Metallid, mis ei läigi. Metallide saamise meetodid

Teate, et enamik keemilisi elemente on klassifitseeritud metallideks – 92 114-st teadaolevast elemendist.

Metallid - see on keemilised elemendid, mille aatomid loovutavad elektrone välisest (ja osa eelvälimisest) elektronide kihist, muutudes positiivseteks ioonideks.

Selle metalliaatomite omaduse, nagu teate, määrab asjaolu, et nende väliskihil on suhteliselt suured raadiused ja väike arv elektrone (peamiselt 1 kuni 3).

Ainsad erandid on 6 metalli: germaaniumi, tina, plii aatomitel väliskihil on 4 elektroni, antimoni aatomitel, vismuti aatomitel -5, polooniumi aatomitel - 6.

Metalli aatomeid iseloomustavad väikesed elektronegatiivsuse väärtused (0,7 kuni 1,9) ja ainult taastavad omadused, see tähendab elektronide loovutamise võimet.

Te juba teate, et D. I. Mendelejevi keemiliste elementide perioodilises tabelis on metallid boor-astatiini diagonaalist allpool, mina olen ka külgmistes alarühmades selle kohal. Perioodides ja savi alarühmades on metallilisuse muutumises teile teadaolevad seaduspärasused ja sellest tulenevalt ka elementide aatomite redutseerivad omadused.

Boor-astaatdiagonaali lähedal asuvatel keemilistel elementidel on kaks omadust: mõnes ühendis käituvad nad nagu metallid, teistes aga mittemetallide omadused.

Kõrvalrühmades suurenevad metallide redutseerivad omadused seerianumber kõige sagedamini väheneb. Võrrelge teile teadaoleva kõrvalalarühma I rühma metallide aktiivsust: Cu, Ag, Au; Teisese alarühma II rühm - ja näete ise.

Mängivad keemilistest elementidest moodustunud lihtained - metallid ja komplekssed metalli sisaldavad ained oluline roll maa mineraalses ja orgaanilises "elus". Piisab, kui meenutada, et metallielementide aatomid (mitteaatomid) on nende ühendite lahutamatu osa, mis määravad ainevahetuse inimeste, loomade ja taimede kehas.

Näiteks naatriumioonid reguleerivad veesisaldust organismis, ülekannet närviimpulss. Selle puudus põhjustab peavalu, nõrkust, halba mälu, isutust ja selle liig põhjustab vererõhu tõusu, hüpertensiooni ja südamehaigusi. Toitumiseksperdid soovitavad tarbida mitte rohkem kui 5 g (1 teelusikatäis) päevas. lauasool(NaCl) täiskasvanu kohta. Metallide mõju loomade ja taimede seisundile on toodud tabelis 16.

Lihtained – metallid
Tsivilisatsiooni tekkimine oli seotud metallide (lihtainete) ja sulamite tootmise arenguga (“ pronksiaeg", rauaaeg).

Joonisel 38 on kujutatud naatriummetalli kristallvõre skeem. Selles on iga naatriumiaatom ümbritsetud kaheksa naaberaatomiga. Naatriumi aatomitel, nagu kõigil metallidel, on palju vabu valentsorbitaale ja vähe valentselektrone.

Naatriumi aatomi ainuke valentselektron Zs 1 võib hõivata ükskõik millise üheksast vabast orbitaalist, kuna need ei erine energiatasemelt palju. Aatomite lähenemisel üksteisele kristallvõre moodustumisel kattuvad naaberaatomite valentsorbitaalid, mille tõttu elektronid liiguvad vabalt ühelt orbitaalilt teisele, luues ühenduse metallikristalli kõigi aatomite vahel.

Seda tüüpi keemilist sidet nimetatakse metalliliseks sidemeks. Metallise sideme moodustavad elemendid, mille väliskihi aatomitel on võrreldes valentselektronidega vähe suur hulk välised energeetiliselt lähedased orbitaalid. Nende valentselektronid on aatomis nõrgalt hoitud. Ühendust teostavad elektronid on sotsialiseerunud ja liiguvad neutraalse metalli kui terviku kristallvõres.

Ained koos metalliline side metallist kristallvõred on omased, mis tavaliselt kujutavad skemaatilist tiikpuu, nagu on näidatud joonisel, sõlmedeks on katioonid ja metalliaatomid. Jagatud elektronid tõmbavad elektrostaatiliselt enda poole nende kristallvõre sõlmedes paiknevaid metallikatione, tagades selle stabiilsuse ja tugevuse (jagatud elektronid on kujutatud mustade väikeste kuulidena).
Metalliline side on metallide ja sulamite side kristallvõre sõlmedes paiknevate metalliaatomite ioonide vahel, mille teostavad sotsialiseeritud valentselektronid.

Mõned metallid kristalliseeruvad kahes või enamas kristallilises vormis. Seda ainete omadust – esineda mitmes kristallilises modifikatsioonis – nimetatakse polümorfismiks. Lihtainete polümorfism on teile tuntud kui allotroopia.

Tinal on kaks kristallilist modifikatsiooni:
. alfa - stabiilne alla 13,2 ºС tihedusega р - 5,74 g/cm3. See on hall tina. Sellel on kristallvõre teemandi tüüp (aatomi):
. betta - stabiilne üle 13,2 ºС tihedusega p - 6,55 g / cm3. See on valge tina.

Valge tina on väga pehme metall. Jahutades alla 13,2 ºС, mureneb see halliks pulbriks, kuna üleminekul | 1 » n selle erimaht suureneb oluliselt. Seda nähtust nimetatakse tinakatkuks. Loomulikult peaks need määrama ja selgitama keemilise sideme eritüüp ja metallide kristallvõre tüüp. füüsikalised omadused.

Mis need on? Need on metalliline läige, plastilisus, kõrge elektrijuhtivus ja soojusjuhtivus, elektritakistuse suurenemine temperatuuri tõusuga, aga ka sellised praktiliselt olulised omadused nagu tihedus, sulamis- ja keemistemperatuurid, kõvadus ja magnetilised omadused.
Proovime selgitada põhjuseid, mis määravad metallide füüsikalised põhiomadused. Miks on metallid plastist?

Mehaaniline toime metallkristallvõrega kristallile põhjustab ioonide aatomite kihtide nihkumist üksteise suhtes, kuna elektronid liiguvad läbi kristalli, sidemed ei katke, seetõttu iseloomustab metalle suurem plastilisus.

Sarnane mõju tahke kovalentsete sidemetega (aatomi kristallvõre) viib purunemiseni kovalentsed sidemed. Sidemete katkemine ioonvõres põhjustab sarnase laenguga ioonide vastastikust tõrjumist (joonis 40). Seetõttu on aatom- ja ioonkristallvõrega ained haprad.

Kõige plastilisemad metallid on Au, Af, Cu, Sn, Pb, Zn. Neid saab kergesti tõmmata traadiks, mida saab sepistada, pressida, lehtedeks rullida. Näiteks kullast saab valmistada 0,008 nm paksuse kuldfooliumi ja 0,5 g sellest metallist saab tõmmata 1 km pikkuse niidi.

Isegi elavhõbe, mis, nagu teate, on toatemperatuuril vedel, madalad temperatuurid i tahkis muutub tempermalmist nagu plii. Ainult Bi ja Mn ei oma plastilisust, nad on rabedad.

Miks on metallidel iseloomulik läige ja need on ka läbipaistmatud?
Elektronid, mis täidavad aatomitevahelise ruumi, peegeldavad valguskiiri (ja ei lase läbi, nagu klaas) ja enamik metalle võrdselt hajutada kõik spektri nähtava osa kiired. Seetõttu on neil hõbedane valge või halli värvi. Strontsium, kuld ja vask rohkem neelavad lühilaineid (lähedal lilla) ja peegeldavad valguse spektri pikki lainepikkusi, nii et neil on vastavalt helekollane, kollane ja vask värv.

Kuigi praktikas, teate, ei tundu metall meile alati kerge kehana. Esiteks võib selle pind oksüdeeruda ja kaotada oma sära. Seetõttu näeb kohalik vask välja nagu rohekas kivi. Ja teiseks ja puhas metall ei pruugi särada. Väga õhukesed hõbe- ja kullalehed on täiesti ootamatu välimusega – neil on sinakasroheline värv. Ja peened metallipulbrid tunduvad tumehallid, isegi mustad.

Hõbeda, alumiiniumi, pallaadiumi peegeldusvõime on kõrgeim. Neid kasutatakse peeglite, sealhulgas prožektorite valmistamisel.
Miks on metallidel kõrge elektrijuhtivus ja soojusjuhtivus?

Kaootiliselt liikuvad elektronid metallis rakendatud elektripinge mõjul omandavad suunatud liikumise, st juhivad elektrivoolu. Meta-lehe temperatuuri tõusuga suurenevad kristallvõre sõlmedes paiknevate aatomite ja ioonide vibratsiooni amplituudid. See raskendab elektronide liikumist ja metalli elektrijuhtivus väheneb. Madalatel temperatuuridel võnkuv liikumine, vastupidi, oluliselt väheneb ja metallide elektrijuhtivus suureneb järsult. Absoluutse nulli lähedal metallides praktiliselt puudub takistus ja ülijuhtivus ilmneb enamikus metallides.

Tuleb märkida, et elektrijuhtivusega mittemetallid (näiteks grafiit) ei juhi madalatel temperatuuridel elektrivoolu elektrivoolu puudumise tõttu. vabad elektronid. Ja ainult temperatuuri tõusuga ja mõne kovalentse sideme hävimisega hakkab nende elektrijuhtivus suurenema.

Suurima elektrijuhtivusega on hõbe, vask, aga ka kuld, alumiinium, madalaim mangaan, plii ja elavhõbe.

Kõige sagedamini muutub metallide soojusjuhtivus sama regulaarsusega kui elektrijuhtivus.

Need on tingitud vabade elektronide suurest liikuvusest, mis põrkudes kokku vibreerivate ioonide ja aatomitega, vahetavad nendega energiat. Seetõttu on kogu metallitükis temperatuur ühtlustunud.

Metallide mehaaniline tugevus, tihedus, sulamistemperatuur on väga erinevad. Veelgi enam, ioone-aatomeid siduvate elektronide arvu suurenemisega ja aatomitevahelise kauguse vähenemisega kristallides suurenevad nende omaduste näitajad.

Niisiis, leelismetallid, mille aatomitel on üks valentselektron, on pehmed (lõigatud noaga), madala tihedusega (liitium on kergeim metall p - 0,53 g / cm3) ja sulavad, kui mitte kõrged temperatuurid(näiteks tseesiumi sulamistemperatuur on 29 °C). Ainus metall, mis on vedel normaalsetes tingimustes. - elavhõbe - selle sulamistemperatuur on 38,9 "C.

Kaltsium, millel on kaks elektroni, mis pole kumbki välist energia tase aatomitega, on palju kõvem ja sulab kõrgemal temperatuuril (842ºC).

Veelgi kaarekujulisem on skandiumi aatomitest moodustatud kristallvõre, millel on kolm valentselektroni.

Kuid kõige tugevamad kristallvõred, kõrged tihedused ja sulamistemperatuurid on V, VI, VII, VIII rühmade sekundaarsete alarühmade metallidel. Seda selgitab. et külgmiste alarühmade metallidele, millel on d-alatasemel salvestamata valentselektronid, on lisaks metallilisele iseloomulik väga tugevate kovalentsete sidemete moodustumine aatomite vahel, mida viivad läbi väliskihi elektronid s-orbitaalidelt.

Pidage meeles, et kõige raskem metall on osmium (ülikõvade ja kulumiskindlate sulamite komponent), kõige tulekindlam metall on volfram (kasutatakse lambifilamentide valmistamiseks), kõige kõvem metall on kroom Cr (kriibib klaasi). Need on osa materjalidest, millest valmistatakse metallilõiketööriistu, raskete masinate piduriklotse jne.

Metallid erinevad üksteisest magnetväljad. Kuid see märk on jagatud kolme rühma:
. ferromagnetiline Võimaldab magnetiseerida isegi nõrkade magnetväljade mõjul (raud - alfa vorm, koobalt, nikkel, gadoliinium);

Paramagnetilistel on nõrk magnetiseerimisvõime (alumiinium, kroom, titaan, peaaegu kõik lantaniidid);

Diamagnetilised ei tõmba magneti külge, isegi tõrjuvad sellest veidi eemale (tina, luitunud, vismut).

Tuletame meelde, et metallide elektroonilise struktuuri kaalumisel jagasime metallid põhialarühmade metallideks (k- ja p-elemendid) ja sekundaarsete alarühmade metallideks.

