Metali koji ne sijaju. Metode dobijanja metala

Znate da je većina hemijskih elemenata klasifikovana kao metali - 92 od 114 poznatih elemenata.

Metali - ovo je hemijski elementi, čiji atomi doniraju elektrone iz vanjskog (i neke iz predvanjskog) elektronskog sloja, pretvarajući se u pozitivne ione.

Ovo svojstvo atoma metala, kao što znate, određeno je činjenicom da imaju relativno velike radijuse i mali broj elektrona (uglavnom od 1 do 3) na vanjskom sloju.

Jedini izuzetak su 6 metala: atomi germanijuma, kalaja, olova na spoljašnjem sloju imaju 4 elektrona, atomi antimona, bizmuta -5, atoma polonija - 6.

Atome metala karakteriziraju male vrijednosti elektronegativnosti (od 0,7 do 1,9) i isključivo obnavljajuća svojstva, odnosno sposobnost doniranja elektrona.

Već znate da su u Periodnom sistemu hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva metali ispod dijagonale bor-astatin, a ja sam takođe iznad nje u bočnim podgrupama. U periodima i podgrupama gline, poznate su vam pravilnosti u promjeni metalnih, a time i redukcijskih svojstava atoma elemenata.

Hemijski elementi koji se nalaze u blizini dijagonale bor-astat imaju dvostruka svojstva: u nekim od svojih spojeva ponašaju se kao metali, u drugima pokazuju svojstva nemetala.

U bočnim podgrupama, redukciona svojstva metala sa povećanjem serijski broj najčešće smanjuju. Uporedite aktivnost metala I grupe vama poznate bočne podgrupe: Cu, Ag, Au; II grupa sekundarne podgrupe - pa ćete se sami uvjeriti.

Igraju se jednostavne tvari formirane od kemijskih elemenata - metala, i složene tvari koje sadrže metal suštinsku ulogu u mineralnom i organskom "životu" Zemlje. Dovoljno je podsjetiti da su atomi (nones) metalnih elemenata sastavni dio spojeva koji određuju metabolizam u tijelu ljudi, životinja i biljaka.

Na primjer, joni natrijuma regulišu sadržaj vode u tijelu, prenos nervnog impulsa. Njegov nedostatak dovodi do glavobolje, slabosti, lošeg pamćenja, gubitka apetita, a višak dovodi do povišenog krvnog pritiska, hipertenzije i srčanih bolesti. Stručnjaci za ishranu preporučuju ne više od 5 g (1 čajna žličica) dnevno. kuhinjska so(NaCl) po odrasloj osobi. Uticaj metala na stanje životinja i biljaka može se naći u tabeli 16.

Jednostavne supstance - metali
Pojava civilizacije bila je povezana s razvojem proizvodnje metala (jednostavnih tvari) i legura (“ bronzano doba“, gvozdeno doba).

Slika 38 prikazuje dijagram kristalne rešetke metalnog natrijuma. U njemu je svaki atom natrijuma okružen sa osam susjednih atoma. Atomi natrija, kao i svi metali, imaju mnogo slobodnih valentnih orbitala i malo valentnih elektrona.

Jedini valentni elektron atoma natrijuma Zs 1 može zauzeti bilo koju od devet slobodnih orbitala, jer se ne razlikuju mnogo u energetskom nivou. Kada se atomi približavaju jedan drugome, kada se formira kristalna rešetka, valentne orbitale susjednih atoma se preklapaju, zbog čega se elektroni slobodno kreću s jedne orbitale na drugu, stvarajući vezu između svih atoma metalnog kristala.

Ova vrsta hemijske veze naziva se metalna veza. Metalnu vezu formiraju elementi čiji atomi na vanjskom sloju imaju malo valentnih elektrona u odnosu na veliki broj vanjske energetski bliske orbitale. Njihovi valentni elektroni se slabo drže u atomu. Elektroni koji vrše vezu su socijalizovani i kreću se kroz kristalnu rešetku neutralnog metala kao celine.

Supstance sa metalna veza metalne kristalne rešetke su inherentne, koje obično prikazuju shematski tikovinu, kao što je prikazano na slici, čvorovi su kationi i atomi metala. Zajednički elektroni elektrostatički privlače metalne katjone smještene na čvorovima njihove kristalne rešetke, osiguravajući njenu stabilnost i snagu (zajednički elektroni su prikazani kao crne male kuglice).
Metalna veza je veza u metalima i legurama između atoma-iona metala koji se nalaze na čvorovima kristalne rešetke, a koju provode socijalizirani valentni elektroni.

Neki metali kristaliziraju u dva ili više kristalnih oblika. Ovo svojstvo tvari - da postoji u nekoliko kristalnih modifikacija - naziva se polimorfizam. Polimorfizam za jednostavne supstance vam je poznat kao alotropija.

Kalaj ima dvije kristalne modifikacije:
. alfa - stabilno ispod 13,2 ºS sa gustinom r - 5,74 g/cm3. Ovo je sivi lim. Ima kristalna rešetka vrsta dijamanta (atomski):
. betta - stabilan iznad 13,2 ºS sa gustinom p - 6,55 g/cm3. Ovo je bijeli lim.

Bijeli kalaj je vrlo mekan metal. Kada se ohladi ispod 13,2 ºS, raspada se u sivi prah, jer se na prelazu | 1 » n njegov specifični volumen značajno povećava. Ova pojava se zove limena kuga. Naravno, posebna vrsta hemijske veze i tip kristalne rešetke metala treba da ih odredi i objasni. fizička svojstva.

Šta su oni? To su metalni sjaj, plastičnost, visoka električna provodljivost i toplotna provodljivost, povećanje električnog otpora sa porastom temperature, kao i takva praktično značajna svojstva kao što su gustina, tačke topljenja i ključanja, tvrdoća i magnetna svojstva.
Pokušajmo objasniti razloge koji određuju osnovna fizička svojstva metala. Zašto su metali plastični?

Mehaničko djelovanje na kristal s metalnom kristalnom rešetkom uzrokuje pomicanje slojeva ionskih atoma jedan u odnosu na drugi, budući da se elektroni kreću kroz kristal, veze se ne prekidaju, stoga metali karakterizira veća plastičnost.

Sličan uticaj na solidan sa kovalentnim vezama (atomska kristalna rešetka) dovodi do rupture kovalentne veze. Prekidanje veza u ionskoj rešetki dovodi do međusobnog odbijanja slično naelektrisanih jona (slika 40). Stoga su tvari s atomskim i ionskim kristalnim rešetkama krhke.

Najplastičniji metali su Au, Af, Cu, Sn, Pb, Zn. Lako se uvlače u žicu, pogodne za kovanje, presovanje, valjanje u limove.Na primer, od zlata se može napraviti zlatna folija debljine 0,008 nm, a od 0,5 g ovog metala izvući konac dužine 1 km.

Čak i živa, koja je, kao što znate, tečna na sobnoj temperaturi, niske temperature i čvrsto stanje postaje savitljivo poput olova. Samo Bi i Mn nemaju plastičnost, krti su.

Zašto metali imaju karakterističan sjaj, a takođe su i neprozirni?
Elektroni koji ispunjavaju međuatomski prostor reflektiraju svjetlosne zrake (i ne propuštaju, kao staklo), a većina metala u jednako raspršuju sve zrake vidljivog dijela spektra. Stoga imaju srebrnobijelu ili sive boje. Stroncijum, zlato i bakar više apsorbuju kratke talase (blizu ljubičasta) i reflektuju duge talasne dužine svetlosnog spektra, tako da imaju svetlo žutu, žutu i bakrenu boju.

Iako nam se u praksi, znate, metal ne čini uvijek laganim tijelom. Prvo, njegova površina može oksidirati i izgubiti sjaj. Stoga prirodni bakar izgleda kao zelenkasti kamen. I drugo, i čisti metal možda ne sija. Vrlo tanki listovi srebra i zlata imaju potpuno neočekivani izgled - imaju plavkasto-zelenu boju. A fini metalni prahovi izgledaju tamno sivi, čak i crni.

Srebro, aluminijum, paladijum imaju najveću refleksivnost. Koriste se u proizvodnji ogledala, uključujući reflektore.
Zašto metali imaju visoku električnu i toplotnu provodljivost?

Elektroni koji se haotično kreću u metalu pod utjecajem primijenjenog električnog napona poprimaju usmjereno kretanje, odnosno provode električnu struju. Sa povećanjem temperature meta-lisne uši, povećavaju se amplitude vibracija atoma i iona koji se nalaze na čvorovima kristalne rešetke. To otežava kretanje elektrona, a električna provodljivost metala se smanjuje. Na niskim temperaturama, oscilatorno kretanje se, naprotiv, uvelike smanjuje, a električna provodljivost metala naglo raste. Blizu apsolutne nule, praktički nema otpora u metalima, a supravodljivost se pojavljuje u većini metala.

Treba napomenuti da nemetali sa električnom provodljivošću (na primjer, grafit), na niskim temperaturama, naprotiv, ne provode električnu struju zbog nedostatka slobodnih elektrona. I tek s povećanjem temperature i uništavanjem nekih kovalentnih veza, njihova električna vodljivost počinje rasti.

Najveću električnu provodljivost imaju srebro, bakar, kao i zlato, aluminijum, a najmanju mangan, olovo i živa.

Najčešće se, sa istom pravilnošću kao i električna provodljivost, mijenja toplinska provodljivost metala.

Nastaju zbog velike pokretljivosti slobodnih elektrona, koji, sudarajući se s vibrirajućim ionima i atomima, razmjenjuju energiju s njima. Zbog toga postoji izjednačavanje temperature u cijelom komadu metala.

Mehanička čvrstoća, gustina, tačka topljenja metala su veoma različite. Štoviše, s povećanjem broja elektrona koji vežu jone-atome i smanjenjem međuatomske udaljenosti u kristalima, pokazatelji ovih svojstava se povećavaju.

dakle, alkalni metali, čiji atomi imaju jedan valentni elektron, mekani su (rezani nožem), male gustine (litijum je najlakši metal sa p - 0,53 g/cm3) i tope se kada nisu visoke temperature(na primjer, tačka topljenja cezijuma je 29 "C). Jedini metal koji je tečan na normalnim uslovima. - živa - ima tačku topljenja od 38,9 "C.

Kalcijum, koji ima dva elektrona ni jedan spoljašnji nivo energije atoma, mnogo je tvrđi i topi se na višoj temperaturi (842ºC).

Kristalna rešetka formirana od atoma skandijuma, koji imaju tri valentna elektrona, je još više zakrivljena.

Ali najjače kristalne rešetke, visoke gustine i tačke topljenja uočene su u metalima sekundarnih podgrupa grupa V, VI, VII, VIII. Ovo se objašnjava sa. da je za metale bočnih podgrupa koje imaju nesačuvane valentne elektrone na d-podnivou karakteristično formiranje vrlo jakih kovalentnih veza između atoma, pored metalne, koje vrše elektroni vanjskog sloja sa s-orbitala.

Zapamtite da je najteži metal osmijum (komponenta supertvrdih legura otpornih na habanje), najvatrostalniji metal je volfram (koristi se za pravljenje niti lampe), najteži metal je hrom Cr (grebe staklo). Oni su dio materijala od kojih se izrađuju metalorezni alati, kočione pločice teških mašina itd.

Metali se razlikuju u odnosu na magnetna polja. Ali ovaj znak su podijeljeni u tri grupe:
. feromagnetski Može se magnetizirati pod utjecajem čak i slabih magnetnih polja (gvožđe - alfa oblik, kobalt, nikl, gadolinijum);

Paramagneti pokazuju slabu sposobnost magnetizacije (aluminijum, hrom, titan, skoro svi lantanidi);

Dijamagnetne ne privlače magnet, čak se i malo odbijaju od njega (kalaj, nasukani, bizmut).

Podsjetimo da smo prilikom razmatranja elektronske strukture metala podijelili metale na metale glavnih podgrupa (k- i p-elementi) i metale sekundarnih podgrupa.

