

    $6Cr + 6H_2O xrightarrow[]{t, ^circ C} 2Cr_2O_3 + 3H_2uparrow$

  • Неактивные металлы (Au, Ag, Pt) – не реагируют с водой.

Читайте также:  Какие свойства информации являются основными с точки зрения защищенности

 $hspace{1.5cm} xrightarrow []{[Li……Mg]} MOH +H_2uparrow$ активные металлы (до Al)

$H_2O + M xrightarrow []{[Al……Pb} M_xO_y +H_2uparrow$ среднеактивные металлы (от Al до H), только при нагревании

$hspace{1.5cm} xrightarrow []{[Bi……Au]} hspace{1cm} ne hspace{1cm}$ неактивные металлы (после Н)

Более подробно взаимодействие металлов с водой рассмотрено в темах, посвященных химии отдельных групп.

3) С разбавленными кислотами реагируют металлы, стоящие в ЭХР до водорода: происходит реакция замещения с образованием соли и газообразного водорода. При этом кислота проявляет окислительные свойства за счет наличия катиона водорода:

$mathrm{Mg} + 2mathrm{HCl} = mathrm{MgCl}_2 + mathrm{H}_2$

4) Взаимодействие азотной кислоты (любой концентрации) и концентрированной серной кислоты протекает с образованием других продуктов: кроме соли в этих реакциях образуется продукт восстановления серной (или азотной) кислоты. Подробнее см.тему “Взаимодействие азотной кислоты с металлами и неметаллами.

Запомнить! Все металлы, стоящие в ряду левее водорода, вытесняют его из разбавленных кислот, а металлы, расположенные справа от водорода, с растворами кислот не реагируют (азотная кислота – исключение).

5) Активность металлов также влияет на возможность протекания простого вещества металла с оксидом или солью другого металла. Металл вытесняет из солей менее активные металлы, стоящие правее его в ряду напряжений. 

Запомнить! Для протекания реакции между металлом и солью  другого требуется, чтобы соли, как вступающие в реакцию, так и образующиеся в ходе нее, были растворимы в воде. Металл вытесняет из соли только более слабый металл.

Например, для вытеснения меди из водного раствора сульфата меди подходит железо,

$mathrm{CuSO}_4 + mathrm{Fe} = mathrm{FeSO}_4 + mathrm{Cu}$

но не подходят свинец – так как он образует нерастворимый сульфат. Если опустить кусочек  свинца в раствор сульфата меди, то с поверхности металла покроется тонким слоем сульфата, и реакция прекратится

$mathrm{CuSO}_4 + mathrm{Pb} = mathrm{PbSO}_4downarrow + mathrm{Cu}$

Другой пример: цинк легко вытесняет серебро из раствора нитрата серебра, однако реакция цинка со взвесью сульфида серебра, нерастворимого в воде, практически не протекает. 

Общие химические свойства металлов обобщены в таблице:

Уравнение реакцииПродукты реакцииПримечания
с простыми веществами – неметаллами
с кислородом

$4Li + O_2 = 2Li_2O$

оксиды $O^{-2}$ 

$2Na + O_2 = Na_2O_2$

пероксиды $(O_2)^{-2}$только натрий

$K + O_2 = KO_2$

надпероксиды $(O_2)^{-2}$надпероксиды при горении образуют K, Rb, Cs
с водородом 

$Ca + H_2 = CaH_2$

гидридыщелочные металлы 0 при комнатной температуре; остальные металлы – при нагревании
с галогенами

$2Fe + 3Cl_2  =2Fe^{+3}Cl_3$

хлориды и др.