Inseneritöös on tavaks klassifitseerida metalle erinevate füüsikaliste omaduste järgi:

a) tihedus - valgus (lk< 5 г/см3) и тяжелые (все остальные);

b) sulamistemperatuur - sulav ja tulekindel.

Keemiliste omaduste järgi on olemas metallide klassifikatsioonid.
Madala keemilise aktiivsusega metalle nimetatakse üllasteks (hõbe, kuld, plaatina ja selle analoogid - osmium, iriidium, ruteenium, pallaadium, roodium).
Keemiliste omaduste läheduse järgi eristatakse leelismetalle (I rühma metallid peamine alarühm), leelismuldmetallid (kaltsium, strontsium, baarium, raadium), aga ka haruldased muldmetallid (skandium, ütrium, lantaan ja lantaniidid, aktiinium ja aktiniidid).

Metallide üldised keemilised omadused
Metalli aatomid loovutavad valentselektronid suhteliselt kergesti ja lähevad üle positiivselt laetud nondeks ehk oksüdeeruvad. See, nagu teate, on peamine ühisvara ja aatomid ja lihtained-metallid.

Keemilistes reaktsioonides esinevad metallid on alati redutseerijad. D. I. Mendelejevi perioodilise süsteemi ühe perioodi keemiliste elementide või ühe peamise alarühma keemiliste elementide moodustatud lihtsate ainete - metallide - aatomite redutseerimisvõime muutub loomulikult.

Metalli redutseeriv aktiivsus vesilahustes toimuvates keemilistes reaktsioonides peegeldab selle positsiooni metalli pingete elektrokeemilises reas.

1. Mida vasakpoolsem on selles reas metall, seda tugevam on redutseerija.
2. Iga metall suudab lahuses olevatest sooladest välja tõrjuda (taastada) neid metalle, mis on pingereas pärast seda (paremal).
3. Metallid, mis on pingete jadas vesinikust vasakul, suudavad seda lahuses olevatest hapetest välja tõrjuda.
4. Metallid, mis on tugevaimad redutseerijad (leelis- ja leelismuldmuld), interakteeruvad mis tahes vesilahustes peamiselt veega.

Metalli redutseeriv aktiivsus, mis on määratud elektrokeemiliste ridade põhjal, ei vasta alati selle positsioonile perioodilises tabelis. Seda selgitab. Et metalli asukoha määramisel pingereas ei võeta arvesse mitte ainult elektronide üksikutelt aatomitelt eraldumise energiat, vaid ka kristallvõre hävimisele kuluvat energiat, aga ka selle käigus vabanevat energiat. ioonide hüdratsioon.

Olles kaalunud üldsätted iseloomustades metallide redutseerivaid omadusi, liigume edasi konkreetsete keemiliste reaktsioonide juurde.

Koostoime lihtsate mittemetalliliste ainetega
1. Hapnikuga moodustab enamik metalle oksiide – aluselisi ja amfoteerseid.

Liitium ja leelismuldmetallid reageerivad õhuhapnikuga, moodustades aluselisi oksiide.
2. Halogeenidega moodustavad metallid vesinikhalogeniidhapete sooli.

3. Vesinikuga moodustavad kõige aktiivsemad metallid hüdriide – ioonsoolasid, ühed levinud ained, milles vesiniku oksüdatsiooniaste on -1, näiteks: kaltsiumhüdriid.

4. Metallid moodustavad väävliga sooli – sulfiidid.

5. Metallid reageerivad lämmastikuga mõnevõrra raskemini, kuna lämmastikumolekulis Г^r on keemiline side väga tugev ja tekivad nitriidid. Tavalistel temperatuuridel interakteerub ainult liitium lämmastikuga.
Koostoime keeruliste ainetega
1. Veega. Leelis- ja leelismuldmetallid tõrjuvad normaalsetes tingimustes veest välja vesiniku ja moodustavad lahustuvaid leelisaluseid.

Teised metallid, mis seisavad pingereas kuni vesinikuni, võivad samuti teatud tingimustel vesinikku veest välja tõrjuda. Kuid alumiinium suhtleb ägedalt veega ainult siis, kui selle pinnalt eemaldatakse oksiidkile.
Magneesium interakteerub veega ainult keemisel, samuti eraldub vesinik. Kui veele lisatakse põlevat magneesiumi, siis põlemine jätkub reaktsiooni kulgedes: vesinik põleb. Raud suhtleb veega ainult kuumutamisel.
2. Metallid, mis on pingereas kuni vesinikuni, interakteeruvad lahuses olevate hapetega. See toodab soola ja vesinikku. Kuid plii (ja mõned teised metallid), vaatamata oma positsioonile pingereas (vesinikust vasakul), peaaegu ei lahustu lahjendatud väävelhappes, kuna tekkiv pliisulfaat PbSO on lahustumatu ja loob metalli pinnale kaitsekile. .

3. Lahuses olevate vähemaktiivsete metallide sooladega. Selle reaktsiooni tulemusena tekib rohkem soola aktiivne metall ja vähemaktiivne metall vabaneb vabal kujul.

4. C orgaaniline aine. Koostoime orgaaniliste hapetega on sarnane reaktsioonidele mineraalhapetega. Alkoholid võivad näidata nõrkust happelised omadused leelismetallidega suhtlemisel.
Metallid osalevad reaktsioonides haloalkaanidega, mida kasutatakse madalamate tsükloalkaanide saamiseks ja sünteesiks, mille käigus muutub molekuli süsiniku karkass keerulisemaks (A. Wurtzi reaktsioon):

5. Metallid, mille hüdroksiidid on amfoteersed, interakteeruvad lahuses leelistega.
6. Metallid võivad tekkida keemilised ühendid omavahel, mis said üldnimetuse - intermetallilised ühendid. Need ei näita enamasti aatomite oksüdatsiooniasteid, mis on iseloomulikud metallide ja mittemetallide ühenditele.

Intermetallilised ühendid ei ole tavaliselt püsiva koostisega, keemiline side neis on peamiselt metalliline. Nende ühendite moodustumine on tüüpilisem sekundaarsete alarühmade metallidele.

Metallioksiidid ja -hüdroksiidid
Tüüpiliste metallide moodustatud oksiidid liigitatakse soola moodustavateks, oma omadustelt aluseliseks.

Mõnede metallide oksiidid ja hüdroksiidid on amfoteersed, see tähendab, et neil võivad olla nii aluselised kui ka happelised omadused, olenevalt ainetest, millega nad interakteeruvad.

Näiteks:

Paljud sekundaarsete alarühmade metallid, millel on ühendites muutuv oksüdatsiooniaste, võivad moodustada mitmeid oksiide ja hüdroksiide, mille olemus sõltub metalli oksüdatsiooniastmest.

Näiteks ühendites sisalduval kroomil on kolm oksüdatsiooniastet: +2, +3, +6, mistõttu see moodustab kolm oksiidide ja hüdroksiidide seeriat ning oksüdatsiooniastme suurenemisega happeline iseloom suureneb ja aluseline iseloom nõrgeneb.

Metallide korrosioon
Kui metallid interakteeruvad ainetega keskkond nende pinnal tekivad ühendid, millel on täiesti erinevad omadused kui metallidel endil. Tavapäraselt kasutame sageli sõnu "rooste", "roostetamine", nähes rauast ja selle sulamitest valmistatud toodetel pruunikaspunast katet. Roostetamine on tavaline korrosiooni vorm.

Korrosioon- see on metallide ja sulamite spontaanse hävimise protsess väliskeskkonna mõjul (alates lat. - korrosioon).

Peaaegu kõik metallid aga hävivad, mille tagajärjel paljud nende omadused halvenevad (või kaovad täielikult): väheneb tugevus, elastsus, läige, väheneb elektrijuhtivus ja suureneb hõõrdumine liikuvate masinaosade vahel, muutuvad osade mõõtmed, jne.

Metallide korrosioon võib olla pidev ja lokaalne.

Kõige levinumad korrosioonitüübid on keemiline ja elektrokeemiline.

I. Keemiline korrosioon tekib mittejuhtivas keskkonnas. Seda tüüpi korrosioon avaldub metallide koosmõjul kuivade gaaside või vedelikega - mitteelektrolüütidega (bensiin, petrooleum jne) Mootorite, gaasiturbiinide, raketiheitjate osad ja komponendid alluvad sellisele hävitamisele. Metallide töötlemisel kõrgel temperatuuril täheldatakse sageli keemilist korrosiooni.

Enamik metalle oksüdeeritakse õhuhapniku toimel, moodustades pinnale oksiidkiled. Kui see kile on tugev, tihe, metalliga hästi seotud, kaitseb see metalli edasise hävimise eest. Rauas on see lahtine, poorne, kergesti pinnast eraldatav ja seetõttu ei suuda metalli kaitsta edasise hävimise eest.

II. Elektrokeemiline korrosioon tekib juhtivas keskkonnas (elektrolüüdis) süsteemi sees elektrivool. Reeglina on metallid ja sulamid heterogeensed ja sisaldavad mitmesuguseid lisandeid. Kui need puutuvad kokku elektrolüütidega, hakkavad mõned pinna osad täitma anoodi rolli (annetavad elektrone), teised aga katoodi rolli (vastuvõtvad elektrone).

Ühel juhul täheldatakse gaasi eraldumist (Hg). Teises - rooste moodustumine.

Niisiis on elektrokeemiline korrosioon reaktsioon, mis toimub voolu juhtivas keskkonnas (erinevalt keemilisest korrosioonist). Protsess toimub kahe metalli kokkupuutel või metalli pinnal, mis sisaldab vähemaktiivseid juhte (see võib olla ka mittemetall).

Anoodil (aktiivsem metall) metalliaatomid oksüdeeritakse, moodustades katioone (lahustumine).

Katoodil (vähem aktiivne juht) redutseeritakse vesiniku ioonid või hapniku molekulid, moodustades vastavalt H2 või OH-hüdroksiidi ioonid.

Vesinikkatioonid ja lahustunud hapnik on kõige olulisemad elektrokeemilist korrosiooni põhjustavad oksüdeerivad ained.

Mida suurem on korrosioonikiirus, seda enam erinevad metallid (metall ja lisandid) oma aktiivsuselt (metallide puhul, mida kaugemal nad pingereas paiknevad). Korrosioon suureneb oluliselt temperatuuri tõustes.

Elektrolüüt võib olla merevesi, jõevesi, kondenseerunud niiskus ja loomulikult tuntud elektrolüüdid – soolade, hapete, leeliste lahused.

Ilmselt mäletate, et talvel kasutatakse kõnniteedelt lume ja jää eemaldamiseks tehnilist soola (naatriumkloriid, mõnikord kaltsiumkloriid jne) - Saadud lahused voolavad kanalisatsioonitorudesse, tekitades seeläbi soodne keskkond maa-aluste kommunaalteenuste elektrokeemiliseks korrosiooniks.

Korrosioonikaitse meetodid
Juba metallkonstruktsioonide projekteerimisel nähakse nende valmistamisel ette meetmed korrosiooni eest kaitsmiseks.

1. Toote pindade lihvimine, et niiskus neile ei jääks.

2. Spetsiaalseid lisandeid sisaldavate legeeritud sulamite kasutamine: kroom, nikkel, mis kõrgel temperatuuril moodustavad metalli pinnale stabiilse oksiidikihi. Tuntud on legeerterased - roostevabad terased, millest valmistatakse majapidamistarbeid (kestaga kahvlid, lusikad), masinaosi, tööriistu.

3. Kaitsekatete pealekandmine. Mõelge nende tüüpidele.

Mittemetallilised - mitteoksüdeerivad õlid, spetsiaalsed lakid, värvid. Tõsi, need on lühiajalised, kuid odavad.

Keemilised – kunstlikult loodud pinnakiled: oksiid, sidrun, silitsiid, polümeer jne. Näiteks kõik väikerelvad Paljude täppisinstrumentide detailid on poleeritud – see on protsess, mille käigus saadakse terase pinnale kõige õhem raudoksiidide kile toode. Saadud tehisoksiidkile on väga vastupidav ja annab tootele kauni musta värvi ja sinise varjundi. Polümeerkatted on valmistatud polüetüleenist, polüvinüülkloriidist, polüamiidvaikudest. Neid rakendatakse kahel viisil: kuumutatud toode asetatakse polümeeripulbrisse, mis sulab ja keevitub metalli külge, või metalli pinda töödeldakse polümeeri lahusega madala temperatuuriga lahustis, mis kiiresti aurustub, ja polümeerkile. jääb tootele.