U inženjerstvu je uobičajeno klasificirati metale prema različitim fizičkim svojstvima:

a) gustina - svetlost (str< 5 г/см3) и тяжелые (все остальные);

b) tačka topljenja - topljiva i vatrostalna.

Postoje klasifikacije metala prema hemijskim svojstvima.
Metali sa niskom hemijskom aktivnošću nazivaju se plemenitim (srebro, zlato, platina i njegovi analozi - osmijum, iridijum, rutenijum, paladijum, rodijum).
Prema bliskosti hemijskih svojstava razlikuju se alkalni metali (metali grupe I glavna podgrupa), zemnoalkalne (kalcijum, stroncijum, barijum, radijum), kao i retke zemne metale (skandijum, itrijum, lantan i lantanidi, aktinijum i aktinidi).

Opća hemijska svojstva metala
Atomi metala relativno lako odustaju od valentnih elektrona i prelaze u pozitivno nabijene neelektrane, odnosno oksidiraju. Ovo je, kao što znate, glavna stvar zajedničko vlasništvo i atomi, i jednostavne supstance-metali.

Metali u hemijskim reakcijama su uvek redukciono sredstvo. Redukciona sposobnost atoma jednostavnih supstanci - metala, formiranih od hemijskih elemenata jednog perioda ili jedne glavne podgrupe Periodnog sistema D. I. Mendeljejeva, menja se prirodno.

Redukciona aktivnost metala u hemijskim reakcijama koje se javljaju u vodenim rastvorima odražava njegovu poziciju u elektrohemijskom nizu napona metala.

1. Što je metal dalje u ovom redu, to je jači reduktor.
2. Svaki metal je u stanju da istisne (oporavi) iz soli u rastvoru one metale koji su iza njega (desno) u nizu napona.
3. Metali koji se nalaze u nizu napona lijevo od vodonika mogu ga istisnuti iz kiselina u rastvoru.
4. Metali, koji su najjači redukcioni agensi (alkalni i zemnoalkalni), u svim vodenim rastvorima su u interakciji prvenstveno sa vodom.

Redukciona aktivnost metala, određena iz elektrohemijske serije, ne odgovara uvek njegovom položaju u periodnom sistemu. Ovo se objašnjava sa. Da se pri određivanju položaja metala u nizu napona uzima u obzir ne samo energija odvajanja elektrona od pojedinačnih atoma, već i energija utrošena na destrukciju kristalne rešetke, kao i energija koja se oslobađa tokom hidrataciju jona.

Uzimajući u obzir opšte odredbe karakterizirajući redukciona svojstva metala, prijeđimo na specifične kemijske reakcije.

Interakcija sa jednostavnim nemetalnim supstancama
1. Sa kiseonikom većina metala formira okside – bazične i amfoterne.

Litijum i zemnoalkalni metali reaguju sa atmosferskim kiseonikom i formiraju bazične okside.
2. Sa halogenima, metali formiraju soli halogenovodoničnih kiselina.

3. Sa vodonikom najaktivniji metali formiraju hidride - jonske soli, jednu uobičajenu supstancu u kojoj vodonik ima oksidaciono stanje -1, na primjer: kalcijum hidrid.

4. Metali formiraju soli sa sumporom - sulfide.

5. Metali nešto teže reaguju sa azotom, jer je hemijska veza u molekulu azota G^r veoma jaka i nastaju nitridi. Na uobičajenim temperaturama samo litijum stupa u interakciju sa dušikom.
Interakcija sa složenim supstancama
1. Sa vodom. Alkalni i zemnoalkalni metali u normalnim uslovima istiskuju vodonik iz vode i formiraju rastvorljive alkalne baze.

Drugi metali, koji stoje u nizu napona do vodonika, takođe mogu, pod određenim uslovima, istisnuti vodonik iz vode. Ali aluminij nasilno stupa u interakciju s vodom samo ako se oksidni film ukloni s njegove površine.
Magnezijum stupa u interakciju sa vodom samo pri ključanju, a oslobađa se i vodonik. Ako se u vodu doda zapaljeni magnezijum, onda se izgaranje nastavlja, kako se reakcija odvija: vodonik gori. Gvožđe stupa u interakciju sa vodom samo kada se zagreje.
2. Metali koji su u nizu napona do vodonika stupaju u interakciju sa kiselinama u rastvoru. Ovo proizvodi sol i vodonik. Ali olovo (i neki drugi metali), uprkos svom položaju u nizu napona (lijevo od vodika), gotovo se ne otapa u razrijeđenoj sumpornoj kiselini, jer je rezultirajući olovni sulfat PbSO nerastvorljiv i stvara zaštitni film na površini metala. .

3. Sa solima manje aktivnih metala u rastvoru. Kao rezultat ove reakcije nastaje više soli aktivni metal a manje aktivni metal se oslobađa u slobodnom obliku.

4. C organska materija. Interakcija s organskim kiselinama slična je reakcijama s mineralnim kiselinama. Alkoholi mogu pokazati slabost kiselinska svojstva pri interakciji sa alkalnim metalima.
Metali učestvuju u reakcijama sa haloalkanima, koji se koriste za dobijanje nižih cikloalkana i za sinteze, tokom kojih ugljenični kostur molekule postaje složeniji (reakcija A. Wurtz):

5. Metali čiji su hidroksidi amfoterni stupaju u interakciju sa alkalijama u rastvoru.
6. Metali se mogu formirati hemijska jedinjenja jedni s drugima, koji su dobili opći naziv - intermetalna jedinjenja. Oni najčešće ne pokazuju oksidaciona stanja atoma, koja su karakteristična za spojeve metala sa nemetalima.

Intermetalna jedinjenja obično nemaju stalan sastav, hemijska veza u njima je uglavnom metalna. Formiranje ovih spojeva je tipičnije za metale sekundarnih podgrupa.

Metalni oksidi i hidroksidi
Oksidi formirani od tipičnih metala klasifikuju se kao soli koji stvaraju soli, osnovnih svojstava.

Oksidi i hidroksidi nekih metala su amfoterni, odnosno mogu pokazivati i bazična i kisela svojstva, ovisno o tvarima s kojima su u interakciji.

Na primjer:

Mnogi metali sekundarnih podgrupa, koji imaju promjenjivo oksidacijsko stanje u spojevima, mogu formirati nekoliko oksida i hidroksida, čija priroda ovisi o oksidacijskom stanju metala.

Na primjer, hrom u jedinjenjima pokazuje tri oksidaciona stanja: +2, +3, +6, stoga formira tri serije oksida i hidroksida, a sa povećanjem oksidacionog stanja kiselinski karakter se povećava, a bazični karakter slabi.

Korozija metala
Kada metali stupaju u interakciju sa supstancama okruženje na njihovoj površini nastaju spojevi koji imaju potpuno drugačija svojstva od samih metala. U normalnom smislu, često koristimo riječi "rđa", "rđanje", uočavajući smeđe-crveni premaz na proizvodima od željeza i njegovih legura. Rđanje je uobičajen oblik korozije.

Korozija- ovo je proces spontanog razaranja metala i legura pod uticajem spoljašnje sredine (od lat. - korozija).

Međutim, gotovo svi metali podliježu razaranju, zbog čega se mnoga njihova svojstva pogoršavaju (ili potpuno gube): čvrstoća, duktilnost, smanjuje se sjaj, smanjuje se električna provodljivost, povećava se trenje između pokretnih dijelova stroja, mijenjaju se dimenzije dijelova, itd.

Korozija metala može biti kontinuirana i lokalna.

Najčešći tipovi korozije su hemijska i elektrohemijska.

I. Hemijska korozija se javlja u neprovodnoj sredini. Ova vrsta korozije se manifestuje u slučaju interakcije metala sa suhim gasovima ili tečnostima - neelektrolitima (benzin, kerozin itd.) Takvom uništavanju su podvrgnuti delovi i komponente motora, gasnih turbina, raketnih bacača. Hemijska korozija se često uočava tokom obrade metala na visokim temperaturama.

Većina metala se oksidira atmosferskim kisikom, stvarajući oksidne filmove na površini. Ako je ovaj film jak, gust, dobro vezan za metal, onda štiti metal od daljeg uništavanja. U željezu je labav, porozan, lako se odvaja od površine i stoga nije u stanju zaštititi metal od daljnjeg uništavanja.

II. Elektrohemijska korozija se javlja u provodljivom mediju (elektrolitu) sa pojavom unutar sistema električna struja. Metali i legure su po pravilu heterogeni i sadrže inkluzije različitih nečistoća. Kada dođu u kontakt sa elektrolitima, neki delovi površine počinju da igraju ulogu anode (doniraju elektrone), dok drugi igraju ulogu katode (prihvataju elektrone).

U jednom slučaju će se posmatrati evolucija gasa (Hg). U drugom - formiranje rđe.

Dakle, elektrohemijska korozija je reakcija koja se javlja u medijima koji provode struju (za razliku od hemijske korozije). Proces se događa kada dva metala dođu u kontakt ili na površini metala koji sadrži inkluzije koje su manje aktivni provodnici (može biti i nemetal).

Na anodi (aktivniji metal), atomi metala se oksidiraju da stvore katione (otapanje).

Na katodi (manje aktivnom provodniku) ioni vodonika ili molekule kisika se reduciraju stvaranjem H2 ili OH- hidroksidnih iona, respektivno.

Kationi vodika i otopljeni kisik najvažniji su oksidacijski agensi koji uzrokuju elektrohemijsku koroziju.

Brzina korozije je veća, što se metali (metal i nečistoće) više razlikuju po svojoj aktivnosti (kod metala, što su udaljeniji jedan od drugog u nizu napona). Korozija se značajno povećava s povećanjem temperature.

Elektrolit može biti morska voda, riječna voda, kondenzirana vlaga i, naravno, dobro poznati elektroliti - rastvori soli, kiselina, alkalija.

Očigledno se sjećate da se zimi tehnička sol (natrijum hlorid, ponekad i kalcijum hlorid, itd.) koristi za uklanjanje snijega i leda sa trotoara - Nastala otopina se odvodi u kanalizacione cijevi i tako stvara povoljno okruženje za elektrohemijsku koroziju podzemnih objekata.

Metode zaštite od korozije
Već u dizajnu metalnih konstrukcija, njihova proizvodnja predviđa mjere zaštite od korozije.

1. Brušenje površina proizvoda tako da se vlaga ne zadržava na njima.

2. Upotreba legiranih legura koje sadrže posebne aditive: hrom, nikl, koji na visokim temperaturama formiraju stabilan oksidni sloj na površini metala. Poznati su legirani čelici - nerđajući čelici, od kojih se izrađuju predmeti za domaćinstvo (obložene viljuške, kašike), delovi mašina, alati.

3. Nanošenje zaštitnih premaza. Razmotrite njihove vrste.

Nemetalni - neoksidirajuća ulja, specijalni lakovi, boje. Istina, kratkog su vijeka, ali su jeftini.

Hemijski - umjetno stvoreni površinski filmovi: oksidni, limunski, silicidni, polimerni itd. Na primjer, svo malo oružje. Detalji mnogih preciznih instrumenata su brušeni - ovo je proces dobivanja najtanjeg filma željeznih oksida na površini čelika proizvod. Rezultirajući film od umjetnog oksida je vrlo izdržljiv i daje proizvodu prekrasnu crnu boju i plavu nijansu. Polimerni premazi se izrađuju od polietilena, polivinil hlorida, poliamidnih smola. Primjenjuju se na dva načina: zagrijani proizvod se stavlja u polimerni prah, koji se topi i zavari za metal, ili se površina metala tretira otopinom polimera u rastvaraču niske temperature, koji brzo isparava, a polimerni film ostaje na proizvodu.

Metalni premazi su premazi s drugim metalima, na čijoj se površini pod djelovanjem oksidacijskih sredstava formiraju stabilni zaštitni filmovi.