при взаимодействии с хлором и бромом (сильные окислители) железо и хром образуют хлориды в степени окисления +3
с серой

$Fe + S = FeS$

сульфидыпри взаимодействии с  серой и иодом железо приобретает степень окисления +2 
с азотом и фосфором

$3Mg + N_2 = Mg_3N_2 $

нитриды* при комнатной температуре с азотом реагируют только литий и магний

$3Ca + 2P = Ca_3P_2$

фосфиды 
с углеродом

$4Al + 3C = Al_4C_3$

карбиды 
с водой

$2Na^0 + 2H_2O  = 2NaOH + H_2 $

Основание + $H_2$ щелочные металлы

$ Zn^0 + H_2O   =  ZnO + H_2$

 Оксид + $H_2$ среднеактивные металлы, при нагревании

$Au, Ag, Pt+ H_2O /ne $

не реагируютнеактивные металлы (после Н)
с окисдами менее активных металлов
$2Al + 3ZnO = Al_2O_3 + 2Zn$др оксид + др.металл 
с солями менее активных металлов

$Fe+ CuSO_4  = Cu + FeSO_4$

Др. соль + др. металл
  • Более сильный металл вытесняют более слабый из его соли.

  • Соли, как вступающие в реакцию, так и образующиеся в ходе нее, были растворимы в воде.

 

$Cu + AlCl_3 ne$

 
с кислотами

$Fe + 2HCl =  FeCl_2 + H_2 $

$6Na + 2H_3PO_4  = 2Na_3PO_4 + 3H_2 $

Др. соль +водородМеталлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до H реагируют с разбавленными кислотами (кроме $HNO_3$)

$Cu + 2H_3PO_4 ne$

Источник

Металлы – активные восстановители с положительной степенью окисления. Благодаря химическим свойствам металлы широко используются в промышленности, металлургии, медицине, строительстве.

Какие существуют химические свойства металлов

Активность металлов

В реакциях атомы металлов отдают валентные электроны и окисляются. Чем больше энергетических уровней и меньше электронов имеет атом металла, тем легче ему отдавать электроны и вступать в реакции. Поэтому металлические свойства увеличиваются сверху вниз и справа налево в таблице Менделеева.

Изменение металлических свойств в таблице Менделеева

Рис. 1. Изменение металлических свойств в таблице Менделеева.

Читайте также:  Какое свойство магнитного поля может служить подтверждением

Активность простых веществ показана в электрохимическом ряду напряжений металлов. Слева от водорода находятся активные металлы (активность увеличивается к левому краю), справа – неактивные.

Наибольшую активность проявляют щелочные металлы, находящиеся в I группе периодической таблицы и стоящие левее водорода в электрохимическом ряду напряжений. Они вступают в реакцию со многими веществами уже при комнатной температуре. За ними идут щелочноземельные металлы, входящие во II группу. Они реагируют с большинством веществ при нагревании. Металлы, находящиеся в электрохимическом ряду от алюминия до водорода (средней активности) требуют дополнительных условий для вступления в реакции.

Электрохимический ряд напряжений металлов

Рис. 2. Электрохимический ряд напряжений металлов.

Некоторые металлы проявляют амфотерные свойства или двойственность. Металлы, их оксиды и гидроксиды реагируют с кислотами и основаниями. Большинство металлов реагирует только с некоторыми кислотами, замещая водород и образуя соль. Наиболее ярко выраженные двойственные свойства проявляют:

  • алюминий;
  • свинец;
  • цинк;
  • железо;
  • медь;
  • бериллий;
  • хром.

Каждый металл способен вытеснять стоящий правее него в электрохимическом ряду другой металл из солей. Металлы, находящиеся слева от водорода, вытесняют его из разбавленных кислот.

Свойства

Особенности взаимодействия металлов с разными веществами представлены в таблице химических свойств металлов.

Реакция

Особенности

Уравнение

С кислородом

Большинство металлов образует оксидные плёнки. Щелочные металлы самовоспламеняются в присутствии кислорода. При этом натрий образует пероксид (Na2O2), остальные металлы I группы – надпероксиды (RO2). При нагревании щелочноземельные металлы самовоспламеняются, металлы средней активности – окисляются. Во взаимодействие с кислородом не вступают золото и платина

– 4Li + O2 → 2Li2O;

– 2Na + O2 → Na2O2;

– K + O2 → KO2;

– 4Al + 3O2 → 2Al2O3;