Metallkatted on katted teiste metallidega, mille pinnale moodustuvad oksüdeerivate ainete toimel stabiilsed kaitsekiled.

Kroomi pealekandmine pinnale – kroomimine, nikkel – nikeldamine, tsinkimine – tsinkimine, tina – tinatamine jne. Kate võib toimida ka keemiliselt passiivse metallina – kuld, hõbe, vask.

4. Elektrokeemilised meetodid kaitse.

Kaitsev (anoodne) - kaitstud metallkonstruktsiooni külge kinnitatakse aktiivsema metalli tükk (kaitse), mis toimib anoodina ja hävib elektrolüüdi juuresolekul. Magneesiumi, alumiiniumi, tsinki kasutatakse kaitsjana laevakerede, torustike, kaablite ja muude stiilsete toodete kaitsmisel;

Katood – katoodiga on ühendatud metallkonstruktsioon väline allikas vool, mis välistab selle anoodi hävimise võimaluse

5. Elektrolüüdi või kaitstud metallkonstruktsiooni asukoha keskkonna eritöötlus.

On teada, et Damaskuse käsitöölised katlakivi eemaldamiseks ja
roostes kasutatud väävelhappe lahuseid, millele on lisatud õllepärmi, jahu, tärklist. Need toovad ja olid esimeste inhibiitorite hulgas. Need ei lasknud happel relvametallile mõjuda, selle tulemusena lahustusid vaid katlakivi ja rooste. Uurali relvasepad kasutasid selleks marineerimissuppe - väävelhappe lahuseid jahukliide lisamisega.

Näited kaasaegsete inhibiitorite kasutamisest: transportimisel ja ladustamisel "taltsutatakse" vesinikkloriidhapet suurepäraselt butüülamiini derivaatidega. a väävelhape- lämmastikhape; sisse süstitakse lenduvat dietüülamiini mitmesugused võimsused. Pange tähele, et inhibiitorid toimivad ainult metallile, muutes selle keskkonna suhtes passiivseks, näiteks happelahuse suhtes. Teadusele on teada üle 5 tuhande korrosiooniinhibiitori.

Vees lahustunud hapniku eemaldamine (õhustamine). Seda protsessi kasutatakse katlajaamadesse siseneva vee ettevalmistamisel.

Metallide saamise meetodid
Metallide märkimisväärne keemiline aktiivsus (koostoime õhuhapniku, muude mittemetallide, vee, soolalahuste, hapetega) viib selleni, et neid leidub maakoores peamiselt ühendite kujul: oksiidid, sulfiidid, sulfaadid, kloriidid , karbonaadid jne.
Vabal kujul on metallid, mis paiknevad pingereas vesinikust paremal, kuigi palju sagedamini võib looduses leida vaske ja elavhõbedat ühendite kujul.

Mineraalid ja kivid, mis sisaldavad metalle ja nende ühendeid, millest puhaste metallide ekstraheerimine on tehniliselt võimalik ja majanduslikult otstarbekas, nimetatakse maakideks.

Metallide saamine maakidest on metallurgia ülesanne.
Metallurgia on ka teadus tööstuslikud meetodid metallide saamine maakidest. ja tööstussektoris.
Igasugune metallurgiline protsess on metalliioonide redutseerimise protsess erinevate redutseerivate ainete abil.

Selle protsessi rakendamiseks on vaja arvestada metalli aktiivsust, valida redutseerija, arvestada tehnoloogilist teostatavust, majanduslikke ja keskkonnategureid. Selle järgi on järgmistel viisidel metallide saamine: pürometallurgiline. hüdrometallurgiline, elektrometallurgiline.

Pürometallurgia- metallide taaskasutamine maakidest kõrgel temperatuuril, kasutades süsinikku, süsinikmonooksiidi (II). vesinik, metallid - alumiinium, magneesium.

Näiteks tina redutseeritakse kassiteriidist ja vask kupriidist kaltsineerimisel kivisöega (koksiga). Sulfiidmaagid röstitakse eelnevalt õhu juurdepääsuga ja seejärel redutseeritakse saadud oksiid kivisöega. Metallid eraldatakse ka karbonaadimaakidest söega pumpamise teel, kuna karbonaadid lagunevad kuumutamisel, muutudes oksiidideks ja viimased taandatakse kivisöega.
Hüdrometallurgia on metallide redutseerimine nendeks nende soolade kaudu lahuses. Protsess toimub 2 etapis: 1) looduslik ühend lahustatakse sobivas reagendis, et saada selle metalli soola lahus; 2) saadud lahusest tõrjutakse see metall välja aktiivsema vastu või taastatakse elektrolüüsi teel. Näiteks vase saamiseks maakidest, mis sisaldavad vaskoksiidi, CuO, töödeldakse seda lahjendatud väävelhappega.

Vask ekstraheeritakse soolalahusest kas elektrolüüsi teel või tõrjutakse sulfaadist välja rauaga. Sel viisil saadakse hõbedat, tsinki, molübdeeni, kulda, uraani.

Elektrometallurgia— metallide taaskasutamine nende ühendite lahuste või sulamite elektrolüüsil.

Elektrolüüs
Kui elektroodid lastakse elektrolüüdi lahusesse või sulatusse ja läbi lastakse alalisvool, siis ioonid liiguvad suunas: katioonid - katoodile (negatiivse laenguga elektrood), anioonid - anoodile (positiivselt laetud elektrood) .

Katoodil võtavad katioonid vastu elektrone ja redutseeritakse anoodil, anioonid loovutavad elektrone ja oksüdeeritakse. Seda protsessi nimetatakse elektrolüüsiks.
Elektrolüüs on redoksprotsess, mis toimub elektroodidel, kui elektrivool läbib elektrolüüdi lahust või lahust.

Selliste protsesside lihtsaim näide on sulasoolade elektrolüüs. Mõelge naatriumkloriidi sulami elektrolüüsi protsessile. Sulamis toimub termilise dissotsiatsiooni protsess. Elektrivoolu toimel liiguvad katioonid katoodi poole ja võtavad sealt vastu elektrone.
Katoodil moodustub metallnaatrium ja anoodil gaas kloor.

Peamine asi, mida meeles pidada, on see, et elektrolüüsi protsessis toimub elektrienergia tõttu keemiline reaktsioon, mis ei saa toimuda spontaanselt.

Keerulisem on olukord elektrolüütide lahuste elektrolüüsi puhul.

Soolalahuses on lisaks metalliioonidele ja happelisele jäägile veemolekulid. Seetõttu tuleb elektroodidel toimuvate protsesside kaalumisel arvestada nende osalemisega elektrolüüsis.

Elektrolüütide vesilahuste elektrolüüsiproduktide määramiseks kehtivad järgmised reeglid.

1. Katoodil toimuv protsess ei sõltu katoodi materjalist, millel see on valmistatud, vaid metalli (elektrolüüdi katiooni) asendist elektrokeemilises pingereas ja kui:
1.1. Elektrolüüdi katioon paikneb pingereas jada alguses (koos Al kaasa arvatud), seejärel toimub katoodil vee redutseerimise protsess (eraldub vesinik). Metalli katioonid ei redutseerita, need jäävad lahusesse.
1.2. Elektrolüüdi katioon on pingereas alumiiniumi ja vesiniku vahel, seejärel redutseeritakse katoodil nii metallide nooneid kui ka veemolekulid.

1.3. Elektrolüüdi katioon on pingereas pärast vesinikku, seejärel redutseeritakse katoodil metalli katioonid.
1.4. Lahus sisaldab erinevate metallide katioone, seejärel taastatakse allalaaditud metallikatioon, mis seisab pingereas
Need reeglid on näidatud joonisel 10.

2. Protsess anoodil oleneb anoodi materjalist ja anoodi olemusest (skeem 11).
2.1. Kui anood on lahustunud (raud, tsink, vask, hõbe ja kõik metallid, mis elektrolüüsi käigus oksüdeeruvad), siis anoodmetall oksüdeerub olenemata aniooni iseloomust. 2. Kui anood ei lahustu (seda nimetatakse inertseks - grafiit, kuld, plaatina), siis:
a) anoksiidhapete soolade (promefluoriidide) lahuste elektrolüüsil anioon oksüdeerub anoodil;
b) hapnikku sisaldava happe soolade ja fluoriidide lahuste elektrolüüsil anoodil toimub vee oksüdatsiooniprotsess. Anioonid ei oksüdeeru, nad jäävad lahusesse;

Tööstuses kasutatakse laialdaselt sulandite ja ainete lahuste elektrolüüsi:
1. Metallide saamiseks (alumiinium, magneesium, naatrium, kaadmium saadakse ainult elektrolüüsi teel).
2. Vesiniku, halogeenide, leeliste saamiseks.
3. Metallide puhastamiseks - rafineerimine (vase, nikli, plii puhastamine toimub elektrokeemilise meetodiga).
4. Metallide kaitsmine korrosiooni eest - kaitsekatete kandmine õhukese kihina muust korrosioonikindlast metallist (kroom, nikkel, vask, hõbe, kuld) - galvaniseerimine.

5. Metallist koopiate, plaatide saamine - galvaniseerimine.
1. Kuidas on metallide struktuur seotud nende paiknemisega D. I. Mendelejevi keemiliste elementide perioodilise tabeli põhi- ja sekundaaralarühmas?
2. Miks on leelis- ja leelismuldmetallidel ühendites üks oksüdatsiooniaste: vastavalt (+1) ja (+2) ning sekundaarsete alarühmade metallid esinevad reeglina ühendites erinevad kraadid oksüdatsioon? 8. Milliseid oksüdatsiooniastmeid võib esineda mangaanil? Millised oksiidid ja hüdroksiidid vastavad nendes oksüdatsiooniastmetes mangaanile? Mis on nende iseloom?
4. Võrrelge VII rühma elementide: mangaani ja kloori aatomite elektronstruktuuri. Selgitage nende erinevust keemilised omadused ja aatomite erineva oksüdatsiooniastme olemasolu mõlemas elemendis.
5. Miks ei vasta metallide asend elektrokeemilises pingereas alati nende asukohale D. I. Mendelejevi perioodilises süsteemis?
9. Kirjutage naatriumi ja magneesiumi reaktsioonide võrrandid äädikhape. Millisel juhul ja miks on reaktsioonikiirus kiirem?
11. Milliseid metallide saamise meetodeid teate? Mis on kõigi meetodite olemus?
14. Mis on korrosioon? Milliseid korrosiooni liike te teate? Milline neist on füüsikaline ja keemiline protsess?
15. Kas korrosiooniks võib lugeda järgmisi protsesse: a) raua oksüdatsioon elektrikeevitamisel, b) tsingi interaktsioon vesinikkloriidhappega jootmiseks söövitatud happe saamisel? Andke põhjendatud vastus.
17. Mangaanitoode on vees ja ei puutu vasetootega kokku. Kas mõlemad jäävad muutumatuks?
18. Kas raudkonstruktsioon on kaitstud vees elektrokeemilise korrosiooni eest, kui sellele tugevdatakse muust metallist plaati: a) magneesium, b) plii, c) nikkel?

19. Mis otstarbel värvitakse naftasaaduste (bensiin, petrooleum) hoidmiseks mõeldud mahutite pind hõbedaga - alumiiniumipulbri ja ühe taimeõlide seguga?

Koosneb ühe keemilise elemendi aatomitest. Perioodilises tabelis suurenevad elementide metallilised omadused paremalt vasakule. Kõik puhtad metallid (elementidena) on lihtained.

Kristalliline räni – pooljuht

fotoelektriline efekt

Eristage füüsikalist ja keemilist metalli omadused. AT üldine juhtum, on metallide omadused üsna mitmekesised. Eristada metalle aluseline, leelismuld, must, värviline, lantaniidid(või haruldaste muldmetallide – keemiliste omaduste poolest lähedased leelismuldmetallidele), aktiniidid(enamik neist on radioaktiivsed elemendid), üllas ja plaatina metallid. Lisaks on üksikutel metallidel nii metallilised kui ka mittemetallilised omadused. Sellised metallid on amfoteersed (või, nagu öeldakse, üleminekulised).

Peaaegu kõigil metallidel on mõned ühised omadused: metalliline läige, kristallvõre struktuur, võime avaldada keemilistes reaktsioonides redutseerija omadusi, oksüdeerides. Keemilistes reaktsioonides moodustavad lahustunud metallide ioonid hapetega interakteerudes sooli, veega interakteerudes (olenevalt metalli aktiivsusest) moodustavad nad leelise või aluse.