Nanošenje hroma na podlogu - hromiranje, niklovanje - niklovanje, pocinkovanje, kalajisanje, itd. Premaz može poslužiti i kao hemijski pasivni metal - zlato, srebro, bakar.

4. Elektrohemijske metode zaštita.

Zaštitni (anodni) - komad aktivnijeg metala (protektor) pričvršćen je za zaštićenu metalnu konstrukciju, koji služi kao anoda i uništava se u prisustvu elektrolita. Magnezij, aluminijum, cink se koriste kao zaštitnici za zaštitu trupa brodova, cjevovoda, kablova i drugih modernih proizvoda;

Katoda - metalna konstrukcija je spojena na katodu eksterni izvor struje, što eliminira mogućnost uništenja njegove anode

5. Poseban tretman elektrolita ili okoline u kojoj se nalazi zaštićena metalna konstrukcija.

Poznato je da su Damask majstori za uklanjanje kamenca i
rđe se koriste otopine sumporne kiseline uz dodatak pivskog kvasca, brašna, škroba. Oni donose i bili su među prvim inhibitorima. Nisu dozvolili kiselini da djeluje na metal oružja, zbog čega su otopljeni samo kamenac i rđa. Uralski oružari su u tu svrhu koristili juhe za kiseljenje - otopine sumporne kiseline s dodatkom mekinja brašna.

Primeri upotrebe savremenih inhibitora: tokom transporta i skladištenja, hlorovodonična kiselina je savršeno "ukroćena" derivatima butilamina. a sumporna kiselina- azotna kiselina; ubrizgava se isparljivi dietilamin raznih kapaciteta. Imajte na umu da inhibitori djeluju samo na metal, čineći ga pasivnim u odnosu na medij, na primjer, prema kiseloj otopini. Nauci je poznato više od 5 hiljada inhibitora korozije.

Uklanjanje kiseonika rastvorenog u vodi (odzračivanje). Ovaj proces se koristi u pripremi vode koja ulazi u kotlovska postrojenja.

Metode dobijanja metala
Značajna hemijska aktivnost metala (interakcija sa atmosferskim kiseonikom, drugim nemetalima, vodom, rastvorima soli, kiselinama) dovodi do toga da se u zemljinoj kori nalaze uglavnom u obliku jedinjenja: oksida, sulfida, sulfata, hlorida. , karbonati itd.
U slobodnom obliku postoje metali koji se nalaze u nizu napona desno od vodonika, iako se mnogo češće bakar i živa mogu naći u prirodi u obliku spojeva.

Minerali i stijene, koje sadrže metale i njihove spojeve, iz kojih je ekstrakcija čistih metala tehnički moguća i ekonomski izvodljiva, nazivaju se rudama.

Dobivanje metala iz ruda je zadatak metalurgije.
Metalurgija je takođe nauka o industrijske metode dobijanje metala iz ruda. i industrijski sektor.
Svaki metalurški proces je proces redukcije metalnih jona uz pomoć različitih redukcionih sredstava.

Za realizaciju ovog procesa potrebno je uzeti u obzir aktivnost metala, odabrati redukciono sredstvo, razmotriti tehnološku izvodljivost, ekonomske i ekološke faktore. Prema ovome, postoje na sledeće načine dobijanje metala: pirometalurški. hidrometalurški, elektrometalurški.

Pirometalurgija- dobijanje metala iz ruda na visokim temperaturama korišćenjem ugljenika, ugljen monoksida (II). vodonik, metali - aluminijum, magnezijum.

Na primjer, kalaj se reducira iz kasiterita, a bakar iz kuprita kalcinacijom sa ugljem (koksom). Sulfidne rude se prethodno prže pristupom zraka, a zatim se nastali oksid reducira ugljem. Metali se također izoluju iz karbonatnih ruda pumpanjem uglja, jer se karbonati zagrijavanjem razlažu, pretvarajući se u okside, a potonji se redukuju ugljenom.
Hidrometalurgija je redukcija metala na njih pomoću njihovih soli u rastvoru. Proces se odvija u 2 faze: 1) prirodno jedinjenje se rastvara u odgovarajućem reagensu da bi se dobio rastvor soli ovog metala; 2) iz nastalog rastvora ovaj metal se istiskuje aktivnijim ili se obnavlja elektrolizom. Na primjer, da bi se dobio bakar iz ruda koje sadrže bakrov oksid, CuO, on se tretira razrijeđenom sumpornom kiselinom.

Bakar se ekstrahuje iz rastvora soli ili elektrolizom ili istiskuje iz sulfata gvožđem. Na ovaj način se dobijaju srebro, cink, molibden, zlato, uranijum.

Elektrometalurgija— obnavljanje metala u procesu elektrolize rastvora ili talina njihovih jedinjenja.

Elektroliza
Ako se elektrode spuste u otopinu elektrolita ili se rastope i kroz njih prođe jednosmjerna električna struja, tada će se ioni kretati u smjeru: kationi - ka katodi (negativno nabijena elektroda), anioni - anodi (pozitivno nabijena elektroda) .

Na katodi kationi prihvataju elektrone i reduciraju se na anodi, anjoni doniraju elektrone i oksidiraju. Ovaj proces se naziva elektroliza.
Elektroliza je redoks proces koji se događa na elektrodama kada električna struja prođe kroz otopinu ili otopinu elektrolita.

Najjednostavniji primjer takvih procesa je elektroliza rastopljenih soli. Razmotrimo proces elektrolize taline natrijum hlorida. Proces termičke disocijacije odvija se u talini. Pod djelovanjem električne struje kationi se kreću prema katodi i od nje primaju elektrone.
Metalni natrijum se formira na katodi, a gasni hlor nastaje na anodi.

Glavna stvar koju treba zapamtiti je da se u procesu elektrolize odvija kemijska reakcija zbog električne energije, koja se ne može odvijati spontano.

Situacija je složenija u slučaju elektrolize otopina elektrolita.

U otopini soli, osim iona metala i kiselog ostatka, nalaze se i molekuli vode. Stoga je prilikom razmatranja procesa na elektrodama potrebno uzeti u obzir njihovo učešće u elektrolizi.

Postoje sljedeća pravila za određivanje proizvoda elektrolize vodenih otopina elektrolita.

1. Proces na katodi ne zavisi od materijala katode na kojoj je napravljena, već od položaja metala (kationa elektrolita) u elektrohemijskom nizu napona, i ako:
1.1. Kation elektrolita se nalazi u nizu napona na početku serije (zajedno sa Al uključivo), zatim se na katodi odvija proces redukcije vode (oslobađa se vodonik). Kationi metala se ne redukuju, ostaju u rastvoru.
1.2. Kation elektrolita je u nizu napona između aluminijuma i vodonika, tada se i metalni elementi i molekuli vode reduciraju na katodi.

1.3. Kation elektrolita je u nizu napona nakon vodonika, zatim se metalni kationi reduciraju na katodi.
1.4. Otopina sadrži katione različitih metala, a zatim se preuzeti metalni kation obnavlja, stojeći u nizu napona
Ova pravila su prikazana na slici 10.

2. Proces na anodi zavisi od materijala anode i od prirode anode (Shema 11).
2.1. Ako je anoda otopljena (gvožđe, cink, bakar, srebro i svi metali koji se oksidiraju tokom elektrolize), onda se anodni metal oksidira, bez obzira na prirodu anjona. 2. Ako se anoda ne otopi (naziva se inertna - grafit, zlato, platina), tada:
a) prilikom elektrolize rastvora soli anoksičnih kiselina (prome fluorida), anjon se oksidira na anodi;
b) pri elektrolizi rastvora soli kiseline koja sadrži kiseonik i fluorida na anodi dolazi do procesa oksidacije vode. Anioni se ne oksidiraju, ostaju u otopini;

Elektroliza talina i rastvora supstanci ima široku primenu u industriji:
1. Za dobijanje metala (aluminijum, magnezijum, natrijum, kadmijum se dobijaju samo elektrolizom).
2. Za dobijanje vodonika, halogena, alkalija.
3. Za prečišćavanje metala - rafiniranje (prečišćavanje bakra, nikla, olova vrši se elektrohemijskom metodom).
4. Za zaštitu metala od korozije - nanošenje zaštitnih premaza u vidu tankog sloja drugog metala koji je otporan na koroziju (hrom, nikl, bakar, srebro, zlato) - galvanizacija.

5. Pribavljanje metalnih kopija, zapisa - galvanizacija.
1. Kako je struktura metala povezana sa njihovom lokacijom u glavnim i sekundarnim podgrupama Periodnog sistema hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva?
2. Zašto alkalni i zemnoalkalni metali imaju jedno oksidaciono stanje u jedinjenjima: (+1) i (+2), respektivno, a metali sekundarnih podgrupa se po pravilu pojavljuju u jedinjenjima različitih stepeni oksidacija? 8. Koja oksidaciona stanja mangan može pokazati? Koji oksidi i hidroksidi odgovaraju manganu u ovim oksidacionim stanjima? Kakav je njihov karakter?
4. Uporedite elektronsku strukturu atoma elemenata VII grupe: mangana i hlora. Objasnite razliku u njihovom hemijska svojstva te prisustvo različitih stupnjeva oksidacije atoma u oba elementa.
5. Zašto položaj metala u elektrohemijskom nizu napona ne odgovara uvek njihovom položaju u Periodnom sistemu D. I. Mendeljejeva?
9. Napišite jednačine za reakcije natrijuma i magnezija sa sirćetna kiselina. U kom slučaju i zašto će brzina reakcije biti brža?
11. Koje metode dobijanja metala poznajete? Šta je suština svih metoda?
14. Šta je korozija? Koje vrste korozije poznajete? Koji je fizički i hemijski proces?
15. Da li se korozijom mogu smatrati sledeći procesi: a) oksidacija gvožđa tokom elektro zavarivanja, b) interakcija cinka sa hlorovodoničnom kiselinom u dobijanju nagrizane kiseline za lemljenje? Dajte obrazložen odgovor.
17. Proizvod mangana je u vodi i ne dolazi u kontakt sa bakrenim proizvodom. Hoće li oba ostati nepromijenjena?
18. Hoće li željezna konstrukcija biti zaštićena od elektrohemijske korozije u vodi ako se na njoj ojača ploča drugog metala: a) magnezijuma, b) olova, c) nikla?

19. Za koju svrhu se površina rezervoara za skladištenje naftnih derivata (benzin, kerozin) farba srebrom – mješavinom aluminijumskog praha sa nekim od biljnih ulja?

Sastoji se od atoma jednog hemijskog elementa. U periodnom sistemu, metalna svojstva elemenata rastu s desna na lijevo. Svi čisti metali (kao elementi) su jednostavne supstance.

Kristalni silicijum - poluprovodnik

fotoelektrični efekat

Razlikovati fizičke i hemijske svojstva metala. AT opšti slučaj, svojstva metala su prilično raznolika. Razlikovati metale alkalna, alkalna zemlja, crna, u boji, lantanidi(ili rijetka zemlja - bliska po hemijskim svojstvima zemljinoalkalnoj), aktinidi(većina su radioaktivni elementi), plemenito i platina metali. Osim toga, pojedinačni metali pokazuju i metalna i nemetalna svojstva. Takvi metali su amfoterni (ili, kako kažu, prelazni).

Gotovo svi metali imaju neka zajednička svojstva: metalni sjaj, strukturu kristalne rešetke, sposobnost ispoljavanja svojstava redukcionog agensa u kemijskim reakcijama, dok se oksidiraju. U kemijskim reakcijama ioni otopljenih metala pri interakciji s kiselinama stvaraju soli; u interakciji s vodom (ovisno o aktivnosti metala) formiraju alkalije ili baze.

Zašto metali sijaju?

Čvorovi kristalne rešetke metala sadrže atome. Elektroni koji se kreću oko atoma formiraju "elektronski plin" koji se može slobodno kretati u različitim smjerovima. Ovo svojstvo objašnjava visoku električnu i toplotnu provodljivost metala.

