Метали, які не блищать. Способи одержання металів

Вам відомо, що більшість хімічних елементів відносять до металів - 92 із 114 відомих елементів.

Метали - це хімічні елементи, Атоми яких віддають електрони зовнішнього (а деякі - і передзовнішнього) електронного шару, перетворюючись позитивні іони.

Ця властивість атомів металів, як ви знаєте, визначається тим, що вони мають порівняно великі радіуси та малу кількість електронів (переважно від 1 до 3) на зовнішньому шарі.

Виняток становлять лише 6 металів: атоми германію, олова, свинцю на зовнішньому шарі мають 4 електрони, атоми сурми, вісмуту -5, атоми полонію - 6.

Для атомів металів характерні невеликі значення електронегативності (від 0,7 до 1,9) та виключно відновлювальні властивостітобто здатність віддавати електрони.

Ви вже знаєте, що в Періодичній системі хімічних алементів Д. І. Менделєєва метали знаходяться нижче діагоналі бор-астат, я також вищий за неї в побічних підгрупах. У періодах та глинних підгрупах діють відомі вам закономірності у зміні металевих, і отже, відновлювальних властивостей атомів елементів.

Хімічні елементи, розташовані поблизу діагоналі бор-астат, мають двоїсті властивості: в одних своїх сполуках поводяться як метали, в інших — виявляють властивості неметалу.

У побічних підгрупах відновлювальні властивості металів із збільшенням порядкового номеранайчастіше зменшуються. Порівняйте активність відомих вам металів І групи побічної підгрупи: Сu, Аg, Аu; ІІ групи побічної підгрупи - і ви переконаєтеся в цьому самі.

Прості речовини, утворені хімічними елементами — металами, складні металовмісні речовини грають найважливішу рольу мінеральному та органічному «житті» Землі. Достатньо згадати, що атоми (нони) елементів-металів є складовою частин сполук, визначальних обмін речовин в організмі людини, тварин, рослин.

Наприклад, іони натрію регулюють вміст води в організмі, передачу нервового імпульсу. Його недолік призводить до головного болю, слабкості, слабкої пам'яті, втрати апетиту, а надлишок – до підвищення артеріального тиску, гіпертонії, захворювань серця. Фахівці з харчування рекомендують споживати на день не більше 5 г (1 чайна ложка) кухонної солі(NaСl) на дорослу людину. Про вплив металів на стан тварин та рослин можна дізнатися з таблиці 16.

Прості речовини - метали
З розвитком виробництва металів (простих речовин) та сплавів пов'язало виникнення цивілізації (« бронзовий вік», Залізний вік).

На малюнку 38 зображено схему кристалічної решітки металу натрію. У ній кожен атом натрію оточений вісьмома сусідніми. У атомів натрію, як і всіх металів, є багато вільних валентних орбіталей і мало валентних електронів.

Єдиний валентний електрон атома натрію Зs 1 може займати будь-яку з дев'яти вільних орбіталей, адже вони дуже відрізняються за рівнем енергії. При зближенні атомів, коли утворюється кристалічна решітка, валентні орбіталі сусідніх атомів перекриваються, завдяки чому електрони вільно переміщаються з однієї орбіталі в іншу, здійснюючи зв'язок між усіма атомами кристала металу.

Такий тип хімічного зв'язку називають металевим. Металевий зв'язок утворюють елементи, атоми яких на зовнішньому шарі мають мало валентних електронів у порівнянні з більшим числомзовнішніх енергетично близьких орбіталей. Їхні валентні електрони слабо утримуються в атомі. Електрони, що здійснюють зв'язок, узагальнені та переміщаються по всій кристалічній решітці в цілому нейтрального металу.

Речовинам з металевим зв'язкомпритаманні металеві кристалічні решітки, які зазвичай зображують схематично тик, як показано на малюнку вузлах знаходяться катіони та атоми металів. Узагальнені електрони електростатично притягують катіони металів, розташовані у вузлах їхньої кристалічної решітки, забезпечуючи її стабільність і міцність (узагальнені електрони зображені у вигляді чорних маленьких кульок).
Металевий зв'язок - це зв'язок у металах і сплавах між атомами-іонами металу, розташованими у вузлах кристалічної решітки, що здійснюється узагальненими валентними електронами.

Деякі метали кристалізуються у двох або більше кристалічних формах. Цю властивість речовин — існувати в декількох кристалічних модифікаціях — називають поліморфізмом. Поліморфізм для простих речовин вам відомий під назвою алотропія.

Олово має дві кристалічні модифікації:
. альфа - стійка нижче 13,2 ºС із щільністю р - 5.74 г/см3. Це сіре олово. Воно має кристалічні ґратитипу алмазу (атомну):
. бетта - стійка вище 13.2 ºС із щільністю р - 6,55 г/см3. Це біле олово.

Біле олово – дуже м'який метал. При охолодженні нижче 13,2 ºС він розсипається в сірий порошок, оскільки при переході | 1 п значно збільшується його питомий обсяг. Це явище отримало назву олов'яної чуми. Звичайно, особливий вид хімічного зв'язку та тип кристалічних грат металів повинні визначати та пояснювати їх Фізичні властивості.

Які ж вони? Це металевий блиск, пластичність, висока електрична провідність і теплопровідність, зростання електричного опору при підвищенні температури, а також такі практично значущі властивості, як щільність, температури плавлення і кипіння, твердість, магнітні властивості.
Спробуймо пояснити причини, що визначають основні фізичні властивості металів. Чому метали пластичні?

Механічне вплив на кристал з металевою кристалічною решіткою викликає зміщення шарів іон-атомів відносно один одного, оскільки електрони переміщуються по всьому кристалу, розрив зв'язків не відбувається, тому довжина металів характерна велика пластичність.

Аналогічний вплив на тверда речовиназ ковалентними зв'язками (атомними кристалічними ґратами) призводить до розриву ковалентних зв'язків. Розрив зв'язків в іонній решітці призводить до взаємного відштовхування однойменно заряджених іонів (рис. 40). Тому речовини з атомними та іонними кристалічними ґратами крихкі.

Найбільш пластичні метали - це Аu, Af, Cu, Sn, РЪ, Zn. Вони легко витягуються в дріт, піддаються ковці, пресування, прокочування в листи- Наприклад, із золота можна виготовити золоту фольгу товщиною 0,008нм, з 0,5 г цього металу можна витягнути нитку довжиною 1 км.

Навіть ртуть, яка, як ви знаєте, при кімнатній температурі рідка, при низьких температурахя твердому стані стає куванням, як свинець. Не мають пластичності лише Bi і Мn, вони крихкі.

Чому метали мають характерний блиск, також непрозорі?
Електрони, що заповнюють міжатомний простір, відображають світлові промені (а не пропускають, як скло), причому більшість металів рівного ступенярозсіюють усі промені видимої частини спектра. Тому вони мають сріблясто-білий або сірий колір. Стронцій, золото та мідь у більшою міроюпоглинають короткі хвилі (близькі до фіолетового кольору) і відображають довгі хвилі світлового спектру, тому мають відповідно світло-жовтий, жовтий та мідний кольори.

Хоча на практиці, ви знаєте, метал не завжди нам здається світлим тілом. По-перше, його поверхня може окислюватися і втрачати блиск. Тому самородна мідь виглядає зеленим каменем. А по-друге, і чистий металможе не блищати. Дуже тонкі листки срібла і золота мають зовсім несподіваний вигляд - вони мають блакитно-зелений колір. А дрібні порошки металів здаються темно-сірими, навіть чорними.

Найбільшу відбивну здатність мають срібло, алюміній, паладій. Їх використовують при виготовленні дзеркал, у тому числі у прожекторах.
Чому метали мають високу електричну провідність та теплопровідні?

Хаотично рухомі електрони в металі під впливом прикладеної електричної напруги набувають спрямованого руху, тобто проводять електричний струм. При підвищенні температури мета-тлю зростають амплітуди коливання кристалів, що знаходяться у вузлах, решітки атомів і іонів. Це ускладнює переміщення електронів, електрична провідність металу падає. За низьких температур коливальний рух, навпаки, сильно зменшується і електрична провідність металів різко зростає. У абсолютного нуля опір у металів майже відсутній, у більшості металів утворюється понад провідність.

Слід зазначити, що неметали, що мають електричну провідність (наприклад, графіт), при низьких температурах, навпаки, не проводять електричний струм через відсутність вільних електронів. І лише з підвищенням температури та руйнуванням деяких ковалентних зв'язків їх електрична провідність починає зростати.