Miks metallid säravad?

Metallide kristallvõre sõlmed sisaldavad aatomeid. Aatomite ümber liikuvad elektronid moodustavad "elektrongaasi", mis võib vabalt erinevates suundades liikuda. See omadus seletab metallide kõrget elektri- ja soojusjuhtivust.

Elektrongaas peegeldab peaaegu kõiki valguskiiri. Seetõttu säravad metallid nii tugevalt ja enamasti on neil hall või valge värv. Sidemed üksikute metallikihtide vahel on väikesed, mis võimaldab neid kihte koormuse all erinevates suundades liigutada (teisisõnu metalli deformeerida). Puhas kuld on ainulaadne metall. Puhast kulda sepistades saab 0,002 mm paksuse fooliumi! selline õhuke metallileht on poolläbipaistev ja rohelise varjundiga, kui vaadata läbi selle päikesevalgusse.

Metallide elektrofüüsikalised omadused väljendatuna selle elektrijuhtivuse järgi. On üldtunnustatud, et kõigil metallidel on kõrge elektrijuhtivus st juhtige voolu hästi! Kuid see pole nii ja pealegi sõltub see kõik temperatuurist, mille juures voolu mõõdetakse. Kujutage ette metalli kristallvõre, milles vool edastatakse elektronide liikumisel. Elektronid liiguvad kristallvõre ühest sõlmest teise. Üks elektron "tõukab" võrekohast välja teise elektroni, mis jätkab liikumist teise võrekoha suunas jne. See tähendab, et elektrijuhtivus sõltub ka sellest, kui kergesti saavad elektronid võrekohtade vahel liikuda. Võime öelda, et metalli elektrijuhtivus sõltub sellest kristallstruktuur võre ja selles olevate osakeste paigutuse tihedus. Võre kohtade osakestel on võnkumised ja need võnked on seda suuremad, mida kõrgem on metalli temperatuur. Sellised vibratsioonid takistavad oluliselt elektronide liikumist kristallvõres. Seega, mida madalam on metalli temperatuur, seda suurem on selle võime voolu juhtida!

Sellest tuleneb kontseptsioon ülijuhtivus, mis esineb metallis absoluutse nulli lähedasel temperatuuril! Absoluutsel nullil (-273 0 C) on osakeste vibratsioonid metalli kristallvõres täielikult summutatud!

Metallide elektrofüüsikalised omadused voolu läbimisega seotud nimetatakse temperatuuri koefitsient elektritakistus!

Metallide elektrofüüsikalised omadused

Paigaldatud huvitav fakt et näiteks pliis (Pb) ja elavhõbedas (Hg) kaob absoluutsest nullist vaid paar kraadi kõrgemal temperatuuril elektritakistus peaaegu täielikult ehk siis saabub ülijuhtivuse seisund.

Suurima elektrijuhtivusega on hõbe (Ag), järgneb vask (Cu), millele järgneb kuld (Au) ja alumiinium (Al). Nende metallide kõrge elektrijuhtivus on seotud nende kasutamisega elektrotehnikas. Mõnikord kasutatakse keemilise vastupidavuse ja korrosioonivastaste omaduste tagamiseks kulda (kullatud kontaktid).

Tuleb märkida, et metallide elektrijuhtivus on palju suurem kui mittemetallide elektrijuhtivus. Näiteks süsiniku (C - grafiit) või räni (Si) elektrijuhtivus on 1000 korda väiksem kui näiteks elavhõbedal. Lisaks ei ole mittemetallid enamasti elektrijuhid. Kuid mittemetallide hulgas on pooljuhte: germaanium (Ge), kristalne räni, aga ka mõned oksiidid, fosfiidid (metalli keemilised ühendid fosforiga) ja sulfiidid (metalli ja väävli keemilised ühendid).

Ilmselt olete nähtusega tuttav – see on metallide omadus anda temperatuuri või valguse mõjul elektrone.

Mis puutub metallide soojusjuhtivusse, siis seda saab hinnata perioodilisuse tabeli järgi – see jaotub täpselt samamoodi nagu metallide elektronegatiivsus. (Kõige suurema elektronegatiivsusega on üleval vasakul olevad metallid, näiteks naatrium Na elektronegatiivsus on -2,76 V). Metallide soojusjuhtivus on omakorda seletatav vabade elektronide olemasoluga, mis kannavad soojusenergiat.

Metallid

Metallid on inimkonna peamiste looduslike materjalide hulgas.

Metallurgia -üks peamisi majandusharusid, mis määravad riigi majandusliku ja sõjalise potentsiaali. Luuakse uued soovitud omadustega sulamid, lisandina kasutatakse erinevaid metalle.

Umbes 80% kõigist teadaolevatest PSE keemilistest elementidest on metallid. Levinuimad metallid on: Al - 8,8%; Fe - 4,0%; Ca - 3,6%; Na - 2,64%; K - 2,6%; Mg - 2,1%; Ti - 0,64%.

Metalle iseloomustavad nende spetsiifilised omadused, mis eristavad neid metalloididest: plastilisus, kõrge soojus- ja elektrijuhtivus, kõvadus, enamiku metallide puhul kõrge sulamis- ja keemistemperatuur, metalliline läige.

Plastilisus nimetatakse metallide võimeks toime all välised jõud läbima deformatsiooni, mis jääb püsima ka pärast selle toimingu lõpetamist. Plastilisuse tõttu sepistatakse, valtsitakse, tembeldatakse metalle. Metallidel on erinev elastsus.

Metalliline läige. Metallide sile pind peegeldab valguskiiri. Mida vähem see neid kiiri neelab, seda suurem on metalliline läige. Vastavalt nende särale saab metallid paigutada järgmisesse ritta: Ag, Pd, Cu, Au, Al, Fe.

Peeglite tootmine põhineb sellel metallide omadusel.

Metalle iseloomustab ka kõrge soojus- ja elektrijuhtivus. Elektrijuhtivuse osas on esikohal Ag, Cu, Al.

Temperatuuri tõustes elektrijuhtivus väheneb., kuna ioonide võnkuv liikumine kristallvõre sõlmedes on tõhustatud, mis takistab elektronide suunatud liikumist.

Temperatuuri langedes suureneb elektrijuhtivus ja absoluutse nulli lähedases piirkonnas on paljudel metallidel ülijuhtivus.

Metallide füüsikaliste ja keemiliste omaduste ühisuse põhjus on seletatav nende aatomite struktuuri ja metallide kristallvõre olemusega.

Metalli aatomid on suuremad kui mittemetallid. Metalli aatomite väliselektronid eemaldatakse tuumast oluliselt ja on sellega nõrgalt seotud, seetõttu on metallidel madal ionisatsioonipotentsiaal (nad on redutseerijad).

Metallide spetsiifilised omadused - plastilisus, soojus- ja elektrijuhtivus, sära on seletatavad sellega, et metallidel on "vabad" elektronid, mis võivad liikuda läbi kogu kristalli.

Metalle iseloomustab metalliline side (selgitatakse MO-meetodi alusel).

Metallide füüsikalised omadused.

Kõik metallid, välja arvatud elavhõbe, on tavalisel temperatuuril tahked ained, millel on iseloomulik metalliline läige.

Enamiku metallide värvus on tumehallist hõbevalgeni. Kullal ja tseesiumil on kollane, täiesti puhas vask - heleroosa, mõned metallid on punaka varjundiga (vismut).

Metallide tihedus võib olla väga erinev; Näiteks Li tihedus = 0,53 g/cm3 (kõige kergem) ja Os on kõige raskem metall, 22,48 g/cm3.

Ühes analoogide alamrühmas suurenevad tiheduse väärtused reeglina koos aatomituuma laengu suurenemisega.

Inseneritöös klassifitseeritakse metallid tiheduse järgi: kerged, rasked, sulavad ja tulekindlad.

Looduses leidmine.

Looduses leidub metalle nii looduslikus olekus kui ka kujul mitmesugused ühendused. Looduslikus olekus on ainult keemiliselt mitteaktiivsed metallid - Pt, Ag, Au. Reaktiivseid metalle leidub ainult erinevate ühendite kujul - maagid

Maagid on: oksiid, sulfiid ja soolad.

Maak on eelrikastatud, st eraldatud aherainest. Kõige tavalisem meetod on flotatsioon, põhineb see mineraalide pinna erineval märguvusel vee poolt.

Maakide mineraalide kaevandamise meetodid määravad nende keemiline koostis. Kõik metallide saamise meetodid taandatakse oksüdatsiooni-redutseerimisreaktsioonideks.

Karbotermia. Selle metallide saamise meetodi puhul toimib süsinik redutseerijana - kõige odavam ja kõige kättesaadavam. Süsinik kasutatakse koksi kujul ja oksüdeeritud süsinik eemaldatakse kergesti CO2 kujul.

Süsinikku kasutatakse suhteliselt väheaktiivsete metallide redutseerimiseks: Fe, Cu, Zn, Pb.

Kui segu redutseeritakse süsinikuga rauamaak Cr-, Mo-, W- või Mn-oksiididega saadakse tööstuses sulameid, mis sisaldavad ligikaudu 70% neid metalle ja väga väikest kogust süsinikku. Need on ferrosulamid, mida kasutatakse spetsiaalsete legeerteraste tootmiseks. Süsiniku redutseerimiseks sobivad ainult oksiidid.

Sulfiidmaagid (tsink, plii, vask) allutatakse esmalt oksüdatiivsele kaltsineerimisele:

2ZnS + 2O2 → 2ZnO + SO2

Li, Ca, Ba samuti metallid III rühmi ei saa saada süsinikuga redutseerimisel, kuna need moodustavad karbiidid vahetult pärast eraldamist vabas olekus liigse süsinikuga.

Metalltermia. See põhineb ühe metalli (vähem aktiivse) tõrjumisel teise (aktiivsema) poolt vastavatest oksiididest, kloriididest, sulfiididest.

Tänu oma kõrgele afiinsusele hapniku suhtes on alumiinium väga hea metallioksiidide redutseerija. Protsessi nimetatakse aluminotermia.

Fe2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Fe

Aluminotermia teel saadakse ka teisi metalle (Mn, Cr, Ti), mida sisse ei saa puhtal kujul nende oksiidide redutseerimine kivisöega karbiidide moodustumise tõttu. Aluminotermilises reaktsioonis eraldub väga palju soojust lühikest aega mille tulemuseks on kõrge temperatuur.

Metallide elektrolüütiline või katoodne redutseerimine. Raskesti taastatavate metallide puhul kivisüsi redutseerijana ei sobi ja sel juhul kasutatakse katoodredutseerimist ehk eraldamist elektrolüüsi teel. Selliseid metalle võib vesi oksüdeerida, mistõttu nende ühendid ei elektrolüüsi mitte vesilahustes, vaid sulandites või muude lahustite lahustes.

Näiteks metallilised Na, K, Ba, Ca, Mg, Be saadakse vastavate kloriidide sulamite elektrolüüsil.

Kõrge puhtusastmega metallide saamine.

Seoses tehnoloogia kiire arenguga nõuti väga kõrge puhtusastmega metalle. Näiteks tuumareaktori usaldusväärseks tööks on vajalik, et lõhustuvates materjalides sisalduks selliseid lisandeid nagu boor, kaadmium jne koguses, mis ei ületaks miljondikprotsenti. Puhas tsirkoonium – üks parimaid tuumareaktorite konstruktsioonimaterjale – muutub selleks otstarbeks täiesti kõlbmatuks, kui sisaldab kasvõi vähesel määral hafniumi lisandit.

Destilleerimine vaakumis. See meetod põhineb puhastatava metalli ja selles sisalduvate lisandite erineval lenduvusel. Originaalmetall laaditakse vaakumpumbaga ühendatud spetsiaalsesse anumasse ja anumas tekib vaakum, misjärel Alumine osa anum kuumutatakse. Anuma külmadele osadele ladestuvad kas lisandid või puhas metall, olenevalt sellest, kumb on lenduvam.

Termiline lagunemine.

1. Karbonüülprotsess. Seda protsessi kasutatakse peamiselt puhta nikli ja puhta raua tootmiseks. Metalli sisaldavaid lisandeid kuumutatakse CO (süsinikmonooksiidi) juuresolekul ja tekkiv lenduv karbonüül destilleeritakse mittelenduvatest lisanditest. Karbonüülid lagunevad seejärel kõrgematel temperatuuridel, moodustades kõrge puhtusastmega metalle.

2. Joodi protsess võimaldab saada metalle nagu tsirkoonium, titaan.

3. Metalli puhastus(mis sisaldab tavaliselt lisanditena oksiidi) vaakumis, kuumutades seda elektrikaare abil väga kõrgele temperatuurile.