Elektronski plin odbija gotovo sve svjetlosne zrake. Zato metali tako jako sijaju i najčešće imaju sivu ili Bijela boja. Veze između pojedinačnih metalnih slojeva su male, što omogućava pomicanje ovih slojeva pod opterećenjem u različitim smjerovima (drugim riječima, deformiranje metala). Čisto zlato je jedinstven metal. Kovanjem čistog zlata možete napraviti foliju debljine 0,002 mm! tako tanak lim je proziran i ima zelenu nijansu ako pogledate kroz njega na sunčevu svjetlost.

Elektrofizička svojstva metala izraženo u smislu njegove električne provodljivosti. Općenito je prihvaćeno da svi metali imaju visoku vrijednost električna provodljivost, odnosno dobro provoditi struju! Ali to nije tako, a osim toga, sve ovisi o temperaturi na kojoj se mjeri struja. Zamislite kristalnu rešetku metala u kojoj se struja prenosi kretanjem elektrona. Elektroni se kreću od jednog čvora kristalne rešetke do drugog. Jedan elektron "gura" drugi elektron iz mjesta rešetke, koji se nastavlja kretati prema drugom mjestu rešetke, i tako dalje. To jest, električna provodljivost također ovisi o tome koliko se lako elektroni mogu kretati između mjesta rešetke. Možemo reći da električna provodljivost metala zavisi od kristalna struktura rešetke i gustine rasporeda čestica u njoj. Čestice na mjestima rešetke imaju oscilacije, a te oscilacije su veće što je temperatura metala viša. Takve vibracije značajno ometaju kretanje elektrona u kristalnoj rešetki. Dakle, što je niža temperatura metala, to je veća njegova sposobnost da provodi struju!

Iz ovoga proizilazi koncept superprovodljivost, koji se javlja u metalu na temperaturi blizu apsolutne nule! Na apsolutnoj nuli (-273 0 C), vibracije čestica u kristalnoj rešetki metala su potpuno prigušene!

Elektrofizička svojstva metala povezana s prolaskom struje zove se temperaturni koeficijent električni otpor!

Elektrofizička svojstva metala

Instalirano zanimljiva činjenica da, na primjer, u olovu (Pb) i živi (Hg) na temperaturi koja je samo nekoliko stupnjeva iznad apsolutne nule električni otpor gotovo potpuno nestaje, odnosno dolazi do stanja supravodljivosti.

Srebro (Ag) ima najveću električnu provodljivost, zatim bakar (Cu), zatim zlato (Au) i aluminijum (Al). Visoka električna provodljivost ovih metala povezana je s njihovom upotrebom u elektrotehnici. Ponekad se zlato (pozlaćeni kontakti) koristi za osiguranje hemijske otpornosti i antikorozivnih svojstava.

Treba napomenuti da je električna provodljivost metala mnogo veća od električne provodljivosti nemetala. Na primjer, ugljik (C - grafit) ili silicijum (Si) imaju električnu provodljivost 1000 puta manju od, na primjer, žive. Osim toga, nemetali, uglavnom, nisu provodnici električne energije. Ali među nemetalima postoje poluvodiči: germanijum (Ge), kristalni silicijum, kao i neki oksidi, fosfiti (hemijska jedinjenja metala sa fosforom) i sulfidi (hemijska jedinjenja metala i sumpora).

Vjerovatno vam je poznat fenomen - to je svojstvo metala da pod utjecajem temperature ili svjetlosti daju elektrone.

Što se tiče toplinske provodljivosti metala, ona se može procijeniti iz periodnog sistema - raspoređuje se na potpuno isti način kao i elektronegativnost metala. (Metali u gornjem levom uglu imaju najveću elektronegativnost, na primer, elektronegativnost natrijuma Na je -2,76 V). Zauzvrat, toplinska provodljivost metala se objašnjava prisustvom slobodnih elektrona, koji nose toplinsku energiju.

Metali

Metali su jedan od glavnih prirodnih materijala koje koristi čovječanstvo.

metalurgija - jedna od osnovnih industrija koje određuju ekonomski i vojni potencijal zemlje. Stvaraju se nove legure željenih svojstava, a kao aditivi se koriste razni metali.

Oko 80% svih poznatih hemijskih elemenata PSE su metali. Najzastupljeniji metali su: Al - 8,8%; Fe - 4,0%; Ca - 3,6%; Na - 2,64%; K - 2,6%; Mg - 2,1%; Ti - 0,64%.

Metali se odlikuju specifičnim svojstvima koja ih razlikuju od metaloida: duktilnost, visoka toplotna i električna provodljivost, tvrdoća, za većinu metala, visoke tačke topljenja i ključanja, metalni sjaj.

Plastičnost naziva se sposobnost metala pod dejstvom spoljne sile podvrgnuti deformaciji, koja ostaje i nakon završetka ove radnje. Zbog plastičnosti, metali su podvrgnuti kovanju, valjanju, štancanju. Metali imaju različitu duktilnost.

Metalni sjaj. Glatka površina metala odbija svjetlosne zrake. Što manje apsorbuje ove zrake, to je veći metalni sjaj. Prema svom sjaju, metali se mogu rasporediti u sljedeći red: Ag, Pd, Cu, Au, Al, Fe.

Proizvodnja ogledala zasniva se na ovoj osobini metala.

Metale takođe karakteriše visoka toplotnu i električnu provodljivost. U pogledu električne provodljivosti, Ag, Cu, Al zauzimaju prvo mjesto.

Kako temperatura raste, električna provodljivost se smanjuje., budući da je oscilatorno kretanje jona u čvorovima kristalne rešetke pojačano, što sprečava usmereno kretanje elektrona.

Sa smanjenjem temperature, električna provodljivost se povećava a u oblasti blizu apsolutne nule, mnogi metali pokazuju supravodljivost.

Razlog zajedništva fizičkih i hemijskih svojstava metala objašnjava se zajedničkom strukturom njihovih atoma i prirodom kristalnih rešetki metala.

Atomi metala su veći od nemetala. Vanjski elektroni atoma metala su značajno uklonjeni iz jezgre i slabo su vezani za nju, stoga metali imaju nizak potencijal ionizacije (oni su redukcioni agensi).

Specifična svojstva metala - plastičnost, toplinska i električna provodljivost, sjaj objašnjavaju se činjenicom da metali imaju "slobodne" elektrone koji se mogu kretati kroz kristal.

Metale karakteriše metalna veza (objašnjava se na osnovu MO metode).

Fizička svojstva metala.

Svi metali, sa izuzetkom žive, su čvrste materije na uobičajenim temperaturama sa karakterističnim metalnim sjajem.

Većina metala ima raspon boja od tamno sive do srebrno bijele. Zlato i cezijum imaju žuta, potpuno čisti bakar - svijetlo roze, neki metali imaju crvenkastu nijansu (bizmut).

Gustina metala može veoma varirati; na primjer, gustina Li = 0,53 g/cm3 (najlakši) i Os je najteži metal sa 22,48 g/cm3.

Unutar jedne podgrupe analoga, vrijednosti gustoće, po pravilu, rastu sa povećanjem naboja atomskog jezgra.

U mašinstvu, metali se klasifikuju prema gustini: laki, teški, topljivi i vatrostalni.

Pronalaženje u prirodi.

U prirodi se metali nalaze i u prirodnom stanju i u obliku razna jedinjenja. U prirodnom stanju postoje samo hemijski neaktivni metali - Pt, Ag, Au. Reaktivni metali se nalaze samo u obliku raznih jedinjenja - rude

rude su: oksida, sulfida i soli.

Ruda je prethodno obogaćena, odnosno odvojena od otpadne stijene. Najčešća metoda je flotacija, zasniva se na različitoj kvašenju površine minerala vodom.

Metode vađenja minerala iz ruda određuju se njihovim hemijski sastav. Sve metode dobijanja metala svode se na oksidaciono-redukcione reakcije.

Karbotermija. U ovoj metodi dobijanja metala, ugljenik služi kao redukciono sredstvo - najjeftinije i najpristupačnije. Ugljik se koristi u obliku koksa, a oksidirani ugljik se lako uklanja u obliku CO2.

Ugljik se koristi za redukciju relativno neaktivnih metala: Fe, Cu, Zn, Pb.

Kada se smjesa reducira ugljikom željezna ruda sa oksidima Cr, Mo, W ili Mn, u industriji se dobijaju legure koje sadrže oko 70% ovih metala i vrlo malu količinu ugljenika. To su ferolegure koje se koriste za proizvodnju specijalnih legiranih čelika. Samo oksidi su pogodni za redukciju ugljika.

Sulfidne rude (cink, olovo, bakar) prvo se podvrgavaju oksidativnom kalcinaciji:

2ZnS + 2O2 → 2ZnO + SO2

Li, Ca, Ba kao i metali III grupe se ne mogu dobiti redukcijom ugljikom, jer formiraju karbide odmah nakon izolacije u slobodnom stanju sa viškom ugljika.

Metalthermy. Zasnovan je na procesima istiskivanja jednog metala (manje aktivnog) drugim (aktivnijim) iz odgovarajućih oksida, klorida, sulfida.

Zbog svog visokog afiniteta prema kiseoniku, aluminijum je vrlo dobro redukciono sredstvo za metalne okside. Proces se zove aluminotermiju.

Fe2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Fe

Aluminotermijom se dobijaju i drugi metali (Mn, Cr, Ti) koji se ne mogu dobiti u čista forma redukcija njihovih oksida ugljem zbog stvaranja karbida. U aluminotermnoj reakciji oslobađa se velika količina topline u vrlo kratko vrijemešto rezultira visokom temperaturom.

Elektrolitička ili katodna redukcija metala. Za metale koji se teško izvlače, ugalj kao redukciono sredstvo je neprikladan, te se u ovom slučaju koristi katodna redukcija, odnosno odvajanje elektrolizom. Takvi metali mogu se oksidirati vodom, pa se njihova jedinjenja podvrgavaju elektrolizi ne u vodenim otopinama, već u topljenjima ili otopinama drugih otapala.

Na primjer, metalni Na, K, Ba, Ca, Mg, Be se dobijaju elektrolizom talina odgovarajućih hlorida.

Dobivanje metala visoke čistoće.

U vezi sa brzim razvojem tehnologije, bili su potrebni metali vrlo visoke čistoće. Na primjer, za pouzdan rad nuklearnog reaktora, neophodno je da nečistoće kao što su bor, kadmijum itd. budu sadržane u fisionim materijalima u količini koja ne prelazi milioniti deo procenta. Čisti cirkonij - jedan od najboljih konstrukcijskih materijala za nuklearne reaktore - postaje potpuno neprikladan za ovu svrhu ako sadrži čak i beznačajnu primjesu hafnija.

Destilacija u vakuumu. Ova metoda se zasniva na različitoj isparljivosti metala koji se pročišćava i nečistoća prisutnih u njemu. Originalni metal se ubacuje u posebnu posudu spojenu na vakuum pumpu i u posudi se stvara vakuum, nakon čega Donji dio posuda se zagreva. Na hladnim dijelovima posude talože se ili nečistoće ili čisti metal, ovisno o tome što je isparljivije.

Termička razgradnja.

1. Karbonil proces. Ovaj proces se uglavnom koristi za proizvodnju čistog nikla i čistog željeza. Metal koji sadrži nečistoće se zagrijava u prisustvu CO (ugljični monoksid) i rezultirajući isparljivi karbonil se oddestilira od neisparljivih nečistoća. Karbonili se zatim razlažu na višim temperaturama i formiraju metale visoke čistoće.

2. Jodni proces omogućava dobijanje metala kao što su cirkonijum, titanijum.

3. Čišćenje metala(obično sadrži oksid kao nečistoće) u vakuumu zagrijavanjem na vrlo visoku temperaturu pomoću električnog luka.

Topljenje zona. Ova metoda se sastoji u izvlačenju šipke nerafinirane Njemačke kroz usku peć; nastala rastaljena zona, kako se šipka kreće kroz nju, kreće se duž nje i odnosi nečistoće.