Найбільшу електричну провідність мають срібло, мідь, а також золото, алюмінії, найменшу — марганець, свинець, ртуть.

Найчастіше з такою самою закономірністю, як і електрична провідність, змінюється теплопровідність металів.

Вони обумовлена великою рухливістю вільних електронів, які, зіштовхуючись з іонами і атомами, що коливаються, обмінюються з ними енергією. Тому відбувається вирівнювання температури по всьому шматку металу.

Механічна міцність, щільність, температура плавлення у металів дуже відрізняються. Причому зі збільшенням числа електронів, що зв'язують іон-атоми, та зменшенням міжатомної відстані в кристалах показники цих властивостей зростають.

Так, лужні метали, атоми яких мають один валентний електрон, м'які (ріжуться ножем), з невеликою щільністю (літій - найлегший метал з р - 0.53 г/см3) і плавляться при не високих температурах(наприклад, температура плавлення цезію 29 "С). Єдиний метал, рідкий при звичайних умовах. - ртуть - має температуру плавлення, що дорівнює 38.9 "С.

Кальцій, що має два електрони на зовнішньому енергетичному рівніатомів, набагато твердіший і плавиться при вищій температурі (842º С).

Ще більш арочною є кристалічна решітка, утворена атомами скандію, які мають три валентні електрони.

Але найміцніші кристалічні грати, великі щільності та температури плавлення спостерігаються у металів побічних підгруп V, VI, VII, VIII груп. Це тим. що для металів побічних підгруп, що мають нерятовані валентні електрони на d-підрівні, характерне утворення дуже міцних ковалентних зв'язків між атомами, крім металевої, що здійснюється електронами зовнішнього шару з s-орбіталей.

Згадайте, що найважчий метал – це осмій (компонент надтвердих та зносостійких сплавів), найтугоплавкіший метал – це вольфрам (застосовується для виготовлення ниток розжарювання ламп), найтвердіший метал – це хром Сг (дряпає скло). Вони входять до складу матеріалів, з яких виготовляють металорізальний інструмент, гальмівні колодки важких машин та ін.

Метали різняться по відношенню до магнітним полям. Але цією ознакою їх ділять на три групи:
. феромагнітні здатні намагнічуватися під дією навіть слабких магнітних полів (залізо - альфа-форма, кобальт, нікель, гадоліній);

Парамагнітні виявляють слабку здатність до намагнічування (алюміній, хром, титан, багато лантаноїдів);

Діамагнітні не притягуються до магніту, лаже трохи відштовхуються від нього (олово, мілину, вісмут).

Нагадаємо, що при розгляді електронної будови металів ми підрозділили метали на метали головних підгруп (к-і р-елементи) та метали побічних підгруп.

У техніці прийнято класифікувати метали за різними фізичними властивостями:

а) густини - легкі (р< 5 г/см3) и тяжелые (все остальные);

б) температурі плавлення - легкоплавкі та тугоплавкі.

Існують класифікації металів за хімічними властивостями.
Метали з низькою хімічною активністю називають благородними (срібло, золото, платина та її аналоги - осмій, іридій, рутеній, паладій, родій).
По близькості хімічних властивостей виділяють лужні (метали І групи головної підгрупи), лужноземельні (кальцій, стронцій, барій, радій), а також рідкісноземельні метали (скандій, ітрій, лантан та лантаноїди, актіній та актиноїди).

Загальні хімічні властивості металів
Атоми металів порівняно легко віддають валентні електрони та переходять у позитивно заряджені нони, тобто окислюються. У цьому, як вам відомо, головне загальна властивістьі атомів, і простих речовин-металів.

Метали у хімічних реакціях завжди є відновниками. Відновлювальна здатність атомів простих речовин - металів, утворених хімічними елементами одного періоду або однієї головної підгрупи Періодичної системи Д. І. Менделєєва, змінюється закономірно.

Відновлювальну активність металу в хімічних реакціях, що протікають у водних розчинах, відображає його положення в електрохімічному ряді напруги металів.

1. Чим лівіше стоїть метал я цьому ряду, тим сильнішим відновником він є.
2. Кожен метал здатний витісняти (відновлювати) із солей у розчині ті метали, які у ряді напруг стоять після нього (правіше).
3. Метали, що знаходяться в ряді напруг лівіше водню, здатні витісняти його з кислот у розчині.
4. Метали, що є найсильнішими відновниками (лужні та лужноземельні), у будь-яких водних розчинах взаємодіють насамперед із водою.

Відновлювальна активність металу, визначена електрохімічним рядом, не завжди відповідає положенню його в Періодичній системі. Це тим. Що при визначенні положення металу в ряді напруг враховують не тільки енергію відриву електронів від окремих атомів, а й енергію, що витрачається на руйнування кристалічних ґрат, а також енергію, що виділяється при гідратації іонів.

Розглянувши загальні положення, Що характеризують відновлювальні властивості металів, перейдемо до конкретних хімічних реакцій

Взаємодія з простими речовинами-неметалами
1. З киснем більшість металів утворюють оксиди — основні та амфотерні.

Літій та лужноземельні метали взаємодіють з киснем повітря, утворюючи основні оксиди.
2. З галогенами метали утворюють солі галогеноводородних кислот.

3. З воднем найактивніші метали утворюють гідриди — іонні солен окремі речовини, в яких водень має ступінь окислення -1, наприклад:гідрид кальцію.

4. З сірої метали утворюють солі - сульфіди.

5. З азотом метали реагують дещо важче, оскільки хімічна зв'язок у молекулі азоту Г^г дуже міцна, у своїй утворюються нітриди. При звичайній температурі взаємодіє з азотом лише літій.
Взаємодія зі складними речовинами
1. З водою. Лужні та лужноземельні метали за звичайних умов витісняють водень з води та утворюють розчинні основи-луги.

Інші метали, що стоять у ряді напруги до водню, теж можуть за певних умов витісняти водень з води. Але алюміній бурхливо взаємодіє з водою тільки якщо видалити з його поверхні оксидну плівку.
Магній взаємодіє з водою тільки при кип'ятінні, при цьому виділяється водень. Якщо магній, що горить, внести у воду, то горіння триває, оскільки протікає реакція: горить водень. Залізо взаємодіє з водою лише у розпеченому вигляді.
2. З кислотами в розчині взаємодіють метали, що стоять у ряді напруги до водню. При цьому утворюються сіль та водень. А ось свинець (і деякі інші метали), незважаючи на його положення в ряді напруг (ліворуч від водню), майже не розчиняється в розведеній сірчаній кислоті, так як сульфат, що утворюється, свинцю PbSO, нерозчинний і створює на поверхні металу захисну плівку.

3. Із солями менш активних металів у розчині. В результаті такої реакції утворюється сіль більше активного металута виділяється менш активний метал у вільному вигляді.

4. З органічними речовинами. Взаємодія з органічними кислотами аналогічна до реакцій з мінеральними кислотами. Спирти можуть проявляти слабкі кислотні властивостіпри взаємодії із лужними металами.
Метали беруть участь у реакціях з галогеналканами, які використовують для отримання нижчих циклоалкнов і для синтезів, в ході яких відбувається ускладнення вуглецевого скелета молекули (реакція А. Вюрца):

5. З лугами у розчині взаємодіють метали, гідроксиди яких амфотерни.
6. Метали можуть утворювати хімічні сполукиодин з одним, які отримали загальну назву – інтерметалеві сполуки. Вони найчастіше не виявляються ступеня окислення атомів, які притаманні сполук металів з неметалами.

Інтерметалеві сполуки зазвичай немає постійного складу, хімічна зв'язок у яких переважно металева. Утворення цих сполук найбільш характерне для металів побічних підгруп.

Оксиди та гідроксиди металів
Оксиди, утворені типовими металами, відносять до солеобраюючих, основних за характером властивостей.

Оксиди та гідроксиди деяких металів амфотерни, тобто можуть виявляти і основні, і кислотні властивості залежно від речовин, з якими вони взаємодіють.

Наприклад:

Багато металів побічних підгруп, що мають у з'єднаннях змінний ступінь окиснення, можуть утворювати кілька оксидів та гідроксидів, характер яких залежить від ступеня окиснення металу.

Наприклад, хром у сполуках виявляє три ступеня окиснення: +2, +3, +6, тому він утворює три ряди оксидів та гідроксидів, причому зі збільшенням ступеня окиснення посилюється кислотний характер та послаблюється основний.