Tsooni sulamine. See meetod seisneb rafineerimata Saksamaa lati tõmbamises läbi kitsa ahju; tekkiv sulav tsoon, kui varras sellest läbi liigub, liigub seda mööda ja kannab kaasa lisandeid.

Seda protsessi mitu korda korrates on võimalik saavutada kõrge puhtusaste.

Metallide keemilised omadused.

Metallidel puudub võime elektrone vastu võtta, seetõttu on metallid redutseerivad ained. Metallide keemilise aktiivsuse mõõt on ionisatsioonienergia J.

Metalli oksüdeerijad võivad olla: elementaarsed ained, happed, vähemaktiivsete metallide soolad jne.

1. Koostoime elementaarainetega.

2. Koostoime hapetega:

a) Oksüdeeriv aine - H + ioon (HCl, H2SO4 (diff.) jne);

b) Oksüdeeriv happeanioon (selliste hapete hulka kuuluvad HNO3 ja H2SO4 (konts.);

c) koostoime veega;

d) koostoime leelistega;

e) Koostoime soolalahustega.

metallioksiidid

Kõik hapnikuaatomid on otseselt seotud metalliaatomitega ja ei ole omavahel seotud: Me * O2.

Metalloksiidide klassifikatsioon

Peamine - kõige aktiivsemate metallide oksiidid (s - I ja II rühma elemendid) - ioonside: Na2O, K2O, CaO, MgO jne.

Nende omadused: a) interakteeruvad hapetega; b) happeoksiididega; c) veega.

Amfoteersed oksiidid(vähem aktiivsed metallid ja d - elemendid): Al2O3, ZnO, Cr2O3 jne.

Nende omadused: a) vastastikmõju hapetega; b) koostoime leelistega.

Hape - madala aktiivsusega metallide oksiid kõrgemates oksüdatsiooniastmetes (CrO3, Mn2O7 jne). Nende omadused: a) interaktsioon veega, moodustades happeid; b) suhelda alustega (leelised).

Oksiidide omaduste muutumise olemus

Ühe perioodi jooksul toimub nõrgenemine põhiomadused amfoteerse ja happe võimendamise kaudu vasakult paremale.

Rühmas on sama elemendi omadustes sama muutus.

Oksiidide saamine.

1. Metallide otsene oksüdatsioon – põlemine.

Ca + O = CaO

4Na + O2 = 2Na2O

2. Sulfiidide oksüdatsioon.

ZnS + O2 = ZnO + SO2

3. Oksüdeerimine teiste elementide oksiididega, kui tekkiva oksiidi tekkesoojus on suurem kui originaali tekkesoojus (metallotermia).

Al + Cr2O3 = Cr + Al2O3 + Q

4. Vastavate hüdroksiidide dehüdratsioon.

Al(OH)3 Al2O3 + H2O

5. Karbonaatide, nitraatide, sulfaatide ja muude soolade termiline lagundamine.

CaCO3 CaO + CO2

metallide hüdroksiidid.

Klassifikatsioon: aluseline, amfoteerne, happeline (vastab oksiididele).

Omaduste muutumise olemus looduses on sarnane oksiididega.

2. lehekülg

Raual, vasel ja alumiiniumil on iseloomulik metalliline läige.

Uurides tahkeid aineid, millel puudub iseloomulik metalliline läige, märkame, et nende elektrijuhtivus on väga madal. Nende hulka kuuluvad ained, mida me nimetame ioonilisteks – naatriumkloriid, kaltsiumkloriid, hõbenitraat ja hõbekloriid, aga ka molekulaarsed kristallid, näiteks jää. Joonisel fig. 5-3, koosneb samadest molekulidest, mis eksisteerivad gaasifaasis, kuid on paigutatud kristallvõresse. Need halvad elektrivoolujuhid erinevad peaaegu kõigi omaduste poolest metallidest. Seega saab ainete klassifitseerimiseks kasutada elektrijuhtivust, mis on üks mõistlikumaid.

Lihtmetallideks nimetatakse kristalsed ained, millel on iseloomulik metalliline läige, head soojus- ja elektrivoolujuhid, mis on võimelised välisjõudude mõjul oma kuju muutma ja säilitama selle pärast koormuse eemaldamist ilma hävimismärkideta. Praegu teadaolevate keemiliste elementide koguarvust kaheksakümmend elementi on metallid. Levinumad metallid maakoores keemiliste ühendite kujul on alumiinium, raud, magneesium, kaalium, naatrium ja kaltsium. Puhtad metallid on tehnoloogias piiratud kasutusega, kuna need on looduses äärmiselt haruldased ja nende tootmine keemilistest ühenditest (maagid) on seotud suurte raskustega.

Vesinikkorrosiooni tagajärjel kaotab terase pind oma iseloomuliku metallilise läike ja muutub tuhmiks.

Polümeerid on peeneks hajutatud värvilised pulbrid, millel on iseloomulik metalliline läige ja mis lahustuvad ainult kontsentreeritud väävelhappes.

Kõik d - elemendid on iseloomuliku metallilise läikega metallid. Võrreldes s-metallidega on nende tugevus palju suurem.

Lahustumata jood moodustab selgelt nähtava kile, millel on iseloomulik metalliline läige (hõljub lahuse pinnal) või koguneb kolvi põhja mustade osakestena. Kuna joodilahus on värvitud intensiivselt punaseks ja peaaegu läbipaistmatuks, tuleb seda väga hoolikalt uurida, hoides kolbi vastu laes rippuvat eredat elektrilampi. Selleks peate seisma lambi all, hoides kolbi kõri ääres lambi ja näo vahel kaldus asendis, ning püüdma selles näha eredat lambi kujutist. Sellisel taustal on selgelt näha lahustumatud joodikristallid. Siis koonduvad mõlema aine kristallid ühte kohta ja joodikristallide ümber tekib kontsentreeritud KJ lahuse tsoon, milles jood kiiresti lahustub.

Kõik leelismetallid on hõbevalge värvusega ained, millel on iseloomulik metalliline läige, hea elektri- ja soojusjuhtivus, madalad sulamistemperatuurid ja suhteliselt madalad keemistemperatuurid, madal tihedus ja suur aatomite hulk. Auruolekus on nende molekulid üheaatomilised; ioonid on värvitud.

Välimuselt tumelillad, peaaegu mustad kristallid, millel on iseloomulik metalliline läige. See lahustub hästi vees. Kaaliumpermanganaat on üks tugevamaid oksüdeerivaid aineid, mis on selle desinfitseerivate omaduste põhjuseks.

Üldine teave metallide kohta

Teate, et enamik keemilisi elemente on klassifitseeritud metallideks – 92 114-st teadaolevast elemendist.

Metallid on keemilised elemendid, mille aatomid loovutavad elektrone välisest (ja osa välisest) elektronkihist, muutudes positiivseteks ioonideks.

Selle metalliaatomite omaduse, nagu teate, määrab asjaolu, et nende väliskihil on suhteliselt suured raadiused ja väike arv elektrone (peamiselt 1 kuni 3).

Ainsad erandid on 6 metalli: germaaniumi, tina, plii aatomitel väliskihil on 4 elektroni, antimoni aatomitel, vismuti aatomitel -5, polooniumi aatomitel - 6.

Metalliaatomeid iseloomustavad madalad elektronegatiivsuse väärtused (0,7 kuni 1,9) ja eranditult redutseerivad omadused, see tähendab võime elektrone loovutada.

Te juba teate, et D. I. Mendelejevi keemiliste elementide perioodilises tabelis on metallid boor-astatiini diagonaalist allpool, mina olen sellest kõrgemal ka sekundaarsetes alarühmades. Perioodides ja savi alarühmades on metallilisuse muutumises teile teadaolevad seaduspärasused ja sellest tulenevalt ka elementide aatomite redutseerivad omadused.

Boor-astatiini diagonaali lähedal asuvatel keemilistel elementidel on kaks omadust: mõnes ühendis käituvad nad nagu metallid, teistes aga mittemetallide omadused.

Sekundaarsetes alarühmades vähenevad metallide redutseerivad omadused kõige sagedamini seerianumbri suurenemisega. Võrrelge teile teadaoleva kõrvalalarühma I rühma metallide aktiivsust: Cu, Ag, Au; Teisese alarühma II rühm - ja näete ise.

Seda saab seletada asjaoluga, et valentselektronide sideme tugevust nende metallide aatomite tuumaga mõjutab rohkem tuuma laengu väärtus, mitte aatomi raadius. Tuuma laengu väärtus suureneb oluliselt, elektronide külgetõmbejõud tuumale suureneb. Sel juhul, kuigi aatomi raadius suureneb, ei ole see nii oluline kui põhialarühmade metallide oma.

Maa mineraal- ja orgaanilises "elus" mängivad olulist rolli keemilistest elementidest moodustunud lihtained - metallid ja komplekssed metalli sisaldavad ained. Piisab, kui meenutada, et metallielementide aatomid (mitteaatomid) on nende ühendite lahutamatu osa, mis määravad ainevahetuse inimeste, loomade ja taimede kehas. Näiteks inimverest leiti 76 elementi ja ainult 14 neist ei ole metallid. Inimese kehas on mõned metallielemendid (kaltsium, kaalium, naatrium, magneesium). suurel hulgal, see tähendab, et need on makrotoitained. Ja metallid, nagu kroom, mangaan, raud, koobalt, vask, tsink, molübdeen, on väikestes kogustes, see tähendab, et need on mikroelemendid. Kui inimene kaalub 70 kg, siis tema keha sisaldab (grammides): kaltsiumi - 1700, kaaliumi - 250, naatriumi - 70, magneesiumi - 42, rauda - 5. tsink - 3. Kõik metallid on ülimalt olulised, tekivad terviseprobleemid ja nende puuduses ja liialduses.

Näiteks naatriumioonid reguleerivad veesisaldust organismis, närviimpulsside ülekandmist. Selle puudus põhjustab peavalu, nõrkust, halba mälu, isutust ja selle liig põhjustab vererõhu tõusu, hüpertensiooni ja südamehaigusi. Toitumiseksperdid soovitavad tarbida mitte rohkem kui 5 g (1 teelusikatäis) lauasoola (NaCl) täiskasvanu kohta päevas. Metallide mõju loomade ja taimede seisundile on toodud tabelis 16.

Lihtained – metallid

Metallide (lihtainete) ja sulamite tootmise arenguga seostus tsivilisatsiooni teke (“pronksiaeg”, rauaaeg).

Algas umbes 100 aastat tagasi teaduslik ja tehnoloogiline revolutsioon mis mõjutavad nii tööstust kui sotsiaalsfäär, on samuti tihedalt seotud metallide tootmisega. Volframi, molübdeeni, titaani ja teiste metallide baasil hakati looma korrosioonikindlaid ülikõvasid tulekindlaid sulameid, mille kasutamine avardas oluliselt masinaehituse võimalusi. tuuma- ja kosmosetehnoloogia volframi ja reeniumi sulameid kasutatakse osade valmistamiseks, mis töötavad temperatuuril kuni 3000 ºС. meditsiinis kasutatakse tantaali ja plaatina sulamitest valmistatud kirurgilisi instrumente, ainulaadset titaani ja tsirkooniumoksiidi baasil valmistatud keraamikat.

Ja muidugi ei tasu unustada, et enamikes sulamites kasutatakse tuntud metallirauda (joonis 37) ning paljude kergsulamite aluseks on suhteliselt “noored” metallid: alumiinium ja magneesium.

Komposiitmaterjalid, näiteks polümeer või keraamika, mis on sees (nagu raudvarrastega betoon) tugevdatud metallkiududega, mis võivad olla valmistatud volframist, molübdeenist, terasest ja muudest metallidest ja sulamitest, on muutunud supernoovadeks – kõik sõltub eesmärk, mis on vajalik selle materjali omaduste saavutamiseks.

Teil on juba ettekujutus metallikristallide keemilise sideme olemusest. Tuletage meelde ühe neist - naatriumi - näitel, kuidas see moodustub.
Joonisel 38 on kujutatud naatriummetalli kristallvõre skeem. Selles on iga naatriumiaatom ümbritsetud kaheksa naaberaatomiga. Naatriumi aatomitel, nagu kõigil metallidel, on palju vabu valentsorbitaale ja vähe valentselektrone.