Ponavljanjem ovog procesa mnogo puta, može se postići visok stepen čistoće.

Hemijska svojstva metala.

Metali nemaju sposobnost da prihvate elektrone, pa su metali redukcioni agensi. Mera hemijske aktivnosti metala je energija jonizacije J.

Oksidatori metala mogu biti: elementarne supstance, kiseline, soli manje aktivnih metala itd.

1. Interakcija sa elementarnim supstancama.

2. Interakcija sa kiselinama:

a) Oksidant - H + jon (HCl, H2SO4 (dif.), itd.);

b) anjon oksidirajuće kiseline (takve kiseline uključuju HNO3 i H2SO4 (konc.);

c) interakcija sa vodom;

d) Interakcija sa alkalijama;

e) Interakcija sa rastvorima soli.

metalni oksidi

Svi atomi kiseonika su direktno vezani za atome metala i nisu međusobno povezani: Me * O2.

Klasifikacija metalnih oksida

Glavni - oksidi najaktivnijih metala (s - elementi grupe I i II) - jonska veza: Na2O, K2O, CaO, MgO itd.

Njihova svojstva: a) komuniciraju sa kiselinama; b) sa kiselim oksidima; c) vodom.

Amfoterni oksidi(manje aktivni metali i d - elementi): Al2O3, ZnO, Cr2O3 itd.

Njihova svojstva: a) interakcija sa kiselinama; b) interakcija sa alkalijama.

kiselina - oksid niskoaktivnih metala u višim oksidacionim stanjima (CrO3, Mn2O7 itd.). Njihova svojstva: a) interakcija sa vodom, formiranje kiselina; b) interakciju sa bazama (alkalijama).

Priroda promjene svojstava oksida

U jednom periodu dolazi do slabljenja osnovna svojstva kroz amfoterno i kiselo pojačanje s lijeva na desno.

U grupi, isti element ima istu promjenu svojstava.

Dobivanje oksida.

1. Direktna oksidacija metala - sagorevanje.

Ca + O = CaO

4Na + O2 = 2Na2O

2. Oksidacija sulfida.

ZnS + O2 = ZnO + SO2

3. Oksidacija oksidima drugih elemenata, ako je toplina formiranja nastalog oksida veća od topline nastanka originalnog (metalotermija).

Al + Cr2O3 = Cr + Al2O3 + Q

4. Dehidracija odgovarajućih hidroksida.

Al(OH)3 Al2O3 + H2O

5. Termička razgradnja karbonata, nitrata, sulfata i drugih soli.

CaCO3 CaO + CO2

metalni hidroksidi.

Klasifikacija: bazične, amfoterne, kisele (odgovaraju oksidima).

Priroda promjene svojstava u prirodi slična je oksidima.

Stranica 2

Gvožđe, bakar i aluminijum imaju karakterističan metalni sjaj.

Kada proučavamo čvrste tvari koje nemaju karakterističan metalni sjaj, primjećujemo da je njihova električna provodljivost vrlo niska. To uključuje supstance koje nazivamo jonskim - natrijum hlorid, kalcijum hlorid, srebrni nitrat i srebro hlorid, kao i molekularne kristale, poput leda. Led prikazan na sl. 5 - 3, sastoji se od istih molekula koji postoje u gasnoj fazi, ali poredani u kristalnoj rešetki. Ovi loši provodnici električne struje se po gotovo svim svojstvima veoma razlikuju od metala. Dakle, električna provodljivost se može koristiti za klasifikaciju supstanci, što je jedna od najrazumnijih.

Prosti metali se nazivaju kristalne supstance, koji imaju karakterističan metalni sjaj, dobre provodnike topline i električne struje, sposobne su promijeniti svoj oblik pod djelovanjem vanjskih sila i zadržati ga nakon uklanjanja opterećenja bez ikakvih znakova uništenja. Od ukupnog broja trenutno poznatih hemijskih elemenata, osamdeset elemenata su metali. Najčešći metali u zemljinoj kori u obliku hemijskih jedinjenja su aluminijum, gvožđe, magnezijum, kalijum, natrijum i kalcijum. Čisti metali imaju ograničenu upotrebu u tehnologiji, jer su u prirodi izuzetno rijetki, a njihova proizvodnja iz kemijskih spojeva (ruda) povezana je s velikim poteškoćama.

Kao rezultat vodikove korozije, površina čelika gubi svoj karakterističan metalni sjaj i postaje dosadna.

Polimeri su fino dispergovani obojeni prahovi sa karakterističnim metalnim sjajem, rastvorljivi samo u koncentrovanoj sumpornoj kiselini.

Svi d - elementi su metali sa karakterističnim metalnim sjajem. U poređenju sa s-metalima, njihova čvrstoća je mnogo veća.

Neotopljeni jod stvara jasno vidljiv film s karakterističnim metalnim sjajem (pluta na površini otopine) ili se skuplja na dnu tikvice u obliku crnih čestica. Budući da je rastvor joda obojen intenzivno crvenom bojom i gotovo neproziran, mora se vrlo pažljivo ispitati, držeći bocu na jakoj električnoj lampi koja visi na plafonu. Da biste to učinili, morate stajati ispod lampe, držeći bocu za grlo u nagnutom položaju između lampe i lica, i pokušati u njoj vidjeti svijetlu sliku lampe. Na takvoj pozadini jasno su vidljivi neotopljeni kristali joda. Tada će se kristali obe supstance okupiti na jednom mestu i oko kristala joda će se formirati zona koncentrisanog rastvora KJ u kojoj će se jod brzo rastvoriti.

Svi alkalni metali su supstance srebrno-bele boje, karakterističnog metalnog sjaja, dobre električne i toplotne provodljivosti, niske tačke topljenja i relativno niske tačke ključanja, male gustine i velike zapremine atoma. U stanju pare, njihovi molekuli su jednoatomni; joni su bezbojni.

Po izgledu, tamnoljubičasti, gotovo crni kristali s karakterističnim metalnim sjajem. Dobro se otapa u vodi. Kalijum permanganat je jedan od jakih oksidacionih agenasa, što je razlog njegovih dezinfekcionih svojstava.

Opće informacije o metalima

Znate da je većina hemijskih elemenata klasifikovana kao metali - 92 od 114 poznatih elemenata.

Metali su hemijski elementi čiji atomi doniraju elektrone iz vanjskog (i neke iz vanjskog) elektronskog sloja, pretvarajući se u pozitivne ione.

Ovo svojstvo atoma metala, kao što znate, određeno je činjenicom da imaju relativno velike radijuse i mali broj elektrona (uglavnom od 1 do 3) na vanjskom sloju.

Jedini izuzetak su 6 metala: atomi germanijuma, kalaja, olova na spoljašnjem sloju imaju 4 elektrona, atomi antimona, bizmuta -5, atoma polonija - 6.

Atome metala karakteriziraju niske vrijednosti elektronegativnosti (od 0,7 do 1,9) i isključivo redukciona svojstva, odnosno sposobnost doniranja elektrona.

Već znate da su u Periodnom sistemu hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva metali ispod dijagonale bor-astatin, a ja sam takođe iznad nje u sekundarnim podgrupama. U periodima i podgrupama gline, poznate su vam pravilnosti u promjeni metalnih, a time i redukcijskih svojstava atoma elemenata.

Hemijski elementi koji se nalaze u blizini dijagonale bor-astatin imaju dvostruka svojstva: u nekim od svojih spojeva ponašaju se kao metali, u drugima pokazuju svojstva nemetala.

U sekundarnim podgrupama redukciona svojstva metala najčešće opadaju sa povećanjem serijskog broja. Uporedite aktivnost metala I grupe vama poznate bočne podgrupe: Cu, Ag, Au; II grupa sekundarne podgrupe - pa ćete se sami uvjeriti.

To se može objasniti činjenicom da na snagu veze valentnih elektrona sa jezgrom atoma ovih metala više utiče vrijednost naboja jezgra, a ne radijus atoma. Vrijednost naboja jezgra značajno se povećava, povećava se privlačenje elektrona u jezgro. U ovom slučaju, iako se radijus atoma povećava, on nije toliko značajan kao polumjer metala glavnih podgrupa.

Jednostavne tvari formirane od kemijskih elemenata - metala, i složene tvari koje sadrže metal igraju važnu ulogu u mineralnom i organskom "životu" Zemlje. Dovoljno je podsjetiti da su atomi (nones) metalnih elemenata sastavni dio spojeva koji određuju metabolizam u tijelu ljudi, životinja i biljaka. Na primjer, u ljudskoj krvi pronađeno je 76 elemenata, a samo 14 od njih nisu metali. U ljudskom organizmu neki metalni elementi (kalcijum, kalijum, natrijum, magnezijum) su prisutni u u velikom broju, odnosno oni su makronutrijenti. A metali kao što su krom, mangan, željezo, kobalt, bakar, cink, molibden prisutni su u malim količinama, odnosno to su elementi u tragovima. Ako osoba ima 70 kg, tada njeno tijelo sadrži (u gramima): kalcijum - 1700, kalijum - 250, natrijum - 70, magnezijum - 42, gvožđe - 5. cink - 3. Svi metali su izuzetno važni, javljaju se zdravstveni problemi i u njihovom nedostatku i višku.

Na primjer, joni natrijuma regulišu sadržaj vode u tijelu, prijenos nervnih impulsa. Njegov nedostatak dovodi do glavobolje, slabosti, lošeg pamćenja, gubitka apetita, a višak dovodi do povišenog krvnog pritiska, hipertenzije i srčanih bolesti. Stručnjaci za ishranu preporučuju ne više od 5 g (1 čajna žličica) kuhinjske soli (NaCl) po odrasloj osobi dnevno. Uticaj metala na stanje životinja i biljaka može se naći u tabeli 16.

Jednostavne supstance - metali

S razvojem proizvodnje metala (jednostavnih tvari) i legura povezan je nastanak civilizacije („bronzano doba“, gvozdeno doba).

Počelo prije otprilike 100 godina naučna i tehnološka revolucija koji utiču na industriju i socijalnoj sferi, također je usko povezan s proizvodnjom metala. Na bazi volframa, molibdena, titana i drugih metala počeli su stvarati otporne na koroziju, supertvrde, vatrostalne legure, čija je upotreba uvelike proširila mogućnosti mašinstva. u nuklearnom i svemirska tehnologija Legure volframa i renija koriste se za izradu delova koji rade na temperaturama do 3000 ºS. u medicini se koriste hirurški instrumenti od legura tantala i platine, jedinstvena keramika na bazi titanijuma i cirkonijum oksida.

I naravno, ne treba zaboraviti da se u većini legura koristi dobro poznato metalno gvožđe (Sl. 37), a osnova mnogih lakih legura su relativno „mladi“ metali: aluminijum i magnezijum.

Kompozitni materijali, na primjer, polimer ili keramika, koji su iznutra (kao beton sa željeznim šipkama) ojačani metalnim vlaknima, koji mogu biti napravljeni od volframa, molibdena, čelika i drugih metala i legura, postali su supernove - sve ovisi o cilj koji je neophodan za postizanje njegovih materijalnih svojstava.

Već imate ideju o prirodi hemijske veze u metalnim kristalima. Podsjetimo, na primjeru jednog od njih - natrijuma, kako nastaje.
Slika 38 prikazuje dijagram kristalne rešetke metalnog natrijuma. U njemu je svaki atom natrijuma okružen sa osam susjednih atoma. Atomi natrija, kao i svi metali, imaju mnogo slobodnih valentnih orbitala i malo valentnih elektrona.

Jedini valentni elektron atoma natrijuma Zs 1 može zauzeti bilo koju od devet slobodnih orbitala, jer se ne razlikuju mnogo u energetskom nivou. Kada se atomi približavaju jedan drugome, kada se formira kristalna rešetka, valentne orbitale susjednih atoma se preklapaju, zbog čega se elektroni ne kreću slobodno s jedne orbitale na drugu, stvarajući vezu između svih atoma metalnog kristala.