Корозія металів
При взаємодії металів із речовинами довкілляна їх поверхні утворюються сполуки, що мають зовсім інші властивості, ніж самі метали. У звичайній жилці ми часто вживаємо слова «іржа», «іржавіння», бачачи коричнево-рудий наліт на виробах із заліза та його сплавів. Іржавіння це найчастіший випадок корозії.

Корозія- Це процес мимовільного руйнування металів і сплавів під впливом зовнішнього середовища (від лат. - Роз'їдання).

Однак руйнуванню піддаються практично всі метали, в результаті чого багато їхніх властивостей погіршуються (або зовсім губляться): зменшуються міцність, пластичність, блиск, знижується електропровідність, а також зростає тертя між деталями машин, що рухаються, змінюються розміри деталей і т. д.

Корозія металів буває суцільною та місцевою.

Найбільш часто зустрічаються види корозії: хімічна та електрохімічна.

I. Хімічна корозія відбувається в середовищі, що не проводить електричний струм. Такий вид корозії проявляється у разі взаємодії металів із сухими газами чи рідинами — неелектролітами (бензином, гасом та ін.). Такому руйнуванню піддаються деталі та вузли двигунів, газових турбін, ракетних установок. Хімічна корозія часто спостерігається у процесі обробки металів за високих температур.

Більшість металів окислюється киснем повітря, утворюючи на поверхні оксидні плівки. Якщо ця плівка міцна, щільна, добре пов'язана з металом, вона захищає метал від подальшого руйнування. У заліза вона пухка, пориста, легко відокремлюється від поверхні і тому не здатна захистити метал від подальшого руйнування.

ІІ. Електрохімічна корозія відбувається у струмопровідному середовищі (в електроліті) із виникненням усередині системи електричного струму. Як правило, метали та сплави неоднорідні, містять включення різних домішок. При контакті з електролітами одні ділянки поверхні починають виконувати роль анода (віддають електрони), інші — роль катода (беруть електрони).

В одному випадку спостерігатиметься виділення газу (Нг). В іншому - утворення іржі.

Отже, електрохімічна корозія — реакція, що у середовищі, які проводять струм (на відміну хімічної корозії). Процес відбувається при зіткненні двох металів або поверхні металу, що містить включення, які є менш активними провідниками (це може бути і неметал).

На аноді (активнішому металі) йде окислення атомів металу з утворенням катіонів (розчинення).

На катоді (менш активному провіднику) йде відновлення іонів водню або молекул кисню з утворенням відповідно Н2 або гідроксид-іонів ВІН-.

Катіони водню та розчинений кисень найважливіші окислювачі, що викликають електрохімічну корозію.

Швидкість корозії тим більше, чим сильніше відрізняються метали (метал і домішки) за своєю активністю (для металів - що далі один від одного вони розташовані в ряді напруг). Значно посилюється корозія зі збільшенням температури.

Електроліт може служити морська водарічкова вода, конденсована волога і звичайно ж добре відомі всім електроліти - розчини солей, кислот, лугів.

Ви, очевидно, пам'ятаєте, що взимку для видалення снігу і льоду з тротуарів використовують технічну сіль (хлорид натрію, іноді хлорид кальцію та ін.) - розчини, що утворюються, стікають в каналізаційні трубопроводи, створюючи тим самим сприятливе середовищедля електрохімічної корозії підземних комунікацій

Способи захисту від корозії
Вже під час проектування металевих конструкцій їхньому виготовленні передбачають заходи захисту від корозії.

1. Шліфування поверхонь виробу, щоб не затримувалася волога.

2. Застосування легованих сплавів, що містять спеціальні добавки: хром, нікель, які у високій температурі на поверхні металу утворюють стійкий оксидний шар. Загальновідомі леговані сталі — нержавійки, з яких виготовляють предмети домашнього вжитку (ножн. вилки, ложки), деталі машин, інструменти.

3. Нанесення захисного покриття. Розглянемо їхні види.

Неметалічні - олії, що не окислюються, спеціальні лаки, фарби. Щоправда, вони недовговічні, зате дешеві.

Хімічні — штучно створювані поверхневі плівки: оксидні, цитрндні, силіцидні, полімерні та ін. Наприклад, вся стрілецька зброя. Штучна оксидна плівка, що виходить, дуже міцна і надає виробу красивий чорний колір і синій відлив. Полімерні покриття виготовляють нз поліетилену, поліхлорвінілу, поліамідних смол. Наносять їх двома способами: нагріте виріб поміщають в порошок полімеру, який плавиться і приварюється до металу, або поверхню металу обробляють розчином полімеру в низькокитному розчиннику, який швидко випаровується, а полімерна плівка залишається на виробі.

Металеві це покриття іншими металами, на поверхні яких під дією окислювачів утворюються стійкі захисні плівки.

Нанесення хрому на поверхню - хромування, нікелю - нікелювання, цинку - цинкування, олова - лудіння і т. д. Покриттям може бути і пасивний в хімічному відношенні метал - золото, срібло, мідь.

4. Електрохімічні методизахисту.

Протекторна (анодна) — до металевої конструкції, що захищається, приєднують шматок більш активного металу (протектор), який служить анодом і руйнується в присутності електроліту. Як протектор при захисті корпусів суден, трубопроводів, кабелів та інших стильних виробів використовують магній, алюміній, цинк;

Катодна - металоконструкцію приєднують до катода. зовнішнього джереластруму, що унеможливлює її анодного руйнування

5. Спеціальна обробка електроліту або того середовища, в якому знаходиться металева конструкція, що захищається.

Відомо, що дамаські майстри для зняття окалини та
іржі користувалися розчинами сірчаної кислоти з додаванням пивних дріжджів, борошна, крохмалю. Ці принеси і були одними з перших інгібіторів. Вони не дозволяли кислоті діяти на збройовий метал, у результаті розчинялися лише окалина та іржа. Уральські зброярі застосовували для цього травильні супи — розчини сірчаної кислоти з добавкою борошняних висівок.

Приклади використання сучасних інгібіторів: соляна кислота при перевезенні та зберіганні чудово приборкується похідними бутиламіну. а сірчана кислота- азотною кислотою; леткий діетиламін впорскують у різні ємності. Зазначимо, що інгібітори діють лише на метал, роблячи його пасивним по відношенню до середовища, наприклад, до розчину кислоти. Науці відомо понад 5 тис. інгібіторів корозії.

Видалення розчиненого у воді кисню (деаерація). Цей процес використовують при підготовці води, що надходить у котельні установки.

Способи одержання металів
Значна хімічна активність металів (взаємодія з киснем повітря, іншими неметалами, водою, розчинами солей, кислотами) призводить до того, що у земній корі вони зустрічаються головним чином вигляді сполук: оксидів, сульфідів, сульфатів, хлоридів, карбонатів тощо.
У вільному вигляді зустрічаються метали, розташовані у ряді напруг правіше водню, хоча набагато частіше мідь і ртуть у природі можна зустріти у вигляді сполук.

Мінерали та гірські породи, Що містять метали та їх з'єднання, з яких виділення чистих металів технічно можливе та економічно доцільно, називають рудами.

Отримання металів із руд — завдання металургії.
Металургія - це і наука про промислових способахотримання металів із руд. та галузь промисловості.
Будь-який металургійний процес — це відновлення іонів металу з допомогою різних відновників.

Щоб реалізувати цей процес, треба врахувати активність металу, підібрати відновник, розглянути технологічну доцільність, економічні та екологічні фактори. Відповідно до цього існують наступні способиодержання металів: пірометаллургічний. гідрометалургійний, електрометалургійний.

Пірометаллургія- відновлення металів з рудорі на високих температурах за допомогою вуглецю, оксиду углс-роду(П). водню, металів. - алюмінію, магнію.

Наприклад, олово відновлюють з каситериту, а мідь - з куприту прожарюванням з вугіллям (коксом). Сульфідні руди попередньо випалюють при доступі повітря, а потім отриманий оксид відновлюють вугіллям. З карбонатних руд метали виділяють також шляхом накачування вугіллям, так як карбонати при нагріванні розкладаються, перетворюючись на оксиди, а останні відновлюються вугіллям.
Гідрометалургія- це відновлення металів їм їх солей у розчині. Процес проходить в 2 етапи: 1) природне з'єднання розчиняють у відповідному реагенті для отримання розчину солі цього металу; 2) з отриманого розчину даний метал витісняють активнішим або відновлюють електролізом. Наприклад, щоб отримати мідь на руди, що містить оксид міді СіО, її обробляють розведеною сірчаною кислотою.