Naatriumi aatomi ainuke valentselektron Zs 1 võib hõivata ükskõik millise üheksast vabast orbitaalist, kuna need ei erine energiatasemelt palju. Aatomite lähenemisel üksteisele kristallvõre moodustumisel kattuvad naaberaatomite valentsorbitaalid, mille tõttu elektronid ei liigu vabalt ühelt orbitaalilt teisele, luues ühenduse metallikristalli kõigi aatomite vahel.

Seda tüüpi keemilist sidet nimetatakse metalliliseks sidemeks. Metallise sideme moodustavad elemendid, mille väliskihi aatomitel on vähe valentselektrone, võrreldes suure hulga väliste energeetiliselt lähedaste orbitaalidega. Nende valentselektronid on aatomis nõrgalt hoitud. Ühendust teostavad elektronid on sotsialiseerunud ja liiguvad neutraalse metalli kui terviku kristallvõres.

Metallilise sidemega aineid iseloomustavad metallilised kristallvõred, mis on tavaliselt skemaatiliselt kujutatud puugina, nagu on näidatud joonisel, sõlmedeks on katioonid ja metalliaatomid. Jagatud elektronid tõmbavad elektrostaatiliselt enda poole nende kristallvõre läheduses paiknevaid metallikatione, tagades selle stabiilsuse ja tugevuse (jagatud elektronid on kujutatud väikeste mustade kuulidena).

Metalliline side on metallide ja sulamite side kristallvõres paiknevate metalliaatomite ioonide vahel, mille teostavad sotsialiseerunud valentselektronid.

Tinal on kaks kristallilist modifikatsiooni:
alfa - stabiilne alla 13,2 ºС tihedusega р - 5,74 g/cm3. See on hall tina. Sellel on almaav (aatomi) kristallvõre:
betta - stabiilne üle 13,2 ºС tihedusega p - 6,55 g / cm3. See on valge tina.

Valge tina on väga pehme metall. Jahutades alla 13,2 ºС, mureneb see halliks pulbriks, kuna üleminekul | 1 » n selle erimaht suureneb oluliselt. Seda nähtust nimetatakse tinakatkuks. Muidugi peaksid nende füüsikalised omadused määrama ja selgitama spetsiaalset tüüpi keemiline side ja metallide kristallvõre tüüp.

Proovime selgitada põhjuseid, mis määravad metallide füüsikalised põhiomadused. Miks on metallid plastist?

Sarnane toime konnline sidemetega tahkele ainele (aatomi kristallvõre) viib kovalentsete sidemete katkemiseni. Sidemete katkemine ioonvõres põhjustab sarnase laenguga ioonide vastastikust tõrjumist (joonis 40). Seetõttu on aatom- ja ioonkristallvõrega ained haprad.

Isegi elavhõbe, mis teatavasti on toatemperatuuril vedel, muutub tahkes olekus madalal temperatuuril tempermalmist nagu plii. Ainult Bi ja Mn ei oma plastilisust, nad on rabedad.

Miks on metallidel iseloomulik läige ja need on ka läbipaistmatud?

Aatomitevahelise ruumi täitvad elektronid peegeldavad valguskiiri (ja ei lase läbi, nagu klaas) ja enamik metalle hajutab võrdselt kõik spektri nähtava osa kiired. Seetõttu on neil hõbevalge või hall värv. Strontsium, kuld ja vask neelavad suuremal määral lühikesi lainepikkusi (violetsele lähedale) ja peegeldavad valgusspektri pikki lainepikkusi, seetõttu on neil vastavalt helekollane, kollane ja vaskvärv.

Kuigi praktikas, teate, ei tundu metall meile alati kerge kehana. Esiteks võib selle pind oksüdeeruda ja kaotada oma sära. Seetõttu näeb kohalik vask välja nagu rohekas kivi. Ja teiseks, isegi puhas metall ei pruugi särada. Väga õhukesed hõbe- ja kullalehed on täiesti ootamatu välimusega – neil on sinakasroheline värv. Ja peened metallipulbrid tunduvad tumehallid, isegi mustad.

Hõbeda, alumiiniumi, pallaadiumi peegeldusvõime on kõrgeim. Neid kasutatakse peeglite, sealhulgas prožektorite valmistamisel.

Miks on metallidel kõrge elektrijuhtivus ja soojusjuhtivus?

Tuleb märkida, et elektrijuhtivusega mittemetallid (näiteks grafiit) ei juhi madalatel temperatuuridel vabade elektronide puudumise tõttu elektrivoolu. Ja ainult temperatuuri tõusuga ja mõne kovalentse sideme hävimisega hakkab nende elektrijuhtivus suurenema.

Suurima elektrijuhtivusega on hõbe, vask, aga ka kuld, alumiinium, madalaim mangaan, plii ja elavhõbe.

Kõige sagedamini muutub metallide soojusjuhtivus sama regulaarsusega kui elektrijuhtivus.

Need on tingitud vabade elektronide suurest liikuvusest, mis põrkudes kokku vibreerivate ioonide ja aatomitega, vahetavad nendega energiat. Seetõttu on kogu metallitükis temperatuur ühtlustunud.

Metallide mehaaniline tugevus, tihedus, sulamistemperatuur on väga erinevad. Veelgi enam, oekgronite arvu suurenemisega. ioon-aatomeid sidudes ja aatomitevahelist kaugust kristallides vähendades nende omaduste näitajad suurenevad.

Niisiis on leelismetallid, mille aatomitel on üks valentselektron, pehmed (lõigatud noaga), madala tihedusega (liitium on kergeim metall p - 0,53 g / cm3) ja sulavad madalal temperatuuril (näiteks sulamistemperatuur tseesiumi temperatuur on 29 °C) Ainsa metalli, mis on tavatingimustes vedel – elavhõbeda – sulamistemperatuur on 38,9 °C.

Kaltsium, millel on aatomite välisel energiatasemel kaks elektroni, on palju kõvem ja sulab kõrgemal temperatuuril (842ºC).

Veelgi kaarekujulisem on skandiumi aatomitest moodustatud kristallvõre, millel on kolm valentselektroni.

Kuid kõige tugevamad kristallvõred, kõrged tihedused ja sulamistemperatuurid on täheldatud V, VI, VII, MP rühmade sekundaarsete alarühmade metallidel. Seda selgitab. et külgmiste alarühmade metallidele, millel on d-alatasemel salvestamata valentselektronid, on lisaks metallilisele iseloomulik väga tugevate kovalentsete sidemete moodustumine aatomite vahel, mida viivad läbi väliskihi elektronid s-orbitaalidelt.

Metallid erinevad magnetväljade poolest. Kuid see märk on jagatud kolme rühma:

Ferromagnetiline Võimalik magnetiseerida isegi nõrkade magnetväljade mõjul (raud - alfa vorm, koobalt, nikkel, gadoliinium);

Paramagnetilistel on nõrk magnetiseerimisvõime (alumiinium, kroom, titaan, peaaegu kõik lantaniidid);

Diamagnetilised ei tõmba magneti külge, isegi tõrjuvad sellest veidi eemale (tina, luitunud, vismut).

Tuletame meelde, et metallide elektroonilise struktuuri kaalumisel jagasime metallid põhialarühmade metallideks (k- ja p-elemendid) ja sekundaarsete alarühmade metallideks.

Inseneritöös on tavaks klassifitseerida metalle erinevate füüsikaliste omaduste järgi:

a) tihedus - valgus (lk< 5 г/см3) и тяжелые (все остальные);
b) sulamistemperatuur - sulav ja tulekindel.

Metallide klassifikatsioon keemiliste omaduste järgi

Madala keemilise aktiivsusega metalle nimetatakse üllasteks (hõbe, kuld, plaatina ja selle analoogid - osmium, iriidium, ruteenium, pallaadium, roodium).
Vastavalt keemiliste omaduste lähedusele on leelised (põhialarühma I rühma metallid), leelismuldmetallid (kaltsium, strontsium, baarium, raadium), aga ka haruldased muldmetallid (skandium, ütrium, lantaan ja lantaniidid, aktiinium ja aktiniidid) eristatakse.

Metallide üldised keemilised omadused

Metalli aatomid loovutavad valentselektronid suhteliselt kergesti ja lähevad üle positiivselt laetud nondeks ehk oksüdeeruvad. See, nagu teate, on nii aatomite kui ka lihtsate metallainete peamine ühine omadus.

Metalli redutseeriv aktiivsus vesilahustes toimuvates keemilistes reaktsioonides peegeldab selle positsiooni metalli pingete elektrokeemilises reas.

1. Mida vasakpoolsem on selles reas metall, seda tugevam on redutseerija.
2. Iga metall on võimeline tõrjuma (taastama) ja on lahuses soolane neid metalle, mis on pingereas pärast seda (paremal).
3. Metallid, mis on pingete jadas vesinikust vasakul, suudavad seda lahuses olevatest hapetest välja tõrjuda.
4. Metallid, mis on tugevaimad redutseerijad (leelis- ja leelismuldmuld), interakteeruvad mis tahes vesilahustes peamiselt veega.

Näiteks liitium on vesilahustes aktiivsem kui naatrium (kuigi Na on perioodilises tabelis oma positsiooni poolest aktiivsem metall). Fakt on see, et Li+ ioonide hüdratatsioonienergia on palju suurem kui Na+ ioonide hüdratatsioonienergia. seetõttu on esimene protsess energeetiliselt soodsam.
Võttes arvesse metallide redutseerivaid omadusi iseloomustavaid üldsätteid, pöördume spetsiifiliste keemiliste reaktsioonide poole.

Koostoime lihtsate mittemetalliliste ainetega

1. Hapnikuga moodustab enamik metalle oksiide – aluselisi ja amfoterpiaid. Happeliste siirdemetallide oksiidid, nagu kroomoksiid või mangaanoksiid, ei moodustu metalli otsesel oksüdeerimisel hapnikuga. Nad saavad kaudselt.

Leelismetallid Na, K reageerivad aktiivselt õhuhapnikuga, moodustades peroksiide.

Naatriumoksiidi saadakse kaudselt, kaltsineerides peroksiide vastavate metallidega:

Liitium ja leelismuldmetallid reageerivad õhuhapnikuga, moodustades aluselisi oksiide.

Teised metallid, välja arvatud kuld- ja plaatinametallid, mida õhuhapnik üldse ei oksüdeeri, interakteeruvad sellega vähem aktiivselt või kuumutamisel.

2. Halogeenidega moodustavad metallid vesinikhalogeniidhapete sooli.

3. Vesinikuga moodustavad kõige aktiivsemad metallid hüdriide - ioonsooli, mis on üks levinumaid aineid, milles vesiniku oksüdatsiooniaste on -1, näiteks:
kaltsiumhüdriid.

Paljud siirdemetallid moodustavad vesinikuga hüdriide. eritüüp- toimub mingi vesiniku lahustumine või sisseviimine metallide kristallvõresse aatomite ja ioonide vahel, samal ajal kui metall säilitab oma välimus, kuid maht suureneb. Absorbeeritud vesinik on metallis, ilmselt aatomi kujul. Samuti on vahepealsed metallhüdriidid.

4. Metallid moodustavad väävliga sooli – sulfiidid.

Koostoime keeruliste ainetega

1. Veega. Leelis- ja leelismuldmetallid tõrjuvad normaalsetes tingimustes veest välja vesiniku ja moodustavad lahustuvaid leelisaluseid.

Magneesium interakteerub veega ainult keemisel, samuti eraldub vesinik. Kui veele lisatakse põlevat magneesiumi, siis põlemine jätkub reaktsiooni kulgedes: vesinik põleb. Raud suhtleb veega ainult kuumutamisel.

2. Metallid, mis on pingereas kuni vesinikuni, interakteeruvad lahuses olevate hapetega. See toodab soola ja vesinikku. Kuid plii (ja mõned teised metallid), vaatamata oma positsioonile pingereas (vesinikust vasakul), peaaegu ei lahustu lahjendatud väävelhappes, kuna tekkiv pliisulfaat PbSO on lahustumatu ja loob metalli pinnale kaitsekile. .

3. Lahuses olevate vähemaktiivsete metallide sooladega. Sellise reaktsiooni tulemusena moodustub aktiivsema metalli sool ja vähemaktiivne metall vabaneb vabal kujul.

Tuleb meeles pidada, et reaktsioon kulgeb juhtudel, kui saadud sool on lahustuv. Metallide väljatõrjumist nende ühenditest teiste metallide poolt uuris kõigepealt üksikasjalikult väljapaistev vene füüsikakeemik N. N. Beketov. Ta paigutas metallid nende keemilise aktiivsuse järgi "ekspressiivsesse seeriasse", millest sai metallide pingete jada prototüüp.