Ova vrsta hemijske veze naziva se metalna veza. Metalnu vezu formiraju elementi čiji atomi na vanjskom sloju imaju malo valentnih elektrona u usporedbi s velikim brojem vanjskih energetski bliskih orbitala. Njihovi valentni elektroni se slabo drže u atomu. Elektroni koji vrše vezu su socijalizovani i kreću se kroz kristalnu rešetku neutralnog metala kao celine.

Supstance s metalnom vezom karakteriziraju metalne kristalne rešetke, koje su obično shematski prikazane kao krpelj, kao što je prikazano na slici, čvorovi su kationi i atomi metala. Zajednički elektroni elektrostatički privlače metalne katjone smještene u blizini njihove kristalne rešetke, osiguravajući njenu stabilnost i snagu (zajednički elektroni su prikazani kao crne male kuglice).

Metalna veza je veza u metalima i legurama između metalnih atoma-jona koji se nalaze u kristalnoj rešetki, a koju provode socijalizirani valentni elektroni.

Kalaj ima dvije kristalne modifikacije:
alfa - stabilno ispod 13,2 ºS sa gustinom r - 5,74 g/cm3. Ovo je sivi lim. Ima almaav (atomsku) kristalnu rešetku:
betta - stabilan iznad 13,2 ºS sa gustinom p - 6,55 g/cm3. Ovo je bijeli lim.

Pokušajmo objasniti razloge koji određuju osnovna fizička svojstva metala. Zašto su metali plastični?

Sličan učinak na čvrstu tvar sa konlin vezama (atomska kristalna rešetka) dovodi do prekida kovalentnih veza. Prekidanje veza u ionskoj rešetki dovodi do međusobnog odbijanja slično naelektrisanih jona (slika 40). Stoga su tvari s atomskim i ionskim kristalnim rešetkama krhke.

Najduktilniji metali su Au, Af, Cu, Sn, Pb, Zn. Lako se uvlače u žicu, pogodne za kovanje, presovanje, valjanje u limove.Na primer, od zlata se može napraviti zlatna folija debljine 0,008 nm, a od 0,5 g ovog metala izvući konac dužine 1 km.

Čak i živa, koja je, kao što znate, tečna na sobnoj temperaturi, postaje savitljiva poput olova na niskim temperaturama u čvrstom stanju. Samo Bi i Mn nemaju plastičnost, krti su.

Zašto metali imaju karakterističan sjaj, a takođe su i neprozirni?

Elektroni koji ispunjavaju međuatomski prostor reflektiraju svjetlosne zrake (a ne propuštaju, kao staklo), a većina metala podjednako raspršuje sve zrake vidljivog dijela spektra. Stoga imaju srebrnobijelu ili sivu boju. Stroncijum, zlato i bakar u većoj meri apsorbuju kratke talasne dužine (blizu ljubičaste) i reflektuju duge talasne dužine spektra svetlosti, pa imaju svetlo žutu, žutu i bakarnu boju.

Iako nam se u praksi, znate, metal ne čini uvijek laganim tijelom. Prvo, njegova površina može oksidirati i izgubiti sjaj. Stoga prirodni bakar izgleda kao zelenkasti kamen. I drugo, čak ni čisti metal možda neće sjajiti. Vrlo tanki listovi srebra i zlata imaju potpuno neočekivani izgled - imaju plavkasto-zelenu boju. A fini metalni prahovi izgledaju tamno sivi, čak i crni.

Srebro, aluminijum, paladijum imaju najveću refleksivnost. Koriste se u proizvodnji ogledala, uključujući reflektore.

Zašto metali imaju visoku električnu i toplotnu provodljivost?

Elektroni koji se haotično kreću u metalu pod uticajem primenjenog električnog napona dobijaju usmereno kretanje, odnosno provode električnu struju. Sa povećanjem temperature meta-lisne uši, povećavaju se amplitude vibracija atoma i iona koji se nalaze na čvorovima kristalne rešetke. To otežava kretanje elektrona, a električna provodljivost metala se smanjuje. Na niskim temperaturama, oscilatorno kretanje se, naprotiv, uvelike smanjuje, a električna provodljivost metala naglo raste. Blizu apsolutne nule, praktički nema otpora u metalima, a supravodljivost se pojavljuje u većini metala.

Treba napomenuti da nemetali s električnom vodljivošću (na primjer, grafit), na niskim temperaturama, naprotiv, ne provode električnu struju zbog odsustva slobodnih elektrona. I tek s povećanjem temperature i uništavanjem nekih kovalentnih veza, njihova električna vodljivost počinje rasti.

Najveću električnu provodljivost imaju srebro, bakar, kao i zlato, aluminijum, a najmanju mangan, olovo i živa.

Najčešće se, sa istom pravilnošću kao i električna provodljivost, mijenja toplinska provodljivost metala.

Mehanička čvrstoća, gustina, tačka topljenja metala su veoma različite. Štaviše, sa povećanjem broja oekgrona. vezujući ion-atome, a smanjenjem međuatomske udaljenosti u kristalima povećavaju se pokazatelji ovih svojstava.

Dakle, alkalni metali, čiji atomi imaju jedan valentni elektron, su mekani (rezani nožem), male gustine (litijum je najlakši metal sa p - 0,53 g/cm3) i tope se na niskim temperaturama (na primer, tačka topljenja cezijuma je 29 "C) Jedini metal koji je tečan u normalnim uslovima - živa - ima tačku topljenja od 38,9 "C.

Kalcijum, koji ima dva elektrona na vanjskom energetskom nivou atoma, mnogo je tvrđi i topi se na višoj temperaturi (842ºC).

Kristalna rešetka formirana od atoma skandijuma, koji imaju tri valentna elektrona, je još više zakrivljena.

Ali najjače kristalne rešetke, visoke gustine i tačke topljenja uočene su u metalima sekundarnih podgrupa V, VI, VII, MP grupa. Ovo se objašnjava sa. da je za metale bočnih podgrupa koje imaju nesačuvane valentne elektrone na d-podnivou karakteristično formiranje vrlo jakih kovalentnih veza između atoma, pored metalne, koje vrše elektroni vanjskog sloja sa s-orbitala.

Metali se razlikuju u odnosu na magnetna polja. Ali ovaj znak su podijeljeni u tri grupe:

Feromagnetno Može se magnetizirati pod utjecajem čak i slabih magnetnih polja (gvožđe – alfa oblik, kobalt, nikl, gadolinijum);

Paramagneti pokazuju slabu sposobnost magnetizacije (aluminijum, hrom, titan, skoro svi lantanidi);

Dijamagnetne ne privlače magnet, čak se i malo odbijaju od njega (kalaj, nasukani, bizmut).

Podsjetimo da smo prilikom razmatranja elektronske strukture metala podijelili metale na metale glavnih podgrupa (k- i p-elementi) i metale sekundarnih podgrupa.

U inženjerstvu je uobičajeno klasificirati metale prema različitim fizičkim svojstvima:

a) gustina - svetlost (str< 5 г/см3) и тяжелые (все остальные);
b) tačka topljenja - topljiva i vatrostalna.

Klasifikacije metala prema hemijskim svojstvima

Metali sa niskom hemijskom aktivnošću nazivaju se plemenitim (srebro, zlato, platina i njegovi analozi - osmijum, iridijum, rutenijum, paladijum, rodijum).
Prema bliskosti hemijskih svojstava, alkalni (I grupa metala glavne podgrupe), zemnoalkalni (kalcijum, stroncijum, barijum, radijum), kao i retki zemni metali (skandij, itrijum, lantan i lantanidi, aktinijum i aktinidi) se razlikuju.

Opća hemijska svojstva metala

Atomi metala relativno lako odustaju od valentnih elektrona i prelaze u pozitivno nabijene neelektrane, odnosno oksidiraju. Ovo je, kao što znate, glavno zajedničko svojstvo i atoma i jednostavnih metalnih supstanci.

Redukciona aktivnost metala u hemijskim reakcijama koje se javljaju u vodenim rastvorima odražava njegovu poziciju u elektrohemijskom nizu napona metala.

1. Što je metal dalje u ovom redu, to je jači reduktor.
2. Svaki metal je sposoban da istisne (oporavi) i slan je u rastvoru one metale koji su iza njega (desno) u nizu napona.
3. Metali koji se nalaze u nizu napona lijevo od vodonika mogu ga istisnuti iz kiselina u rastvoru.
4. Metali, koji su najjači redukcioni agensi (alkalni i zemnoalkalni), u svim vodenim rastvorima su u interakciji prvenstveno sa vodom.

Na primjer, litijum je aktivniji u vodenim rastvorima od natrijuma (iako je Na aktivniji metal u smislu njegove pozicije u periodnom sistemu). Činjenica je da je energija hidratacije Li+ jona mnogo veća od energije hidratacije Na+ jona. stoga je prvi proces energetski povoljniji.
Uzimajući u obzir opšte odredbe koje karakterišu redukciona svojstva metala, prelazimo na specifične hemijske reakcije.

Interakcija sa jednostavnim nemetalnim supstancama

1. Sa kiseonikom većina metala stvara okside – bazične i amfoterpijske. Kiseli oksidi prelaznih metala, kao što su hrom oksid ili mangan oksid, ne nastaju direktnom oksidacijom metala kiseonikom. Oni primaju indirektno.

Alkalni metali Na, K aktivno reagiraju s atmosferskim kisikom, stvarajući perokside.

Natrijum oksid se dobija indirektno, kalcinacijom peroksida sa odgovarajućim metalima:

Litijum i zemnoalkalni metali reaguju sa atmosferskim kiseonikom i formiraju bazične okside.

Drugi metali, osim metala zlata i platine, koji se uopće ne oksidiraju atmosferskim kisikom, manje aktivno djeluju ili kada se zagrijavaju.

2. Sa halogenima, metali formiraju soli halogenovodoničnih kiselina.

3. Sa vodonikom, najaktivniji metali formiraju hidride - jonske soli, jednu uobičajenu supstancu u kojoj vodonik ima oksidaciono stanje -1, na primjer:
kalcijum hidrid.

Mnogi prelazni metali formiraju hidride sa vodonikom. poseban tip- dolazi do svojevrsnog rastvaranja ili unošenja vodonika u kristalnu rešetku metala između atoma i jona, dok metal zadržava svoju izgled, ali se povećava u volumenu. Apsorbovani vodonik je u metalu, očigledno u atomskom obliku. Postoje i srednji metalni hidridi.

4. Metali formiraju soli sa sumporom - sulfide.

5. Metali nešto teže reaguju sa azotom, jer je hemijska veza u molekulu azota G^r veoma jaka i nastaju nitridi. Na uobičajenim temperaturama samo litijum stupa u interakciju sa dušikom.

Interakcija sa složenim supstancama

1. Sa vodom. Alkalni i zemnoalkalni metali u normalnim uslovima istiskuju vodonik iz vode i formiraju rastvorljive alkalne baze.

Magnezijum stupa u interakciju sa vodom samo pri ključanju, a oslobađa se i vodonik. Ako se u vodu doda zapaljeni magnezijum, onda se izgaranje nastavlja, kako se reakcija odvija: vodonik gori. Gvožđe stupa u interakciju sa vodom samo kada se zagreje.

2. Metali koji su u nizu napona do vodonika stupaju u interakciju sa kiselinama u rastvoru. Ovo proizvodi sol i vodonik. Ali olovo (i neki drugi metali), uprkos svom položaju u nizu napona (lijevo od vodika), gotovo se ne otapa u razrijeđenoj sumpornoj kiselini, jer je rezultirajući olovni sulfat PbSO nerastvorljiv i stvara zaštitni film na površini metala. .

3. Sa solima manje aktivnih metala u rastvoru. Kao rezultat takve reakcije nastaje sol aktivnijeg metala, a manje aktivni metal se oslobađa u slobodnom obliku.