– 2Cu + O2 → 2CuO

С водородом

При комнатной температуре реагируют щелочные, при нагревании – щелочноземельные. Бериллий не вступает в реакцию. Магнию дополнительно необходимо высокое давление

– Sr + H2 → SrH2;

– 2Na + H2 → 2NaH;

– Mg + H2 → MgH2

С азотом

Только активные металлы. Литий вступает в реакцию при комнатной температуре. Остальные металлы – при нагревании

– 6Li + N2 → 2Li3N;

– 3Ca + N2 → Ca3N2

С углеродом

Литий и натрий, остальные – при нагревании

– 4Al + 3C → Al3C4;

– 2Li+2C → Li2C2

С серой

Не взаимодействуют золото и платина

– 2K + S → K2S;

– Fe + S → FeS;

– Zn + S → ZnS

С фосфором

При нагревании

3Ca + 2P → Ca3P2

С галогенами

Не реагируют только малоактивные металлы, медь – при нагревании

Cu + Cl2 → CuCl2

С водой

Щелочные и некоторые щелочноземельные металлы. При нагревании, в условиях кислой или щелочной среды реагируют металлы средней активности

– 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑;

– Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2;

– Pb + H2O → PbO + H2↑

С кислотами

Металлы слева от водорода. Медь растворяется в концентрированных кислотах

– Zn + 2HCl → ZnCl2 + 2H2↑;

– Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑;

– Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2↑ +2H2O

Со щелочами

Только амфотерные металлы

2Al + 2KOH + 6H2O → 2K[Al(OH)4] + 3H2↑

С солями

Активные замещают менее активные металлы

3Na + AlCl3 → 3NaCl + Al

Металлы взаимодействуют между собой и образуют интерметаллические соединения – 3Cu + Au → Cu3Au, 2Na + Sb → Na2Sb.

Применение

Общие химические свойства металлов используются для создания сплавов, моющих средств, применяются в каталитических реакциях. Металлы присутствуют в аккумуляторах, электронике, в несущих конструкциях.

Основные отрасли применения указаны в таблице.

Отрасль

Производство

Металлы

Химическая промышленность

Катализаторы, соли, щёлочи

Pt, Fe, Ni, K

Пищевая промышленность

Поваренная соль (NaCl), сода (Na2CO3, NaHCO3)

Na, Ca, Ag

Металлургия

Сплавы, покрытия, детали разной формы, проволока, облицовка, строительные материалы и инструменты

Fe, Cr, Ni, W, Mo

Приборостроение

Микросхемы, фотоэлементы, датчики

Cs, Co, Ni, Cu

Ювелирная промышленность

Украшения

Au, Pt, Ag

Медицина

Протезы

Ti, Ni, Au

Висмут

Рис. 3. Висмут.

Что мы узнали?

Из урока 9 класса химии узнали об основных химических свойствах металлов. Возможность взаимодействовать с простыми и сложными веществами определяет активность металлов. Чем активнее металл, тем легче он вступает в реакцию при обычных условиях. Активные металлы реагируют с галогенами, неметаллами, водой, кислотами, солями. Амфотерные металлы взаимодействуют со щелочами. Малоактивные металлы не реагируют с водой, галогенами, большинством неметаллов. Кратко рассмотрели отрасли применения. Металлы используются в медицине, промышленности, металлургии, электронике.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда – пройдите тест.

    

  • Александр Котков

    10/10

  • Лидия Маслова

    10/10

  • Анна Богданова

    10/10

  • Сергей Ефремов

    7/10

Читайте также:  Какие свойства пароля влияют на его надежность

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.4. Всего получено оценок: 506.

Источник

Слово «металл» заимствовано из немецкого языка и окончательно усвоено в Петровскую эпоху. Первоначально имело общее значение «минерал, руда, металл», а разграничение этих понятий произошло во времена М.В.Ломоносова.
Немецкое слово «metall» произошло от латинского «metallum» — «рудник, металл».
В латинский язык слово пришло из греческого — μεταλλον: «рудник, копь».