Затік мідь витягають із розчину солі або: електролізом, або витісняють із сульфату залізом. У такий спосіб отримують срібло, цинк, молібден, золото, уран.

Електрометалургія- Відновлення металів у процесі електролізу розчинів або розплавів їх сполук.

Електроліз
Якщо розчин або розплав електроліту опустити електроди і пропустити постійний електричний струм, то іони будуть рухатися спрямовано: катіони — до катода (негативно зарядженого електрода), аніони — до анода (позитивно зарядженого електрода).

Па катоді катіони приймають електрони і відновлюються на аноді аніони віддають електрони та окислюються. Цей процес називають електролізом.
Електроліз це окислювально-відновний процес, що протікає на електродах при проходженні електричного струму через розчин або розчин електроліту.

Найпростіший приклад таких процесів - електроліз розплавлених солей. Розглянемо процес електролізу розплаву хлориду натрію. У розплаві відбувається процес термічної дисоціації. Під дією електричного струму катіони рухаються до катода і приймають від нього електрони.
На катоді утворюється металевий натрій, аноді — газоподібний хлор.

Головне, що ви повинні пам'ятати: у процесі електролізу за рахунок електричної енергії здійснюється хімічна реакція, яка мимоволі йти не може.

Складніша справа у разі електролізу розчинів електролітів.

У розчині солі, крім іонів металу та кислотного залишку, присутні молекули води. Тому при розгляді процесів на електродах необхідно враховувати їхню участь у електролізі.

Для визначення продуктів електролізу водних ресурсів електролітів існують такі правила.

1. Процес на катоді залежить не від матеріалу катода, на якого він зроблений, а від положення металу (катіону електроліту) в електрохімічному ряду напруги, при цьому якщо:
1.1. Катіон електроліту розташований у ряді напруг на початку ряду (по Аl включно), то на катоді йде процес відновлення води (виділяється водень). Катіони металу не відновлюються, вони залишаються у розчині.
1.2. Катіон електроліту перебуває у ряді напруг між алюмінієм і воднем, то катоді відновлюються одночасно і нони металу, і молекули води.

1.3. Катіон електроліту знаходиться у ряді напруг після водню, то на катоді відновлюються катіони металу.
1.4. У розчині міститься катіони різних металів, то відновлюється катіон металу, що стоїть у ряді напруг
Ці правила відображено на схемі 10.

2. Процес на аноді залежить від матеріалу анода та від природи анода (схема 11).
2.1. Коли анод розчиняється (залізо, цинк. мідь, срібло та всі метали, що окислюються в процесі електролізу), то окислюється метал анода, незважаючи на природу аніону. 2. Якщо анод не розчиняється (його називають інертним - графіт, золото, платина), то:
а) при електролізі розчинів солей безкисневих кислот (про ме фторидів) на аноді йде процес окислення аніону;
б) при електролізі розчинів солей кисневмісних кисяот і фторидів на аноді йде процес окислення води. Аніони не окислюються, вони залишаються у розчині;

Електроліз розплавів н розчинів речовин широко використовують у промисловості:
1. Для отримання металів (алюмінії, магній, натрій, кадмій одержують лише електролізом).
2. Для одержання водню, галогенів, лугів.
3. Для очищення металів – рафінування (очищення міді, нікелю, свинцю проводять електрохімічним методом).
4. Для захисту металів від корозії – нанесення захисних покриттів у вигляді тонкого шару іншого металу, стійкого до корозії (хрому, нікелю, міді, срібла, золота) – гальваностегія.

5. Отримання металевих копій, платівок - гальванопластика.
1. Як пов'язані будова металів до розташування їх у головних та побічних підгрупах Періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва?
2. Чому лужні та лужноземельні метали мають у сполуках єдиний ступінь окислення: (+1) та (+2) відповідно, а метали побічних підгруп, як правило, виявляють у сполуках різні ступеніокислення? 8. Які ступені окислення може виявляти марганець? Які оксиди та гідроксиди відповідають марганцю у цих ступенях окислення? Який їхній характер?
4. Порівняйте електронну будову атомів елементів VII групи: марганцю та хлору. Поясніть відмінність у них хімічні властивостіі наявність різних ступенів окислення атомів в обох елементів.
5. Чому становище металів в електрохімічному ряді напруг не завжди відповідає їх становищу в Періодичній системі Д. І. Менделєєва?
9. Складіть рівняння реакцій натрію та магнію з оцтовою кислотою. У якому разі і чому швидкість реакції буде більшою?
11. Які способи одержання металів ви знаєте? У чому полягає сутність усіх способів?
14. Що таке корозія? Які види корозії ви знаєте? Який із них є фізико-хімічним процесом?
15. Чи можна вважати корозією такі процеси: а) окислення заліза при електрозварюванні; б) взаємодія цинку з соляною кислотою при отриманні травленої кислоти для паяння? Дайте відповідь.
17. Виріб з марганцю знаходиться у воді і контактує з мідним виробом. Чи збережуться обидва вони у незмінному вигляді?
18. Чи буде захищена залізна конструкція від електрохімічної корозії у воді, якщо на ній зміцнити пластину з іншого металу: а) магнію, б) свинцю, в) нікелю?

19. З якою метою поверхню цистерн для зберігання нафтопродуктів (бензину, гасу) забарвлюють срібрином — сумішшю алюмінієвої пудри з однією з рослинних олій?

Що Складаються з атомів одного хімічного елемента. У таблиці Менделєєва металеві властивості елементів зростають праворуч наліво. Всі чисті метали (як елементи) - є простими речовинами.

Кристалічний кремній - напівпровідник

Фотоефект

Розрізняють фізичні та хімічні властивості металів. У загальному випадку, властивості металів досить різноманітні Розрізняють метали лужні, лужноземельні, чорні, кольорові, лантаноїди(або рідкісноземельні - близькі за хімічними властивостями до лужноземельних), актиноїди(Більшість з них - радіоактивні елементи), благородніі платиновіметали. Крім того, окремі метали виявляють як металеві, так і неметалеві властивості. Такі метали – амфотерні (або як кажуть – перехідні).

Практично всі метали мають деякі загальні властивості: металевий блиск, будову кристалічних ґрат, здатність у хімічних реакціях виявляти властивості відновника, при цьому окисляючись. У хімічних реакціях іони розчинених металів при взаємодії з кислотами утворюють солі, при взаємодії з водою (залежно від активності металу) утворюють луг або основу.

Чому блищать метали

У вузлах кристалічних ґрат металів містяться атоми. Електрони, що рухаються навколо атомів, утворюють "електронний газ", який вільно може переміщатися в різних напрямках. Ця властивість пояснює високу електропровідність та теплопровідність металів.

Електронний газ відбиває майже всі світлові промені. Саме тому метали так сильно блищать і найчастіше мають сірий або білий колір. Зв'язки між окремими шарами металу невеликі, що дозволяє переміщувати ці шари під навантаженням у різних напрямках (по-іншому – деформувати метал). Унікальним металом є золото. За допомогою кування із чистого золота можна зробити фольгу товщиною 0,002 мм! такий найтонший листочок металу напівпрозорий і має зелений відтінок, якщо дивитися через нього на сонячне світло.

Електрофізична властивість металіввиражено у його електропровідності. Вважають, що всі метали мають високу електропровідність, Тобто добре проводять струм! Але це не так, та й до того ж все залежить від температури, при якій заміряють струм. Уявімо кристалічну решітку металу, в якій струм передається за допомогою руху електронів. Електрони рухаються від одного вузла кристалічної решітки до іншого. Один електрон "виштовхує" з вузла ґрат інший електрон, який продовжує рухатися до іншого вузла ґрат і т.д. Тобто електропровідність також залежить від того, наскільки легко електрони можуть переміщатися між вузлами ґрат. Можна сказати, що електропровідність металу залежить від кристалічної будовиграти та щільності розташування в ній частинок. Частинки у вузлах грати мають коливання, і це коливання тим більше, що стоїть температура металу. Такі кролебанія значно перешкоджають переміщенню електронів у кристалічній решітці. Таким чином, що нижча температура металу, то вище його здатність проводити струм!

Звідси випливає поняття надпровідності, Що настає в металі при температурі близької до абсолютного нуля! При абсолютному нулі (-273 0 C) коливання частинок у кристалічній решітці металу повністю загасають!