4. Orgaaniliste ainetega. Koostoime orgaaniliste hapetega on sarnane reaktsioonidele mineraalhapetega. Alkoholid seevastu võivad avaldada leelismetallidega suhtlemisel nõrgad happelised omadused.

Metallid osalevad reaktsioonides haloalkaanidega, mida kasutatakse madalamate tsükloalkaanide saamiseks ja sünteesiks, mille käigus muutub molekuli süsiniku karkass keerulisemaks (A. Wurtzi reaktsioon):

5. Metallid, mille hüdroksiidid on amfoteersed, interakteeruvad lahuses leelistega.

6. Metallid võivad moodustada omavahel keemilisi ühendeid, mida ühiselt nimetatakse intermetallilisteks ühenditeks. Need ei näita enamasti aatomite oksüdatsiooniasteid, mis on iseloomulikud metallide ja mittemetallide ühenditele.

Intermetallilised ühendid ei ole tavaliselt püsiva koostisega, keemiline side neis on peamiselt metalliline. Nende ühendite moodustumine on tüüpilisem sekundaarsete alarühmade metallidele.

Metallioksiidid ja -hüdroksiidid

Tüüpiliste metallide moodustatud oksiidid liigitatakse soola moodustavateks, oma omadustelt aluseliseks. Nagu teate, vastavad need hüdroksiididele. mis on alused, mis leelis- ja leelismuldmetallide puhul vees lahustuvad, on tugevad elektrolüüdid ja neid nimetatakse leelisteks.

Mõnede metallide oksiidid ja hüdroksiidid on amfoteersed, see tähendab, et neil võivad olla nii aluselised kui ka happelised omadused, olenevalt ainetest, millega nad interakteeruvad.

Näiteks:

Paljud sekundaarsete alarühmade metallid, millel on ühendites muutuv oksüdatsiooniaste, võivad moodustada mitmeid oksiide ja hüdroksiide, mille olemus sõltub metalli oksüdatsiooniastmest.

Näiteks ühendites sisalduval kroomil on kolm oksüdatsiooniastet: +2, +3, +6, mistõttu see moodustab kolm oksiidide ja hüdroksiidide seeriat ning oksüdatsiooniastme tõusuga suureneb happeline iseloom ja nõrgeneb aluseline iseloom.

Metallide korrosioon

Kui metallid interakteeruvad keskkonna ainetega, tekivad nende pinnale ühendid, millel on täiesti erinevad omadused kui metallidel endil. Tavapäraselt kasutame sageli sõnu "rooste", "roostetamine", nähes rauast ja selle sulamitest valmistatud toodetel pruunikaspunast katet. Roostetamine on tavaline korrosiooni vorm.

Korrosioon on metallide spontaanse hävimise protsess ja praeguse keskkonna plekk mitte) aliaishm (lat. - söövitav).

Peaaegu kõik metallid läbivad aga hävimise, mille tagajärjel halvenevad (või kaovad täielikult) paljud nende omadused: väheneb tugevus, elastsus, läige, väheneb elektrijuhtivus, suureneb ka hõõrdumine masina liikuvate osade vahel, osade mõõtmed. muuta jne.

Metallide korrosioon võib olla pidev ja lokaalne.

Nerven ei ole nii ohtlik kui teine, selle ilminguid saab konstruktsioonide ja aparatuuri projekteerimisel arvestada. Lokaalne korrosioon on palju ohtlikum, kuigi metallikaod võivad siin olla väikesed. Üks selle ohtlikumaid tüüpe on punkt. Need seisnevad läbivate kahjustuste, st punktiõõnsuste - süvendite tekkes, samal ajal kui üksikute sektsioonide tugevus väheneb, konstruktsioonide, seadmete ja struktuuride töökindlus väheneb.

Metallide korrosioon põhjustab suurt majanduslikku kahju. Torujuhtmete, masinaosade, laevade, sildade ja mitmesuguste seadmete hävimise tagajärjel kannab inimkond tohutuid materiaalseid kaotusi.

Korrosioon toob kaasa metallkonstruktsioonide töökindluse vähenemise Arvestades võimalikku hävimist, on vaja osade toodete (näiteks lennukiosad, turbiinilabad) tugevust üle hinnata, mis tähendab metallikulu suurenemist ja see nõuab täiendavat ökonoomsust. kulud.

Korrosioon toob kaasa tootmisseisakuid rikki läinud seadmete väljavahetamise tõttu, tooraine ja toodete kadu halo-, nafta- ja veetorustike hävimise tagajärjel. Ei saa arvestamata jätta naftasaaduste jm lekkimisest põhjustatud kahju loodusele ja seega ka inimeste tervisele. keemilised ained. Korrosioon võib põhjustada toodete saastumist ja sellest tulenevalt nende kvaliteedi langust. Korrosiooniga seotud kahjude hüvitamise kulud on tohutud. Need moodustavad umbes 30% kogu maailma aastasest metallide toodangust.

Öeldust järeldub, et oluline küsimus on leida viise, kuidas kaitsta metalle ja sulameid korrosiooni eest.

Need on väga mitmekesised. Kuid nende valimiseks on vaja teada ja arvestada korrosiooniprotsesside keemilist olemust.

Aga keemiline olemus Korrosioon on redoksprotsess. Olenevalt keskkonnast, kus see esineb, on mitut tüüpi korrosiooni.

Kõige levinumad korrosioonitüübid on keemiline ja elektrokeemiline.

II. Elektrokeemiline korrosioon toimub juhtivas keskkonnas (elektrolüüdis) koos elektrivoolu ilmnemisega süsteemi sees. Reeglina on metallid ja sulamid heterogeensed ja sisaldavad mitmesuguseid lisandeid. Kui need puutuvad kokku elektrolüütidega, hakkavad mõned pinnaosad täitma anoodi rolli (annetavad elektrone), teised aga toimivad katoodina (vastuvõtvad elektrone).

Ühel juhul täheldatakse gaasi eraldumist (Hg). Teises - rooste moodustumine.

Seega on elektrokeemiline korrosioon reaktsioon, mis toimub voolu juhtivas keskkonnas (erinevalt keemilisest korrosioonist). Protsess toimub kahe metalli kokkupuutel või metalli pinnal, mis sisaldab vähemaktiivseid juhte (see võib olla ka mittemetall).

Anoodil (aktiivsem metall) metalliaatomid oksüdeeritakse, moodustades katioone (lahustumine).

Katoodil (vähem aktiivne juht) redutseeritakse vesiniku ioonid või hapniku molekulid, moodustades vastavalt H2 või OH-hüdroksiidi ioonid.

Vesinikkatioonid ja lahustunud hapnik on kõige olulisemad elektrokeemilist korrosiooni põhjustavad oksüdeerivad ained.

Elektrolüüdiks võib olla merevesi, jõevesi, kondenseerunud niiskus ja loomulikult tuntud elektrolüüdid – soolade, hapete, leeliste lahused.

Ilmselgelt mäletate, et talvel kasutatakse kõnniteedelt lume ja jää eemaldamiseks tehnilist soola (naatriumkloriid, mõnikord kaltsiumkloriid jne), mille tulemusena tekkivad lahused voolavad kanalisatsioonitorustikku, luues seeläbi soodsa keskkonna maa-aluste kommunaalteenuste elektrokeemiliseks korrosiooniks.

Korrosioonikaitse meetodid

Juba metallkonstruktsioonide projekteerimisel nähakse nende valmistamisel ette meetmed korrosiooni eest kaitsmiseks.

1. Toote pindade lihvimine, et niiskus neile ei jääks.
2. Spetsiaalseid lisandeid sisaldavate legeeritud sulamite kasutamine: kroom, nikkel, mis kõrgel temperatuuril moodustavad metalli pinnale stabiilse oksiidikihi. Tuntud on legeerterased - roostevabad terased, millest valmistatakse majapidamistarbeid (kestaga kahvlid, lusikad), masinaosi, tööriistu.
3. Kaitsekatete pealekandmine.

Mõelge nende tüüpidele.

Mittemetallilised - mitteoksüdeerivad õlid, spetsiaalsed lakid, värvid. Tõsi, need on lühiajalised, kuid odavad.

Keemiline – kunstlikult loodud pinnakiled: oksiid, sidrun, silitsiid, polümeer jne. Näiteks kõik väikerelvad Paljude täppisinstrumentide osad on poleeritud – see on protsess, mille käigus saadakse terase pinnale kõige õhem raudoksiidide kile. toode. Saadud tehisoksiidkile on väga vastupidav ja annab tootele kauni musta värvi ja sinise varjundi. Polümeerkatted on valmistatud polüetüleenist, polüvinüülkloriidist, polüamiidvaikudest. Neid rakendatakse kahel viisil: kuumutatud toode asetatakse polümeeripulbrisse, mis sulab ja keevitub metalli külge, või metalli pinda töödeldakse polümeeri lahusega madala temperatuuriga lahustis, mis kiiresti aurustub, ja polümeerkile. jääb tootele.

Metallkatted on katted teiste metallidega, mille pinnale moodustuvad oksüdeerivate ainete toimel stabiilsed kaitsekiled.

Kroomi pealekandmine pinnale – kroomimine, nikkel – nikeldamine, tsinkimine – tsinkimine, tina – tinatamine jne. Katteks võib olla ka keemiliselt passiivne metall – kuld, hõbe, vask.

4. Elektrokeemilised kaitsemeetodid.

Katood - metallkonstruktsioon on ühendatud välise vooluallika katoodiga, mis välistab selle anoodi hävimise võimaluse

5. Elektrolüüdi või kaitstud metallkonstruktsiooni asukoha keskkonna eritöötlus.

On teada, et Damaskuse käsitöölised katlakivi eemaldamiseks ja
roostes kasutatud väävelhappe lahuseid, millele on lisatud õllepärmi, jahu, tärklist. Need toovad ja olid esimeste inhibiitorite hulgas. Need ei lasknud happel relvametallile mõjuda, selle tulemusena lahustusid vaid katlakivi ja rooste. Uurali relvasepad kasutasid nendel eesmärkidel marineerimissuppe - väävelhappe lahuseid jahukliide lisamisega.

Näited kaasaegsete inhibiitorite kasutamisest: transportimisel ja ladustamisel "taltsutatakse" vesinikkloriidhapet suurepäraselt butüülamiini derivaatidega. ja väävelhape - lämmastikhape; lenduvat dietüülamiini süstitakse erinevatesse mahutitesse. Pange tähele, et inhibiitorid toimivad ainult metallile, muutes selle keskkonna suhtes passiivseks, näiteks happelahuse suhtes. Teadusele on teada üle 5 tuhande korrosiooniinhibiitori.

Vees lahustunud hapniku eemaldamine (õhustamine). Seda protsessi kasutatakse katlajaamadesse siseneva vee ettevalmistamisel.

Metallide saamise meetodid

Metallide märkimisväärne keemiline aktiivsus (koostoime õhuhapniku, muude mittemetallide, vee, soolalahuste, hapetega) viib selleni, et neid leidub maakoores peamiselt ühendite kujul: oksiidid, sulfiidid, sulfaadid, kloriidid , karbonaadid jne.

Vabal kujul on metallid, mis paiknevad pingereas vesinikust paremal, kuigi palju sagedamini võib looduses leida vaske ja elavhõbedat ühendite kujul.

Maagiks nimetatakse metalle ja nende ühendeid sisaldavaid mineraale ja kivimeid, millest puhaste metallide eraldamine on tehniliselt võimalik ja majanduslikult otstarbekas.

Metallide saamine maakidest on metallurgia ülesanne.
Metallurgia on ka teadus tööstuslike meetodite kohta metallide saamiseks maakidest. ja tööstussektoris.
Igasugune metallurgiline protsess on metalliioonide redutseerimise protsess erinevate redutseerivate ainete abil.

Selle protsessi rakendamiseks on vaja arvestada metalli aktiivsust, valida redutseerija, arvestada tehnoloogilist teostatavust, majanduslikke ja keskkonnategureid. Vastavalt sellele on metallide saamiseks järgmised meetodid: pürometallurgiline. hüdrometallurgiline, elektrometallurgiline.

Pürometallurgia on metallide taastamine maakidest kõrgel temperatuuril süsiniku, süsinikmonooksiidi (II) abil. vesinik, metallid - alumiinium, magneesium.

Hüdrometallurgia on metallide redutseerimine lahuses nende sooladeks. Protsess toimub kahes etapis:

1) looduslik ühend lahustatakse sobivas reagendis, et saada selle metalli soola lahus;
2) see metall tõrjutakse saadud lahusest välja aktiivsemaga või taastatakse elektrolüüsi teel. Näiteks vase saamiseks vaskoksiidi (CuO) sisaldavate maakide jaoks töödeldakse seda lahjendatud väävelhappega.