В современном понимании, металлы — группа химических элементов, в виде простых веществ, обладающих характерными металлическими свойствами: высокая тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.
Однако в астрофизике термин «металл» может иметь другое значение и обозначать все химические элементы тяжелее гелия.
Как химические элементы металлы очень распространены. Из 118 химических элементов, открытых на данный момент (из них не все официально признаны), к металлам относят:
6 элементов в группе щелочных металлов,
6 в группе щёлочноземельных металлов,
38 в группе переходных металлов,
11 в группе лёгких металлов,
7 в группе полуметаллов,
14 в группе лантаноиды + лантан,
14 в группе актиноиды (физические свойства изучены не у всех элементов) + актиний,
вне определённых групп — бериллий и магний.
Таким образом, к металлам относится 96 элементов из всех открытых.

Свойства металлов
Характерные свойства металлов
Металлический блеск (характерен не только для металлов: его имеют и неметаллы иод и углерод в виде графита)
Хорошая электропроводность (из неметаллов электропроводностью обладает также углерод)
Возможность лёгкой механической обработки (см.: пластичность; однако некоторые металлы, например, германий и висмут, непластичны)
Высокая плотность (обычно металлы тяжелее неметаллов)
Высокая температура плавления (исключения: ртуть, галлий и щелочные металлы)
Большая теплопроводность
В реакциях чаще всего являются восстановителями

Физические свойства металлов
Все металлы (кроме ртути и, условно, франция) при нормальных условиях находятся в твёрдом состоянии, однако обладают различной твёрдостью.
Температуры плавления чистых металлов лежат в диапазоне от −39°C (ртуть) до 3410°C (вольфрам). За исключением щелочных, металлы плавятся при высокой температуре, однако некоторые, например, олово и свинец, можно расплавить на обычной электрической или газовой плите.
В зависимости от плотности, металлы делят на лёгкие (плотность 0,53 ÷ 5 г/см³) и тяжёлые (5 ÷ 22,5 г/см³). Самым лёгким металлом является литий (плотность 0.53 г/см³). Самый тяжёлый металл в настоящее время назвать невозможно, так как плотности осмия и иридия — двух самых тяжёлых металлов — почти равны (около 22.6 г/см³ — ровно в два раза выше плотности свинца), а вычислить их точную плотность затруднительно: требуется полностью очистить металлы, так как любые примеси снижают их плотность.
Большинство металлов пластичны, то есть металлическую проволоку можно согнуть, и она не сломается. Это происходит из-за смещения слоёв атомов металлов без разрыва связи между ними. Самыми пластичными являются золото, серебро и медь. Из золота можно изготовить фольгу толщиной 0,003 мм, которую используют для золочения изделий. Однако проволока из цинка или олова хрустит при сгибании, марганец и висмут  почти не сгибаются, а сразу ломаются. Пластичность зависит и от чистоты металла. Очень чистый хром весьма пластичен, но, загрязнённый даже незначительными примесями, становится хрупким и более твёрдым.
Все металлы хорошие проводники. Это обусловлено наличием в их кристаллических решётках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля. Серебро, медь и алюминий имеют наибольшую электропроводность. По этой причине последние два металла чаще всего используют в качестве материала для проводов. Очень высокую электропроводность имеет также натрий, в экспериментальной аппаратуре известны попытки применения натриевых токопроводов в форме тонкостенных труб из нержавеющей стали, заполненных натрием. Благодаря малому удельному весу натрия, при равном сопротивлении натриевые «провода» получаются значительно легче медных и даже несколько легче алюминиевых.
Высокая теплопроводность металлов также зависит от подвижности свободных электронов. Поэтому ряд теплопроводностей похож на ряд электропроводностей, и лучшим проводником тепла, как и электричества, является серебро. Натрий также находит применение как хороший проводник тепла. Широко известно, например, применение натрия в клапанах автомобильных двигателей для улучшения их охлаждения.
Цвет у большинства металлов примерно одинаковый — светло-серый с голубоватым оттенком. Золото, медь и цезий соответственно жёлтого, красного и светло-жёлтого цвета.

Металлы в природе. Добыча и обогащение

Источник