Електрофізична властивість металів, пов'язане з проходженням струму, називають температурним коефіцієнтомелектроопір!

Електрофізична властивість металів

Встановлено цікавий факт, Що, наприклад у свинцю (Pb) і ртуті (Hg) при температурі, яка вище абсолютного нуля всього на кілька градусів, майже повністю зникає електроопір, тобто настає умова надпровідності.

Найвищу електропровідність має срібло (Ag), потім мідь (Cu), далі йде золото (Au) та алюміній (Al). З високою електропровідністю цих металів пов'язане їх використання електротехніки. Іноді для забезпечення хімічної стійкості та антикорозійних властивостей використовують саме золото (позолочені контакти).

Слід зазначити, що електропровідність металів значно вища, ніж електропровідність неметалів. Ось, наприклад, вуглець (С - графіт) або кремній (Si) мають електропровідність у 1000 разів менше, ніж, наприклад, у ртуті. Крім того, неметали, у своїй більшості не є провідниками електрики. Але серед неметалів зустрічаються напівпровідники: германій (Ge), кремній кристалічний, а також деякі оксиди, фосфіти (хімічні сполуки металу з фосфором) та сульфіди (хімічні сполуки металу та сірки).

Вам, напевно, знайоме явище – це властивість металів під дією температури чи світла віддавати електрони.

Що ж до теплопровідності металів, її можна оцінити з таблиці Менделєєва, - вона розподіляється так само, як електронегативність металів. (Метали, що знаходяться зліва вгорі мають найбільшу електронегативність, наприклад, електронегативність натрію Na дорівнює -2,76). У свою чергу, теплопровідність металів пояснюється наявністю вільних електронів, які переносять теплову енергію.

Метали

Метали відносяться до основних природних матеріалів, що використовуються людством.

Металургія –одна з базових галузей промисловості, що визначають економічний та військовий потенціал країни. Створюються нові сплави із заданими властивостями, як добавки використовуються різні метали.

Близько 80% відомих хімічних елементів ПСЕ становлять метали. Найпоширенішими металами є: Al – 8,8%; Fe – 4,0%; Ca - 3,6%; Na - 2,64%; K – 2,6%; Mg - 2,1%; Ti - 0,64%.

Для металів характерні свої специфічні властивості, що відрізняють їх від металоїдів: пластичність, висока тепло- та електропровідність, твердість, для більшості металів висока температура плавлення та кипіння, металевий блиск.

Пластичністьназивається здатність металів під дією зовнішніх силзазнавати деформації, яка залишається і після припинення цієї дії. Завдяки пластичності метали піддаються куванню, прокатці, штампуванню. Метали мають різну пластичність.

Металевий блиск.Гладка поверхня металів відбиває світлові промені. Чим менше вона ці промені поглинає, тим більший металевий блиск. По блиску метали можна розмістити в наступний ряд: Ag, Pd, Cu, Au, Al, Fe.

На цій властивості металів засноване виробництво дзеркал.

Метали характеризуються також високою тепло- та електропровідністю. По електропровідності I місце посідає Ag, Cu, Al.

З підвищенням температури електропровідність зменшується, так як посилюється коливальний рух іонів у вузлах кристалічних ґрат, що перешкоджає спрямованому руху електронів.

Зі зниженням температури електропровідність збільшуєтьсяі в області близької до абсолютного нуля у багатьох металів спостерігається надпровідність.

Причиною спільності фізичних та хімічних властивостей металів пояснюється спільністю будови їх атомів та природою кристалічних грат металів.

Атоми металів мають більші, порівняно з неметалами розміри. Зовнішні електрони атомів металів значно віддалені від ядра і з ним слабко, тому метали мають низькі потенціали іонізації (є відновниками).

Специфічні властивості металів – пластичність, тепло- та електропровідність, блиск пояснюються тим, що у металах є «вільні» електрони, здатні переміщатися по всьому кристалу.

Для металів характерний металевий зв'язок (він пояснюється на основі методу МО).

Фізичні властивості металів.

Усі метали, крім ртуті, при звичайній температурі є твердими речовинами з характерним металевим блиском.

Більшість металів мають колір від темно-сірого до сріблясто-білого. Золото та цезій мають жовтий колір, абсолютно чиста мідь - світло-рожевий, деякі метали мають червонуватий відтінок (вісмут).

Щільність металів може коливатися у межах; наприклад щільність Li = 0,53г/см3 (найлегший), а Os є найважчим металом 22,48г/см3.

У межах однієї підгрупи аналогів величини густин, як правило, ростуть із зростанням заряду ядра атома.

У техніці метали класифікуються за щільністю: легкі, важкі, легкоплавкі та тугоплавкі.

Знаходження у природі.

У природі метали зустрічаються як у самородному стані, так і у вигляді різних з'єднань. У самородному стані є лише хімічно малоактивні метали – Pt, Ag, Au. Хімічно активні метали зустрічаються лише у вигляді різних сполук – руд.

Руди бувають:окисні, сульфідні та солі.

Попередньо руду збагачують, тобто відокремлюють від порожньої породи. Найпоширеніший метод – флотаційнийВін заснований на різній змочуваності поверхні мінералів водою.

Методи вилучення мінералів із руд визначаються їх хімічним складом. Усі методи отримання металів зводяться до реакцій окислення – відновлення.

Карботермія.У цьому методі отримання металів відновником служить вуглець - найдешевший і найдоступніший. Вуглець застосовують у вигляді коксу, а окислений вуглець легко видаляється у вигляді СО2.

Вуглець застосовується відновлення порівняно малоактивних металів: Fe, Cu, Zn, Pb.

При відновленні вуглецем суміші залізнякуз оксидами Cr, Mo, W або Mn у промисловості отримують сплави, що містять приблизно 70% зазначених металів і дуже невелику кількість вуглецю. Це феросплави, що служать для отримання спеціальних легованих сталей. Для відновлення вуглецем придатні лише окиси.

Сульфідні руди (цинкові, свинцеві, мідні) спочатку піддають окислювальному прожарюванню:

2ZnS + 2O2 → 2ZnO + SO2

Li, Ca, Ba також, як і метали IIIгрупи, що не можуть бути отримані відновленням вуглецем, так як вони відразу ж після виділення у вільному стані з надлишком вуглецю утворюють карбіди.

Металотермія.Заснована на процесах витіснення одного металу (менш активного) іншим (активнішим) з відповідних оксидів, хлоридів, сульфідів.

Дуже добрим відновником оксидів металів внаслідок великої спорідненості до кисню є алюміній. Процес називається алюмінотермія.

Fe2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Fe

Алюмінотермією отримують інші метали (Mn, Cr, Ti), які не можуть бути отримані в чистому виглядівідновленням їх оксидів вугіллям через утворення карбідів. В алюмотермічній реакції виділяється велика кількість тепла за дуже короткий час, унаслідок чого розвивається висока температура.

Електролітичне чи катодне відновлення металів.Для важких металів вугілля як відновник непридатний і в цьому випадку застосовують катодне відновлення, тобто виділення шляхом електролізу. Такі метали можуть окислюватися водою, тому їх сполуки піддаються електролізу над водних розчинах, а розплавах чи розчинах інших розчинників.

Наприклад, металеві Na, K, Ba, Ca, Mg, Be одержують електролізом розплавів відповідних хлоридів.

Одержання металів високої чистоти.

У зв'язку з бурхливим розвитком техніки знадобилися метали, що мають дуже високу чистоту. Наприклад, для надійної роботи ядерного реактора необхідно, щоб у матеріалах, що розщеплюються, такі домішки як бір, кадмій та ін., містилися в кількості, що не перевищують мільйонних часток відсотка. Чистий цирконій – один із найкращих конструкційних матеріалів для атомних реакторів – стає зовсім непридатним для цієї мети, якщо в ньому міститься навіть мізерна домішка гафнію.

Перегонка у вакуумі.Цей метод заснований на різній леткості металу, що очищається, і наявних у ньому домішок. Вихідний метал завантажується в спеціальну посудину, з'єднану з вакуумним насосом і в посудині створюють вакуум, після чого Нижня частинапосудина нагрівається. На холодних частинах судини осідають або домішки, або чистий метал, залежно від того, що є летючим.

Термічне розкладання.

1. Карбонільний процес.Цей процес використовують в основному для одержання чистого нікелю та чистого заліза. Метал містить домішки, нагрівають у присутності СО (окису вуглецю) і летючий карбоніл, що виходить, відганяють від нелетких домішок. Потім карбоніли розкладають при вищих температурах з утворенням високочистих металів.