Mora se imati na umu da se reakcija odvija u slučajevima kada je nastala sol topljiva. Izmjenjivanje metala iz njihovih spojeva drugim metalima prvi je detaljno proučavao N. N. Beketov, istaknuti ruski fizički hemičar. On je rasporedio metale prema njihovoj hemijskoj aktivnosti u "izražajni niz", koji je postao prototip serije metalnih napona.

4. Sa organskim supstancama. Interakcija s organskim kiselinama slična je reakcijama s mineralnim kiselinama. Alkoholi, s druge strane, mogu pokazati slaba kisela svojstva kada su u interakciji s alkalnim metalima.

Metali učestvuju u reakcijama sa haloalkanima, koji se koriste za dobijanje nižih cikloalkana i za sinteze, tokom kojih ugljenični kostur molekule postaje složeniji (reakcija A. Wurtz):

5. Metali čiji su hidroksidi amfoterni stupaju u interakciju sa alkalijama u rastvoru.

6. Metali mogu međusobno formirati hemijska jedinjenja, koja se zajednički nazivaju intermetalna jedinjenja. Oni najčešće ne pokazuju oksidaciona stanja atoma, koja su karakteristična za spojeve metala sa nemetalima.

Intermetalna jedinjenja obično nemaju stalan sastav, hemijska veza u njima je uglavnom metalna. Formiranje ovih spojeva je tipičnije za metale sekundarnih podgrupa.

Metalni oksidi i hidroksidi

Oksidi formirani od tipičnih metala klasifikuju se kao soli koji stvaraju soli, osnovnih svojstava. Kao što znate, oni odgovaraju hidroksidima. koje su baze koje su, u slučaju alkalnih i zemnoalkalnih metala, rastvorljive u vodi, su jaki elektroliti i nazivaju se alkalije.

Oksidi i hidroksidi nekih metala su amfoterni, odnosno mogu pokazivati i bazična i kisela svojstva, ovisno o tvarima s kojima su u interakciji.

Na primjer:

Mnogi metali sekundarnih podgrupa, koji imaju promjenjivo oksidacijsko stanje u spojevima, mogu formirati nekoliko oksida i hidroksida, čija priroda ovisi o oksidacijskom stanju metala.

Na primjer, hrom u jedinjenjima pokazuje tri oksidaciona stanja: +2, +3, +6, pa formira tri serije oksida i hidroksida, a sa povećanjem stepena oksidacije kiselinski karakter se povećava, a bazični karakter slabi.

Korozija metala

Kada metali stupaju u interakciju sa supstancama iz okoline, na njihovim površinama se pojavljuju spojevi koji imaju potpuno drugačija svojstva od samih metala. U normalnom smislu, često koristimo riječi "rđa", "rđanje", uočavajući smeđe-crveni premaz na proizvodima od željeza i njegovih legura. Rđanje je uobičajen oblik korozije.

Korozija je proces spontanog razaranja metala i prskanja ne) aliaishizma trenutnog okruženja (od lat. - korozivno).

Međutim, gotovo svi metali podliježu uništavanju, zbog čega se mnoga njihova svojstva pogoršavaju (ili potpuno gube): čvrstoća, duktilnost, smanjuje se sjaj, smanjuje se električna provodljivost, povećava se i trenje između pokretnih dijelova stroja, dimenzije dijelova promjena itd.

Korozija metala može biti kontinuirana i lokalna.

Nerven nije toliko opasan kao drugi, njegove manifestacije se mogu uzeti u obzir pri dizajniranju struktura i aparata. Lokalna korozija je mnogo opasnija, iako gubici metala ovdje mogu biti mali. Jedna od njegovih najopasnijih vrsta je točka. Oni se sastoje u formiranju prolaznih lezija, odnosno tačkastih šupljina - pitinga, dok se čvrstoća pojedinih sekcija smanjuje, smanjuje se pouzdanost konstrukcija, aparata i konstrukcija.

Korozija metala uzrokuje veliku ekonomsku štetu. Čovječanstvo snosi ogromne materijalne gubitke nakon razaranja cjevovoda, dijelova strojeva, brodova, mostova i razne opreme.

Korozija dovodi do smanjenja pouzdanosti metalnih konstrukcija. Uzimajući u obzir moguća destrukcija, potrebno je precijeniti čvrstoću nekih proizvoda (na primjer, dijelovi aviona, lopatice turbine), što znači povećanje potrošnje metala, a to zahtijeva dodatnu ekonomičnost. troškovi.

Korozija dovodi do zastoja u proizvodnji zbog zamjene pokvarene opreme, do gubitka sirovina i proizvoda kao posljedica uništenja halo, naftovoda i vodovoda. Nemoguće je ne uzeti u obzir štetu prirodi, a time i ljudskom zdravlju, uzrokovanu curenjem naftnih derivata i dr. hemijske supstance. Korozija može dovesti do kontaminacije) proizvoda, a samim tim i do smanjenja njegovog kvaliteta. Troškovi kompenzacije gubitaka povezanih sa korozijom su ogromni. Oni čine oko 30% godišnje proizvodnje metala širom svijeta.

Iz rečenog proizilazi da važno pitanje je pronalaženje načina za zaštitu metala i legura od korozije.

Oni su veoma raznoliki. Ali za njihov odabir potrebno je poznavati i uzeti u obzir kemijsku suštinu procesa korozije.

Ali hemijske prirode Korozija je redoks proces. U zavisnosti od sredine u kojoj se javlja, postoji nekoliko vrsta korozije.

Najčešći tipovi korozije su hemijska i elektrohemijska.

II. Elektrohemijska korozija se javlja u provodljivom mediju (elektrolitu) sa pojavom električne struje unutar sistema. Metali i legure su po pravilu heterogeni i sadrže inkluzije različitih nečistoća. Kada dođu u kontakt sa elektrolitima, neki delovi površine počinju da igraju ulogu anode (doniraju elektrone), dok drugi deluju kao katode (prihvataju elektrone).

U jednom slučaju će se posmatrati evolucija gasa (Hg). U drugom - formiranje rđe.

Na anodi (aktivniji metal), atomi metala se oksidiraju da stvore katione (otapanje).

Na katodi (manje aktivnom provodniku) ioni vodonika ili molekule kisika se reduciraju stvaranjem H2 ili OH- hidroksidnih iona, respektivno.

Kationi vodika i otopljeni kisik najvažniji su oksidacijski agensi koji uzrokuju elektrohemijsku koroziju.

Elektrolit može biti morska voda, riječna voda, kondenzirana vlaga i, naravno, dobro poznati elektroliti - otopine soli, kiselina, alkalija.

Očigledno se sjećate da se zimi za uklanjanje snijega i leda sa trotoara koristi tehnička so (natrijum hlorid, ponekad i kalcijum hlorid, itd.) Dobijeni rastvori se odvode u kanalizacione cevovode, stvarajući tako povoljno okruženje za elektrohemijsku koroziju podzemnih komunalnih sistema.

Metode zaštite od korozije

Već u dizajnu metalnih konstrukcija, njihova proizvodnja predviđa mjere zaštite od korozije.

1. Brušenje površina proizvoda tako da se vlaga ne zadržava na njima.
2. Upotreba legiranih legura koje sadrže posebne aditive: hrom, nikl, koji na visokim temperaturama formiraju stabilan oksidni sloj na površini metala. Poznati su legirani čelici - nerđajući čelici, od kojih se izrađuju predmeti za domaćinstvo (obložene viljuške, kašike), delovi mašina, alati.
3. Nanošenje zaštitnih premaza.

Razmotrite njihove vrste.

Nemetalni - neoksidirajuća ulja, specijalni lakovi, boje. Istina, kratkog su vijeka, ali su jeftini.

Hemijski - umjetno stvoreni površinski filmovi: oksidni, limunski, silicidni, polimerni itd. Na primjer, svo malo oružje Dijelovi mnogih preciznih instrumenata su brušeni - ovo je proces dobivanja najtanjeg filma željeznih oksida na površini čelika proizvod. Rezultirajući film od umjetnog oksida je vrlo izdržljiv i daje proizvodu prekrasnu crnu boju i plavu nijansu. Polimerni premazi se izrađuju od polietilena, polivinil hlorida, poliamidnih smola. Primjenjuju se na dva načina: zagrijani proizvod se stavlja u polimerni prah, koji se topi i zavari za metal, ili se površina metala tretira otopinom polimera u rastvaraču niske temperature, koji brzo isparava, a polimerni film ostaje na proizvodu.

Metalni premazi su premazi s drugim metalima, na čijoj se površini pod djelovanjem oksidacijskih sredstava formiraju stabilni zaštitni filmovi.

Nanošenje hroma na površinu - hromiranje, niklovanje - niklovanje, pocinkovanje, kalajisanje, itd. Kao premaz može poslužiti i hemijski pasivni metal - zlato, srebro, bakar.

4. Elektrohemijske metode zaštite.

Katoda - metalna konstrukcija je spojena na katodu vanjskog izvora struje, što eliminira mogućnost njenog uništenja anode

5. Poseban tretman elektrolita ili okoline u kojoj se nalazi zaštićena metalna konstrukcija.

Poznato je da su Damask majstori za uklanjanje kamenca i
rđe se koriste otopine sumporne kiseline uz dodatak pivskog kvasca, brašna, škroba. Oni donose i bili su među prvim inhibitorima. Nisu dozvolili kiselini da djeluje na metal oružja, zbog čega su otopljeni samo kamenac i rđa. Uralski oružari su za ove svrhe koristili juhe za kiseljenje - otopine sumporne kiseline s dodatkom mekinja brašna.

Primeri upotrebe savremenih inhibitora: tokom transporta i skladištenja, hlorovodonična kiselina je savršeno "ukroćena" derivatima butilamina. i sumporna kiselina - azotna kiselina; hlapljivi dietilamin se ubrizgava u razne posude. Imajte na umu da inhibitori djeluju samo na metal, čineći ga pasivnim u odnosu na medij, na primjer, prema kiseloj otopini. Nauci je poznato više od 5 hiljada inhibitora korozije.

Uklanjanje kiseonika rastvorenog u vodi (odzračivanje). Ovaj proces se koristi u pripremi vode koja ulazi u kotlovska postrojenja.

Metode dobijanja metala

Značajna hemijska aktivnost metala (interakcija sa atmosferskim kiseonikom, drugim nemetalima, vodom, rastvorima soli, kiselinama) dovodi do toga da se u zemljinoj kori nalaze uglavnom u obliku jedinjenja: oksida, sulfida, sulfata, hlorida. , karbonati itd.

U slobodnom obliku postoje metali koji se nalaze u nizu napona desno od vodonika, iako se mnogo češće bakar i živa mogu naći u prirodi u obliku spojeva.

Minerali i stijene koje sadrže metale i njihove spojeve, iz kojih je ekstrakcija čistih metala tehnički moguća i ekonomski izvodljiva, nazivaju se rudama.

Dobivanje metala iz ruda je zadatak metalurgije.
Metalurgija je takođe nauka o industrijskim metodama za dobijanje metala iz ruda. i industrijski sektor.
Svaki metalurški proces je proces redukcije metalnih jona uz pomoć različitih redukcionih sredstava.

Za realizaciju ovog procesa potrebno je uzeti u obzir aktivnost metala, odabrati redukciono sredstvo, razmotriti tehnološku izvodljivost, ekonomske i ekološke faktore. U skladu s tim, postoje sljedeće metode za dobijanje metala: pirometalurški. hidrometalurški, elektrometalurški.

Pirometalurgija je izvlačenje metala iz ruda na visokim temperaturama korištenjem ugljika, ugljičnog monoksida (II). vodonik, metali - aluminijum, magnezijum.

Hidrometalurgija je redukcija metala u njihove soli u rastvoru. Proces se odvija u 2 faze:

1) prirodno jedinjenje se rastvori u odgovarajućem reagensu da se dobije rastvor soli tog metala;
2) ovaj metal je istisnut iz dobijenog rastvora aktivnijim ili regenerisan elektrolizom. Na primjer, da bi se dobio bakar za rude koje sadrže bakrov oksid, CuO, on se tretira razrijeđenom sumpornom kiselinom.