Seejärel eemaldatakse vask soolalahusest kas elektrolüüsi teel või asendades sulfaadi rauaga. Sel viisil saadakse hõbedat, tsinki, molübdeeni, kulda, uraani.

Elektrometallurgia on metallide redutseerimine nende ühendite lahuste või sulamite elektrolüüsi protsessis.

Elektrolüüs

Kui elektroodid lastakse elektrolüüdi lahusesse või sulatusse ja läbi lastakse alalisvool, siis ioonid liiguvad suunas: katioonid - katoodile (negatiivse laenguga elektrood), anioonid - anoodile (positiivselt laetud elektrood) .

Katoodil võtavad katioonid vastu elektrone ja redutseeritakse anoodil, anioonid loovutavad elektrone ja oksüdeeritakse. Seda protsessi nimetatakse elektrolüüsiks.
Elektrolüüs on oksüdatsiooni-redutseerimisprotsess, mis toimub elektrisüsteemis elektrivoolu läbimisel kuuma juhtme või elektrolüüdilahuse kaudu.

Peamine asi, mida meeles pidada, on see, et elektrolüüsi protsessis toimub elektrienergia tõttu keemiline reaktsioon, mis ei saa toimuda spontaanselt.

Keerulisem on olukord elektrolüütide lahuste elektrolüüsi puhul.

Soolalahuses on lisaks metalliioonidele ja happelisele jäägile veemolekulid. Seetõttu tuleb elektroodidel toimuvate protsesside kaalumisel arvestada nende osalemisega elektrolüüsis.

Elektrolüüsi saaduste määramiseks vesilahused elektrolüüdid, kehtivad järgmised reeglid.

1. Katoodil toimuv protsess ei sõltu katoodi materjalist, millel see on valmistatud, vaid metalli (elektrolüüdi katiooni) asendist elektrokeemilises pingereas ja kui:

1.1. Elektrolüüdi katioon paikneb pingereas jada alguses (koos Al kaasa arvatud), seejärel toimub katoodil vee redutseerimise protsess (eraldub vesinik). Metalli katioonid ei redutseerita, need jäävad lahusesse.
1.2. Elektrolüüdi katioon on pingereas alumiiniumi ja vesiniku vahel, seejärel redutseeritakse katoodil nii metallide nooneid kui ka veemolekulid.
1.3. Elektrolüüdi katioon on pingereas pärast vesinikku, seejärel redutseeritakse katoodil metalli katioonid.
1.4. Lahus sisaldab erinevate metallide katioone, seejärel taastatakse allalaaditud metallikatioon, mis seisab pingereas

Need reeglid on näidatud joonisel 10.

2. Protsess anoodil oleneb anoodi materjalist ja annoni olemusest (skeem 11).

2.1. Kui anood on lahustunud (raud, tsink, vask, hõbe ja kõik metallid, mis elektrolüüsi käigus oksüdeeruvad), siis anoodmetall oksüdeerub olenemata aniooni iseloomust. 2.2. Kui anood ei lahustu (seda nimetatakse inertseks - grafiit, kuld, plaatina), siis:
a) anoksiidhapete soolade (promefluoriidide) lahuste elektrolüüsil anioon oksüdeerub anoodil;
b) hapnikku sisaldava happe soolade ja fluoriidide lahuste elektrolüüsil anoodil toimub vee oksüdatsiooniprotsess. Anioonid ei oksüdeeru, nad jäävad lahusesse;

Tööstuses kasutatakse laialdaselt sulandite ja ainete lahuste elektrolüüsi:

1. Metallide saamiseks (alumiinium, magneesium, naatrium, kaadmium saadakse ainult elektrolüüsi teel).
2. Vesiniku, halogeenide, leeliste saamiseks.
3. Metallide puhastamiseks - rafineerimine (vase, nikli, plii puhastamine toimub elektrokeemilise meetodiga).
4. Metallide kaitsmine korrosiooni eest - kaitsekatete kandmine õhukese kihina muust korrosioonikindlast metallist (kroom, nikkel, vask, hõbe, kuld) - galvaniseerimine.
5. Metallist koopiate, plaatide saamine - galvaniseerimine.

Praktiline ülesanne

1. Kuidas on metallide struktuur seotud nende paiknemisega D. I. Mendelejevi keemiliste elementide perioodilise tabeli põhi- ja sekundaaralarühmas?
2. Miks on leelis- ja leelismuldmetallidel ühendites üks oksüdatsiooniaste: vastavalt (+1) ja (+2), samas kui sekundaarsete alarühmade metallidel on ühendites reeglina erinev oksüdatsiooniaste?
3. Milliseid oksüdatsiooniastmeid võib esineda mangaanil? Millised hüdrokenda oksiidid vastavad nendes oksüdatsiooniastmetes mangaanile? Mis on nende iseloom?
4. Võrrelge VII rühma elementide: mangaani ja kloori aatomite elektronstruktuuri. Selgitage nende keemiliste omaduste erinevust ja aatomite erineva oksüdatsiooniastme olemasolu mõlemas elemendis.
5. Miks ei vasta metallide asend elektrokeemilises pingereas alati nende asukohale D. I. Mendelejevi perioodilises süsteemis?
9. Koostage võrrandid naatriumi ja magneesiumi reaktsioonide kohta äädikhappega. Millisel juhul ja miks on reaktsioonikiirus kiirem?
11. Milliseid metallide saamise meetodeid teate? Mis on kõigi meetodite olemus?
14. Mis on korrosioon? Milliseid korrosiooni liike te teate? Milline neist on füüsikaline ja keemiline protsess?
15. Kas korrosiooniks võib lugeda järgmisi protsesse: a) raua oksüdatsioon elektrikeevitamisel, b) tsingi interaktsioon vesinikkloriidhappega jootmiseks söövitatud happe saamisel? Andke põhjendatud vastus.
17. Mangaanitoode on vees ja ei puutu vasetootega kokku. Kas mõlemad jäävad muutumatuks?
18. Kas raudkonstruktsioon on kaitstud vees elektrokeemilise korrosiooni eest, kui sellele varastatakse plaat muust metallist: a) magneesium, b) plii, c) nikkel?
19. Mis otstarbel värvitakse naftasaaduste (bensiin, petrooleum) hoidmiseks mõeldud mahutite pind hõbedaga - alumiiniumipulbri ja ühe taimeõlide seguga?
20. Aiakrundi hapendatud pinnase pinnal on raudtorud, millesse on paigaldatud messingkraanid. Mis korrodeerub: toru yiyang segisti? Kus on häving kõige tugevam?
21. Mis vahe on sulandite elektrolüüsil ja vesilahuste elektrolüüsil?
22*. Milliseid metalle saab nende soolade sulamite elektrolüüsil ja milliseid metalle ei saa nende ainete vesilahuste elektrolüüsil?
23*. Koostage baariumkloriidi elektrolüüsi võrrandid: a) sulatis, b) lahuses
28. Lahusele, mis sisaldas 27 g vask(II)kloriidi, lisati 1-4 g rauaviile. Kui suur vase mass vabanes selle reaktsiooni tulemusena?
Vastus: 12,8 g.
29. Millise massi tsinksulfaati saab tsingi üleliigsel reageerimisel 500 ml 20% väävelhappe lahusega tihedusega 1,14 g/ml?
Vastus: 187,3
31. 8 g magneesiumi ja magneesiumoksiidi segu vesinikkloriidhappega töötlemisel vabanes 5,6 liitrit vesinikku (n, w.). Mis on massiosa(%) JUUNI originaalsegus?
Vastus: 75%.
34. Määrake süsiniku massiosa (protsentides) terases (raua sulam süsinikuga), kui selle 10 g kaaluva proovi põletamisel hapnikuvoolus kogunes 0,28 l süsinikoksiidi (ІV) (n.a.) .
Vastus: 1,5%.
35. Naatriumiproov kaaluga 0,5 g pandi vette. Ka saadud lahuse neutraliseerimisel ei kulunud 29,2 g 1,5% vesinikkloriidhappest. Kui suur on naatriumi massiosa (protsentides) proovis?
Vastus: 55,2%.
36. Vase ja alumiiniumi sulamit töödeldi liigse naatriumhüdroksiidi lahusega ja eraldus gaas mahuga 1,344 liitrit (n.a.), reaktsioonijärgne jääk lahustati lämmastikhappes, seejärel lahus aurustati ja kaltsineeritud konstantseks massiks, mis osutus 0,4 g sulami koostiseks? Vastus: 1,08 g Al 0,32 g Cu või 77,14% Al 22,86% Cu.
37. Millise massi 94% rauda sisaldavat malmi saab 1 tonnist 20% lisandeid sisaldavast punasest rauamaagist (Fe2O3)?
Vastus: 595,74 kg.

Metallid looduses

Kui olete eelmistes tundides hoolikalt keemiat õppinud, siis teate, et perioodilisustabelis on rohkem kui üheksakümmend metallitüüpi ja umbes kuuskümmend neist võib leida looduskeskkond.

Looduslikult esinevad metallid võib laias laastus jagada järgmistesse rühmadesse:

Looduses leiduvad metallid vabal kujul;
ühendite kujul esinevad metallid;
metallid, mida võib leida segatud kujul, see tähendab, et need võivad olla nii vabas vormis kui ka ühenditena.

Erinevalt teistest keemilistest elementidest leidub metalle looduses üsna sageli lihtsate ainete kujul. Tavaliselt on neil emariik. Sellised metallid, mis on esitatud lihtsate ainete kujul, hõlmavad kulda, hõbedat, vaske, plaatinat, elavhõbedat ja teisi.

Kuid mitte kõik looduslikus keskkonnas leiduvad metallid ei ole looduslikus olekus. Mõnda metalli võib leida ühendite kujul ja neid nimetatakse mineraalideks.

Lisaks võib selliseid keemilisi elemente nagu hõbe, elavhõbe ja vask leida nii looduslikus olekus kui ka ühendite kujul.

Kõiki neid mineraale, millest hiljem metalle saab, nimetatakse maakideks. Looduses leidub maake, mille hulka kuulub ka raud. Seda ühendit nimetatakse rauamaagiks. Ja kui kompositsioon sisaldab vaske, kuid vastavalt sellele nimetatakse sellist ühendit vasemaagiks.

Loomulikult on looduses kõige levinumad metallid, mis suhtlevad aktiivselt hapniku ja väävliga. Neid nimetatakse metallioksiidideks ja sulfiidideks.

Üks selline tavaline element, mis moodustab metalli, on alumiinium. Alumiiniumi leidub savis ja seda leidub ka vääriskivides nagu safiir ja rubiin.

Teine populaarseim ja laialt levinud metall on raud. Looduses leidub seda tavaliselt ühenditena ja looduslikul kujul ainult meteoriidikivide koostises.

Looduskeskkonnas või õigemini maapõues levinumad on järgmised metallid nagu magneesium, kaltsium, naatrium, kaalium.

Münte käes hoides märkasite ilmselt, et neist eraldub iseloomulik lõhn. Kuid selgub, et see pole metalli lõhn, vaid lõhn, mis tuleneb metalli kokkupuutel inimese higiga tekkivatest ühenditest.

Kas teadsite, et Šveitsis toodetakse šokolaaditahvli kujul olevaid kullatükke, mida saab viiludeks purustada ja kasutada kingitusena või maksevahendina? Ettevõte toodab selliseid šokolaaditahvleid kullast, hõbedast, plaatinast ja pallaadiumist. Kui selline plaat lõigatakse viiludeks, kaalub igaüks neist vaid ühe grammi.

Ja veel, sellisel metallisulamil nagu nitinool on üsna huvitav omadus. See on ainulaadne selle poolest, et sellel on mäluefekt ja kuumutamisel suudab sellest sulamist valmistatud deformeerunud toode taastada oma esialgse kuju. Selliseid omapäraseid nn mäluga materjale kasutatakse läbiviikude valmistamisel. Neil on madalal temperatuuril kokkutõmbumisvõime ja toatemperatuuril sirguvad need puksid välja ja see ühendus on isegi töökindlam kui keevitamine. Ja see nähtus tuleneb asjaolust, et neil sulamitel on termoelastne struktuur.

Kas olete kunagi mõelnud, miks on kombeks kuldehtele lisada hõbeda või vase sulamit? Selgub, et see on tingitud sellest, et puhas kuld on väga pehme ja kergesti kriimustav isegi küünega.