2. Йодистий процесдає можливість отримувати такі метали як цирконій, титан.

3. Очищення металу(якщо містить як домішок оксид) у вакуумі при нагріванні його до дуже високої температури за допомогою електричної дуги.

Зонна плавка.Цей метод полягає в протягуванні неочищеного бруска Німеччина через вузьку піч; розплавлена зона, що утворюється при цьому, у міру просування бруска через неї переміщається вздовж нього і забирає домішки.

Багаторазовим повторенням цього процесу можна досягти високого ступеня чистоти.

Хімічні властивості металів.

У металів відсутня здатність приєднувати електрони, отже метали є відновниками. Мірою хімічної активності металів є енергія іонізації J.

Окислювачами металів можуть бути: елементарні речовини, кислоти, солі менш активних металів і т.д.

1. Взаємодія з елементарними речовинами.

2. Взаємодія з кислотами:

а) Окислювач - іон Н + (HCl, H2SO4 (розб.) І т. Д.);

б) Окислювач аніон кислоти (до таких кислот відносяться HNO3 та H2SO4 (конц.);

в) взаємодія з водою;

г) взаємодія з лугами;

д) Взаємодія із розчинами солей.

Оксиди металів

Усі атоми кисню безпосередньо пов'язані з атомами металу і пов'язані друг з одним: Ме * О2.

Класифікація оксидів металів

Основні –оксиди найбільш активних металів (s - елементи І та ІІ груп) – зв'язок іонний: Na2O, K2O, CaO, MgO і т.д.

Їх властивості: а) взаємодіють із кислотами; б) із кислотними оксидами; в) із водою.

Амфотерні оксиди(менш активних металів та d - елементів): Al2O3, ZnO, Cr2O3 і т.д.

Їх властивості: а) взаємодія із кислотами; б) взаємодія із лугами.

Кислотні –оксиду малоактивних металів у вищих ступенях окиснення (CrO3, Mn2O7 та ін.). Їхні властивості: а) взаємодія з водою, утворюючи кислоти; б) взаємодіють із основами (лугами).

Характер зміни властивостей оксидів

У межах одного періоду відбувається ослаблення основних властивостейчерез амфотерні та посилення кислотних зліва направо.

У групі в того самого елемента спостерігається така ж зміна властивостей.

Одержання оксидів.

1. Безпосереднє окиснення металів – горіння.

Са + О = СаО

4Na + O2 = 2Na2O

2. Окислення сульфідів.

ZnS + O2 = ZnO + SO2

3. Окислення оксидами інших елементів, якщо теплота утворення оксиду, що виходить, більша за теплоту утворення вихідного (металотермія).

Al + Cr2O3 = Cr + Al2O3 + Q

4. Зневоднення відповідних гідроксидів.

Al(OH)3 Al2O3 + H2O

5. Термічне розкладання карбонатів, нітратів, сульфатів та інших солей.

СаСО3 СаО + СО2

Гідроксид металів.

Класифікація: основні, амфотерні, кислотні (відповідають оксидам).

Характер зміни властивостей у природі – аналогічно до оксидів.

Сторінка 2

Залізо, мідь та алюміній мають характерний металевий блиск.

Вивчаючи тверді речовини, що не мають характерного металевого блиску, ми помічаємо, що їхня електропровідність дуже низька. До них відносяться речовини, які ми називаємо іонними – хлористий натрій, хлористий кальцій, нітрат срібла та хлористе срібло, а також молекулярні кристали, наприклад лід. Лід, зображений на рис. 5 - 3, складається з тих же молекул, які існують у газовій фазі, але впорядкування розташованих у кристалічній решітці. Ці погані провідники електричного струму дуже відрізняються від металів майже за всіма властивостями. Таким чином, електропровідність може бути використана для класифікації речовин, яка є однією з найбільш обґрунтованих.

Металами називаються прості кристалічні речовини, що мають характерний металевий блиск, що добре проводять тепло та електричний струм, здатні змінювати свою форму під дією зовнішніх зусиль і зберігати її після зняття навантаження без будь-яких ознак руйнування. З усієї кількості хімічних елементів, відомих в даний час, вісімдесят елементів відносяться до металів. Найбільш поширеними у земній корі металами у вигляді хімічних сполук є алюміній, залізо, магній, калій, натрій та кальцій. Чисті метали мають обмежене застосування у техніці, оскільки у природі зустрічаються вкрай рідко, а їх з хімічних сполук (руд) пов'язані з великими труднощами.

В результаті водневої корозії поверхня сталі втрачає характерний металевий блиск і стає матовою.

Полімери являють собою тонкодисперсні пофарбовані порошки з характерним металевим блиском, розчинні лише концентрованої сірчаної кислоти.

Усі d – елементи є металами з характерним металевим блиском. Порівняно з s - металами їхня міцність значно вища.

Йод, що не розчинився, утворює добре видиму плівку з характерним металевим блиском (що плаває на поверхні розчину) або збирається на дні колби у вигляді чорних частинок. Так як розчин йоду пофарбований в інтенсивно червоний колір і майже не прозорий, розглядати його потрібно дуже ретельно, тримаючи колбу проти яскравої електричної лампи, що висить на стелі. Для цього потрібно стати під лампою, тримаючи колбу за горло в похилому положенні між лампою та обличчям, і намагатися побачити у ній яскраве зображення лампи. На такому фоні кристали йоду, що не розчинилися, добре помітні. Тоді кристали обох речовин зберуться в одному місці і навколо кристалів йоду утвориться зона концентрованого розчину KJ, в якому йод швидко розчиниться.

Всі лужні метали – речовини сріблясто-білого кольору, з характерним металевим блиском, гарною електро- та теплопровідністю, низькими температурами плавлення та порівняно низькими температурами кипіння, малою щільністю та великим об'ємом атомів. У пароподібному стані їх молекули одноатомні; іони безбарвні.

На вигляд темно-фіолетові, майже чорні кристали з характерним металевим блиском. Добре розчиняється у воді. Марганцевокислий калій належить до сильних окислювачів, чим і зумовлені його дезінфекційні властивості.

Загальні відомості про метали

Вам відомо, що більшість хімічних елементів відносять до металів - 92 із 114 відомих елементів.

Метали - це хімічні елементи, атоми яких віддають електрони зовнішнього (а деякі - і передзовнішнього) електронного шару, перетворюючись на позитивні іони.

Для атомів металів характерні невеликі значення електронегативності (від 0,7 до 1,9) та виключно відновлювальні властивості, тобто здатність віддавати електрони.

Хімічні елементи, розташовані поблизу діагоналі бор-астат, мають двоїсті властивості: в одних своїх сполуках поводяться як метали, в інших - виявляють властивості неметалу.

У побічних підгрупах відновлювальні властивості металів із збільшенням порядкового номера найчастіше зменшуються. Порівняйте активність відомих вам металів І групи побічної підгрупи: Сu, Аg, Аu; ІІ групи побічної підгрупи - і ви переконаєтесь у цьому самі.

Це можна пояснити тим, що на міцність зв'язку валентних електронів з ядром атомів цих металів більшою мірою впливає величина заряду ядра, а не радіус атома. Величина заряду ядра значно збільшується, тяжіння електронів до ядра посилюється. Радіус атома при цьому хоч і збільшується, але не так значно, як у металів головних підгруп.

Прості речовини, утворені хімічними елементами - металами, н складні металовмісні речовини відіграють найважливішу роль у мінеральному та органічному «житті» Землі. Достатньо згадати, що атоми (нони) елементів-металів є складовою частин сполук, визначальних обмін речовин в організмі людини, тварин, рослин. Наприклад, у крові людини знайдено 76 елементів, і з них лише 14 не є металами. В організмі людини деякі елементи-метали (кальцій, калій, натрій, магній) присутні в велику кількістьтобто є макроелементами. А такі метали, як хром, марганець, залізо, кобальт, мідь, цинк, молібден є у невеликих кількостях, тобто це мікроелементи. Якщо вага людини 70 кг, то в її організмі міститься (у грамах): кальцію – 1700, калію – 250, натрію – 70, магнію – 42, заліза – 5. цинку – 3. Всі метали надзвичайно важливі, проблеми зі здоров'ям виникають і при їх нестачі, і за надлишку.