Bakar se zatim uklanja iz otopine soli ili elektrolizom ili zamjenom sulfata željezom. Na ovaj način se dobijaju srebro, cink, molibden, zlato, uranijum.

Elektrometalurgija je redukcija metala u procesu elektrolize rastvora ili talina njihovih jedinjenja.

Elektroliza

Ako se elektrode spuste u otopinu elektrolita ili se rastope i kroz njih prođe jednosmjerna električna struja, tada će se ioni kretati u smjeru: kationi - ka katodi (negativno nabijena elektroda), anioni - anodi (pozitivno nabijena elektroda) .

Na katodi kationi prihvataju elektrone i reduciraju se na anodi, anjoni doniraju elektrone i oksidiraju. Ovaj proces se naziva elektroliza.
Elektroliza je oksidaciono-redukcioni proces koji se javlja na električnom sistemu tokom prolaska električne struje kroz vruću žicu ili rastvor elektrolita.

Glavna stvar koju treba zapamtiti je da se u procesu elektrolize odvija kemijska reakcija zbog električne energije, koja se ne može odvijati spontano.

Situacija je složenija u slučaju elektrolize otopina elektrolita.

U otopini soli, osim iona metala i kiselog ostatka, nalaze se i molekuli vode. Stoga je prilikom razmatranja procesa na elektrodama potrebno uzeti u obzir njihovo učešće u elektrolizi.

Za određivanje produkata elektrolize vodeni rastvori elektrolita, postoje sljedeća pravila.

1. Proces na katodi ne zavisi od materijala katode na kojoj je napravljena, već od položaja metala (kationa elektrolita) u elektrohemijskom nizu napona, i ako:

1.1. Kation elektrolita se nalazi u nizu napona na početku serije (zajedno sa Al uključivo), zatim se na katodi odvija proces redukcije vode (oslobađa se vodonik). Kationi metala se ne redukuju, ostaju u rastvoru.
1.2. Kation elektrolita je u nizu napona između aluminijuma i vodonika, tada se i metalni elementi i molekuli vode reduciraju na katodi.
1.3. Kation elektrolita je u nizu napona nakon vodonika, zatim se metalni kationi reduciraju na katodi.
1.4. Otopina sadrži katione različitih metala, a zatim se preuzeti metalni kation obnavlja, stojeći u nizu napona

Ova pravila su prikazana na slici 10.

2. Proces na anodi zavisi od materijala anode i od prirode anode (Shema 11).

2.1. Ako je anoda otopljena (gvožđe, cink, bakar, srebro i svi metali koji se oksidiraju tokom elektrolize), onda se anodni metal oksidira, bez obzira na prirodu anjona. 2.2. Ako se anoda ne otopi (naziva se inertna - grafit, zlato, platina), tada:
a) prilikom elektrolize rastvora soli anoksičnih kiselina (prome fluorida), anjon se oksidira na anodi;
b) pri elektrolizi rastvora soli kiseline koja sadrži kiseonik i fluorida na anodi dolazi do procesa oksidacije vode. Anioni se ne oksidiraju, ostaju u otopini;

Elektroliza talina i rastvora supstanci ima široku primenu u industriji:

1. Za dobijanje metala (aluminijum, magnezijum, natrijum, kadmijum se dobijaju samo elektrolizom).
2. Za dobijanje vodonika, halogena, alkalija.
3. Za prečišćavanje metala - rafiniranje (prečišćavanje bakra, nikla, olova vrši se elektrohemijskom metodom).
4. Za zaštitu metala od korozije - nanošenje zaštitnih premaza u vidu tankog sloja drugog metala koji je otporan na koroziju (hrom, nikl, bakar, srebro, zlato) - galvanizacija.
5. Pribavljanje metalnih kopija, zapisa - galvanizacija.

Praktični zadatak

1. Kako je struktura metala povezana sa njihovom lokacijom u glavnim i sekundarnim podgrupama Periodnog sistema hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva?
2. Zašto alkalni i zemnoalkalni metali imaju jedno oksidaciono stanje u jedinjenjima: (+1) i (+2), respektivno, dok metali sekundarnih podgrupa, po pravilu, pokazuju različita oksidaciona stanja u jedinjenjima?
3. Koja oksidaciona stanja mangan može pokazati? Koji oksidi hidrokende odgovaraju manganu u ovim oksidacionim stanjima? Kakav je njihov karakter?
4. Uporedite elektronsku strukturu atoma elemenata VII grupe: mangana i hlora. Objasniti razliku u njihovim hemijskim svojstvima i prisustvo različitih stepena oksidacije atoma u oba elementa.
5. Zašto položaj metala u elektrohemijskom nizu napona ne odgovara uvek njihovom položaju u Periodnom sistemu D. I. Mendeljejeva?
9. Napravite jednačine za reakcije natrijuma i magnezijuma sa sirćetnom kiselinom. U kom slučaju i zašto će brzina reakcije biti brža?
11. Koje metode dobijanja metala poznajete? Šta je suština svih metoda?
14. Šta je korozija? Koje vrste korozije poznajete? Koji od njih je fizički i hemijski proces?
15. Da li se korozijom mogu smatrati sledeći procesi: a) oksidacija gvožđa tokom elektro zavarivanja, b) interakcija cinka sa hlorovodoničnom kiselinom u dobijanju nagrizane kiseline za lemljenje? Dajte obrazložen odgovor.
17. Proizvod mangana je u vodi i ne dolazi u kontakt sa bakrenim proizvodom. Hoće li oba ostati nepromijenjena?
18. Hoće li željezna konstrukcija biti zaštićena od elektrohemijske korozije u vodi ako se na njoj ukrade ploča drugog metala: a) magnezijuma, b) olova, c) nikla?
19. Za koju svrhu se površina rezervoara za skladištenje naftnih derivata (benzin, kerozin) farba srebrom – mješavinom aluminijumskog praha sa nekim od biljnih ulja?
20. Na površini zakiseljenog tla okućnice nalaze se željezne cijevi sa umetnutim mesinganim slavinama. Šta će korodirati: cijev yiyang slavina? Gdje je destrukcija najizraženija?
21. Koja je razlika između elektrolize taline i elektrolize vodenih rastvora?
22*. Koji metali se mogu dobiti elektrolizom talina njihovih soli, a ne mogu se dobiti elektrolizom vodenih otopina ovih tvari?
23*. Napravite jednadžbe za elektrolizu barijum hlorida u: a) rastopini, b) rastvoru
28. U rastvor koji sadrži 27 g bakar (II) hlorida, dodato je 1-4 g gvozdenih strugotina. Koja je masa bakra oslobođena kao rezultat ove reakcije?
Odgovor: 12,8 g.
29. Koja se masa cink sulfata može dobiti reakcijom viška cinka sa 500 ml 20% rastvora sumporne kiseline gustine 1,14 g/ml?
Odgovor: 187.3
31. Prilikom obrade 8 g mješavine magnezijuma i magnezijum oksida sa hlorovodoničnom kiselinom, oslobođeno je 5,6 litara vodonika (n, w.). Šta je maseni udio(u %) JUN u originalnoj smjesi?
Odgovor: 75%.
34. Odrediti maseni udio (u procentima) ugljika u čeliku (legura željeza sa ugljikom), ako je pri sagorijevanju njegovog uzorka težine 10 g u struji kisika prikupljeno 0,28 l ugljičnog oksida (ÍV) (n.a.) .
Odgovor: 1,5%.
35. Uzorak natrijuma težine 0,5 g stavljen je u vodu. Ni na neutralizaciju dobijenog rastvora nije utrošeno 29,2 g 1,5% hlorovodonične kiseline. Koliki je maseni udio (u procentima) natrijuma u uzorku?
Odgovor: 55,2%.
36. Legura bakra i aluminijuma tretirana je suviškom rastvora natrijum hidroksida i oslobođen je gas zapremine 1.344 litara (n.a.), ostatak nakon reakcije je rastvoren u azotnoj kiselini, zatim je rastvor uparen i kalcinirano na konstantnu masu, za koju se ispostavilo da je sastav legure od 0,4 g? Odgovor: 1,08 g Al 0,32 g Cu ili 77,14% Al 22,86% Cu.
37. Koja se masa livenog gvožđa koji sadrži 94% gvožđa može dobiti iz 1 tone rude crvenog gvožđa (Fe2O3) koja sadrži 20% nečistoća?
Odgovor: 595,74 kg.

Metali u prirodi

Ako ste pažljivo proučavali hemiju u prethodnim razredima, onda znate da periodni sistem ima više od devedeset vrsta metala, a otprilike šezdeset ih se može naći u prirodno okruženje.

Prirodni metali mogu se grubo podijeliti u sljedeće grupe:

Metali koji se mogu naći u prirodi u slobodnom obliku;
metali koji se javljaju u obliku spojeva;
metali koji se mogu naći u mješoviti oblik, odnosno mogu biti u slobodnom obliku i u obliku spojeva.

Za razliku od drugih hemijskih elemenata, metali se u prirodi često nalaze u obliku jednostavnih supstanci. Obično imaju matičnu državu. Takvi metali, koji su predstavljeni u obliku jednostavnih supstanci, uključuju zlato, srebro, bakar, platinu, živu i druge.

Ali nisu svi metali koji se nalaze u prirodnom okruženju predstavljeni u prirodnom stanju. Neki metali se mogu naći u obliku jedinjenja i nazivaju se minerali.

Osim toga, takvi kemijski elementi kao što su srebro, živa i bakar mogu se naći i u prirodnom stanju i u obliku spojeva.

Svi oni minerali iz kojih se kasnije mogu dobiti metali nazivaju se rudama. U prirodi postoje rude, koje uključuju željezo. Ovo jedinjenje se naziva željezna ruda. A ako sastav sadrži bakar, ali u skladu s tim, takav spoj se naziva bakrenom rudom.

Naravno, najčešći u prirodi su metali koji aktivno stupaju u interakciju s kisikom i sumporom. Zovu se metalni oksidi i sulfidi.

Jedan takav uobičajeni element koji formira metal je aluminijum. Aluminij se nalazi u glini, a također se nalazi u dragom kamenju kao što su safir i rubin.

Drugi najpopularniji i najrašireniji metal je željezo. U prirodi se obično nalazi u obliku jedinjenja, a u svom prirodnom obliku može se naći samo u sastavu meteoritnog kamenja.

Sljedeći najčešći u prirodnom okruženju, odnosno u zemljinoj kori, su metali poput magnezijuma, kalcijuma, natrijuma, kalijuma.

Držeći novčiće u ruci, vjerovatno ste primijetili da iz njih izbija karakterističan miris. Ali, ispostavilo se da to nije miris metala, već miris koji dolazi od spojeva koji nastaju kada metal dođe u kontakt sa ljudskim znojem.

Jeste li znali da u Švicarskoj postoji proizvodnja zlatnih poluga u obliku čokoladice, koje se mogu izlomiti na kriške i koristiti kao poklon ili sredstvo plaćanja? Kompanija proizvodi takve čokoladice od zlata, srebra, platine i paladijuma. Ako se takva pločica razbije na kriške, tada svaka od njih teži samo jedan gram.

Pa ipak, takva metalna legura kao nitinol ima prilično zanimljivo svojstvo. Jedinstven je po tome što ima memorijski efekat i, kada se zagrije, deformirani proizvod napravljen od ove legure može se vratiti u svoj izvorni oblik. Takvi osebujni materijali s takozvanom memorijom koriste se za proizvodnju čahura. Imaju sposobnost skupljanja na niskim temperaturama, a na sobnoj temperaturi ove čahure se ispravljaju i ova veza je još pouzdanija od zavarivanja. A ovaj fenomen nastaje zbog činjenice da ove legure imaju termoelastičnu strukturu.

Jeste li se ikada zapitali zašto je uobičajeno da se zlatnom nakitu doda legura srebra ili bakra? Ispostavilo se da je to zato što je čisto zlato vrlo mekano i lako se ogrebe čak i noktom.