Наприклад, іони натрію регулюють вміст води в організмі, передачу нервового імпульсу. Його недолік призводить до головного болю, слабкості, слабкої пам'яті, втрати апетиту, а надлишок – до підвищення артеріального тиску, гіпертонії, захворювань серця. Фахівці з харчування рекомендують споживати на день не більше 5 г (1 чайна ложка) кухонної солі (NaСl) на дорослу людину. Про вплив металів на стан тварин та рослин можна дізнатися з таблиці 16.

Прості речовини – метали

З розвитком виробництва металів (простих речовин) та сплавів пов'язало виникнення цивілізації («бронзовий вік», залізний вік).

Початок приблизно 100 років тому науково-технічна революція, що зачепила і промисловість, і соціальну сферутакож тісно пов'язана з виробництвом металів. На основі вольфраму, молібдену, титану та інших металів почали створювати корозійностійкі, надтверді, тугоплавкі сплави, застосування яких значно розширило можливості машинобудування. У ядерній та космічної технікиіз сплавів вольфраму та ренію роблять деталі, що працюють при температурах до 3000 ºС. у медицині використовують хірургічні інструменти зі сплавів танталу та платини, унікальної кераміки на основі оксидів титану та цирконію.

І звичайно ж ми не повинні забувати, що у більшості сплавів використовують давно відомий метал залізо (рис. 37), а основу багатьох легких сплавів складають порівняно «молоді» метали: алюміній та магній.

Надновими стали композиційні матеріали, що представляють, наприклад, полімер або кераміку, які всередині (як бетон залізними прутами) зміцнені металевими волокнами, які можуть бути з вольфраму, молібдену, сталі та інших металів та сплавів – все залежить від поставленої мети, необхідних для її досягнення властивостей матеріалу.

Ви вже маєте уявлення про природу хімічного зв'язку у кристалах металів. Нагадаємо на прикладі одного з них – натрію, як вона утворюється.
На малюнку 38 зображено схему кристалічної решітки металу натрію. У ній кожен атом натрію оточений вісьмома сусідніми. У атомів натрію, як і всіх металів, є багато вільних валентних орбіталей і мало валентних електронів.

Єдиний валентний електрон атома натрію Зs 1 може займати будь-яку з дев'яти вільних орбіталей, адже вони дуже відрізняються за рівнем енергії. При зближенні атомів, коли утворюється кристалічна решітка, валентні орбіталі сусідніх атомів перекриваються, завдяки чому електрони вільно не ре-міщаються з однієї орбіталі на іншу, здійснюючи зв'язок між усіма атомами кристала металу.

Такий тип хімічного зв'язку називають металевим. Металевий зв'язок утворюють елементи, атоми яких на зовнішньому шарі мають мало валентних електронів у порівнянні з більшим числом зовнішніх енергетично близьких орбіталей. Їхні валентні електрони слабо утримуються в атомі. Електрони, що здійснюють зв'язок, узагальнені та переміщаються по всій кристалічній решітці в цілому нейтрального металу.

Металевий зв'язок - це зв'язок у металах і сплавах між атом-іонами металу, розташованими у вуллах кристалічних ґрат, що здійснюється узагальненими валентними електронами.

Деякі метали кристалізуються у двох або більше кристалічних формах. Цю властивість речовин - існувати в декількох кристалічних модифікаціях - називають поліморфізмом. Поліморфізм для простих речовин вам відомий під назвою алотропія.

Олово має дві кристалічні модифікації:
альфа - стійка нижче 13,2 ºС із щільністю р - 5.74 г/см3. Це сіре олово. Воно має кристалічну решітку типу алмаав (атомну):
бетта - стійка вище 13.2 ºС із щільністю р - 6,55 г/см3. Це біле олово.

Біле олово – дуже м'який метал. При охолодженні нижче 13,2 ºС він розсипається в сірий порошок, оскільки при переході | 1 п значно збільшується його питомий обсяг. Це явище отримало назву олов'яної чуми. Звичайно, особливий вид хімічного зв'язку та тип кристалічної решітки металів повинні визначати та пояснювати їх фізичні властивості.

Спробуймо пояснити причини, що визначають основні фізичні властивості металів. Чому метали пластичні?

Аналогічний вплив на тверду речовину з коннлентними зв'язками (атомними кристалічними гратами) призводить до розриву ковалентних зв'язків. Розрив зв'язків в іонній решітці призводить до взаємного відштовхування однойменно заряджених іонів (рис. 40). Тому речовини з атомними та іонними кристалічними ґратами крихкі.

Найбільш пластичні метали – це Аu, Af, Cu, Sn, РЪ, Zn. Вони легко витягуються в дріт, піддаються ковці, пресування, прокочування в листи- Наприклад, із золота можна виготовити золоту фольгу товщиною 0,008нм, з 0,5 г цього металу можна витягнути нитку довжиною 1 км.

Навіть ртуть, яка, як ви знаєте, при кімнатній температурі рідка, при низьких температурах я твердому стані стає куванням, як свинець. Не мають пластичності лише Bi і Мn, вони крихкі.

Чому метали мають характерний блиск, також непрозорі?

Електрони, що заповнюють міжатомний простір, відображають світлові промені (а не пропускають, як скло), причому більшість металів однаково розсіюють всі промені видимої частини спектру. Тому вони мають сріблясто-білий чи сірий колір. Стронцій, золото та мідь більшою мірою поглинають короткі хвилі (близькі до фіолетового кольору) і відображають довгі хвилі світлового спектру, тому мають відповідно світло-жовтий, жовтий та мідний кольори.

Хоча на практиці, ви знаєте, метал не завжди нам здається світлим тілом. По-перше, його поверхня може окислюватися і втрачати блиск. Тому самородна мідь виглядає зеленим каменем. А по-друге, і чистий метал може не блищати. Дуже тонкі листки срібла та золота мають зовсім несподіваний вигляд – вони мають блакитно-зелений колір. А дрібні порошки металів здаються темно-сірими, навіть чорними.

Найбільшу відбивну здатність мають срібло, алюміній, паладій. Їх використовують при виготовленні дзеркал, у тому числі у прожекторах.

Чому метали мають високу електричну провідність та теплопровідні?

Хаотично рухомі електрони в металі під волдей-ством прикладеної електричної напруги набувають спрямованого руху, тобто проводять електричний струм. При підвищенні температури мета-тлю зростають амплітуди коливання кристалів, що знаходяться у вузлах, решітки атомів і іонів. Це ускладнює переміщення електронів, електрична провідність металу падає. За низьких температур коливальний рух, навпаки, сильно зменшується і електрична провідність металів різко зростає. У абсолютного нуля опір у металів майже відсутній, у більшості металів утворюється понад провідність.

Найбільшу електричну провідність мають срібло, мідь, а також золото, алюмінії, найменшу - марганець, свинець, ртуть.

Найчастіше з такою самою закономірністю, як і електрична провідність, змінюється теплопровідність металів.

Механічна міцність, щільність, температура плавлення у металів дуже відрізняються. Причому із збільшенням числя.оекгронів. зв'язують іон-атоми, і зменшенням міжатомної відстані в кристалах показники цих властивостей зростають.

Так, лужні метали, атоми яких мають один валентний електрон, м'які (ріжуться ножем), з невеликою щільністю (літій - найлегший метал з р - 0.53 г/см3) і плавляться за невисоких температур (наприклад, температура плавлення цезію 29 "С) Єдиний метал, рідкий за звичайних умов - ртуть - має температуру плавлення, що дорівнює 38.9”С.

Кальцій, що має два електрони на зовнішньому енергетичному рівні атомів, набагато твердіший і плавиться при вищій температурі (842º С).

Ще більш арочною є кристалічна решітка, утворена атомами скандію, які мають три валентні електрони.

Але найбільш іркові кристалічні грати, великі щільності та температури плавлення спостерігаються у металів побічних підгруп V, VI, VII, МП груп. Це тим. що для металів побічних підгруп, що мають нерятовані валентні електрони на d-підрівні, характерне утворення дуже міцних ковалентних зв'язків між атомами, крім металевої, що здійснюється електронами зовнішнього шару з s-орбіталей.

Метали розрізняються по відношенню до магнітних полів. Але цією ознакою їх ділять на три групи:

Феромагнітні здатні намагнічуватися під дією навіть слабких магнітних полів (залізо - альфа-форма, кобальт, нікель, гадоліній);

Парамагнітні виявляють слабку здатність до намагнічування (алюміній, хром, титан, багато лантаноїдів);

Діамагнітні не притягуються до магніту, лаже трохи відштовхуються від нього (олово, мілину, вісмут).

У техніці прийнято класифікувати метали за різними фізичними властивостями:

а) густини - легкі (р< 5 г/см3) и тяжелые (все остальные);
б) температурі плавлення - легкоплавкі та тугоплавкі.

Класифікації металів за хімічними властивостями

Метали з низькою хімічною активністю називають благородними (срібло, золото, платина та її аналоги - осмій, іридій, рутеній, паладій, родій).
По близькості хімічних властивостей виділяють лужні (метали І групи головної підгрупи), лужноземельні (кальцій, стронцій, барій, радій), а також рідкісноземельні метали (скандій, ітрій, лантан і лантаноїди, актиній та актиноїди).

Загальні хімічні властивості металів

Атоми металів порівняно легко віддають валентні електрони та переходять у позитивно заряджені нони, тобто окислюються. У цьому, як вам відомо, головна загальна властивість і атомів, і простих речовин-металів.

Метали у хімічних реакціях завжди є відновниками. Відновлювальна здатність атомів простих речовин - металів, утворених хімічними елементами одного періоду чи однієї головної підгрупи Періодичної системи Д. І. Менделєєва, змінюється закономірно.

1. Чим лівіше стоїть метал я цьому ряду, тим сильнішим відновником він є.
2. Кожен метал здатний витісняти (відновлювати) іа солень у розчині ті метали, які у ряді напруг стоять після нього (правіше).
3. Метали, що знаходяться в ряді напруг лівіше водню, здатні витісняти його з кислот у розчині.
4. Метали, що є найсильнішими відновниками (лужні та лужноземельні), у будь-яких водних розчинах взаємодіють насамперед із водою.

Наприклад, літій більш активний у водних розчинах, ніж натрій (хоча за становищем у Періодичній системі Nа - більш активний метал). Справа в тому, що енергія гідратації іонів Li+ значно більша, ніж енергія гідратації іонів Na+. тому перший процес є енергетично вигіднішим.
Розглянувши загальні положення, що характеризують відновлювальні властивості металів, перейдемо до конкретних хімічних реакцій.

Взаємодія з простими речовинами-неметалами

1. З киснем більшість металів утворюють оксиди – основні та амфотерпі. Кислотні оксиди перехідних металів, наприклад, оксид хрому або оксид марганцю не утворюються при прямому окисленні металу киснем. Їх одержують непрямим шляхом.

Лужні метали Nа, активно реагують з киснем повітря, утворюючи пероксиди.

Оксид натрію отримують непрямим шляхом при прожарюванні пероксидів з відповідними металами:

Літій та лужноземельні метали взаємодіють з киснем повітря, утворюючи основні оксиди.

Інші метали, крім золота та платинових металів, які взагалі не окислюються киснем повітря, взаємодіють з ним менш активно або при нагріванні.

2. З галогенами метали утворюють солі галогеноводородних кислот.

3. З воднем найактивніші метали утворюють гідриди - іонні солен окремі речовини, в яких водень має ступінь окислення -1, наприклад:
гідрид кальцію.

Багато перехідних металів утворюють з воднем гідриди. особливого типу- відбувається як би розчинення або впровадження водню в кристалічну решітку металів між атомами та іонами, при цьому метал зберігає свій зовнішній виглядале збільшується в обсязі. Поглинений водень знаходиться у металі, мабуть, в атомарному вигляді. Існують і гідриди металів проміжного характеру.

4. З сірої метали утворюють солі – сульфіди.

Взаємодія зі складними речовинами

1. З водою. Лужні та лужноземельні метали за звичайних умов витісняють водень з води та утворюють розчинні основи-луги.

Магній взаємодіє з водою тільки при кип'ятінні, при цьому виділяється водень. Якщо магній, що горить, внести у воду, то горіння триває, оскільки протікає реакція: горить водень. Залізо взаємодіє з водою лише у розпеченому вигляді.

2. З кислотами в розчині взаємодіють метали, що стоять у ряді напруги до водню. При цьому утворюються сіль та водень. А ось свинець (і деякі інші метали), незважаючи на його положення в ряді напруг (ліворуч від водню), майже не розчиняється в розведеній сірчаній кислоті, так як сульфат, що утворюється, свинцю PbSO, нерозчинний і створює на поверхні металу захисну плівку.

3. Із солями менш активних металів у розчині. В результаті такої реакції утворюється сіль активнішого металу і виділяється менш активний метал у вільному вигляді.

Потрібно пам'ятати, що реакція йде в тих випадках, коли сіль, що утворюється, розчинна. Витиснення металів з їх сполук іншими металами вперше докладно вивчав Н. Н. Бекетов – великий російський фізикохімік. Він розташував метали за хімічною активністю у «в'язничний ряд», що став прототипом ряду напруг металів.

Метали беруть участь у реакціях з галогеналканами, які використовують для отримання нижчих циклоалкнов і для синтезів, в ході яких відбувається ускладнення вуглецевого скелета молекули (реакція А. Вюрца):

5. З лугами у розчині взаємодіють метали, гідроксиди яких амфотерни.

6. Метали можуть утворювати хімічні сполуки один з одним, які отримали загальну назву – інтерметалеві сполуки. Вони найчастіше не виявляються ступеня окислення атомів, які притаманні сполук металів з неметалами.

Оксиди та гідроксиди металів

Оксиди, утворені типовими металами, відносять до солеобраюючих, основних за характером властивостей. Як ви знаєте, їм відповідають гідроксиди. є основами, які у разі лужних і лужноземельних металів розчиняються у воді, є сильними електролітамиі називаються лугами.

Наприклад:

Наприклад, хром нвсоединениях виявляє три ступеня окислення: +2, +3, +6, тому він утворює три ряди оксидів і гідроксидів, причому зі збільшенням ступеня окиснення всмоктується кислотний характер і послаблюється основний.

Корозія металів

При взаємодії металів з речовинами навколишнього середовища їх поверхні обриауются з'єднання, що мають зовсім інші властивості, ніж самі метали. У звичайній жилці ми часто вживаємо слова «іржа», «іржавіння», бачачи коричнево-рудий наліт на виробах із заліза та його сплавів. Іржавіння це найчастіший випадок корозії.

Корозія - це процес самопромильного руйнування металів і сплата not) аліяішсм довкілля (від лат. - роз'їдання).

Однак руйнуванню піддаються практично всі метали, в результаті чого багато їхніх властивостей погіршуються (або зовсім губляться): зменшуються міцність, пластичність, блиск, знижується електропровідність, л також зростає тертя між деталями, що рухаються, мшин, змінюються розміри деталей і т. д.

Корозія металів буває суцільною та місцевою.

Нервен не така небезпечна, як друга, її прояви можуть бути враховані при проектуванні конструкцій та апаратів. Значно небезпечніша місцева корозія, хоча втрати металу тут можуть бути і невеликими. Один із найнебезпечніших її видів - точкова. Вони полягає у освіті наскрізних поразок, тобто точкових порожнин - піттингів, при цьому знижується міцність окремих ділянок, зменшується надійність конструкцій, апаратів, споруд.

Корозія металів завдає великої економічної шкоди. Людство зазнає величезних матеріальних втрат у ре-еуньтаті руйнування трубопроводів, деталей машин, судів, мостів, різного устаткування.

Корозія призводить до зменшення надійності роботи металоконструкцій- Враховуючи можливу руйнацію, доводиться завищувати міцність деяких виробів (наприклад, деталей літаків, лопатей турбін), а значить, збільшувати витрату металу, а це вимагає додаткових економічних витрат.

Корозія призводить до простоїв виробництва через заміну устаткування, що вийшло з ладу, до втрат сировини і продукції в результаті руйнування гало-, нафто-і водопроводів. Не можна не враховувати і шкоди природі, а отже, і здоров'ю людини, завданої внаслідок витоку нафтопродуктів та інших хімічних речовин. Корозія може призводити до забруднення продукції, а отже, до зниження її якості. Витрати відшкодування втрат, що з корозією, колосальні. Вони становлять близько 30% річного виробництва металів у всьому світі.

З усього сказаного випливає, що дуже важливою проблемоює пошук способів захисту металів та сплавів від корозії.

Вони дуже різноманітні. Але для їх вибору необхідно знати та враховувати хімічну сутність процесів корозії.

Але хімічної природикорозія - це окнислітельно-відновлювальний процес. Залежно від середовища, у якому він протікає, розрізняють кілька видів корозії.

Найбільш часто зустрічаються види корозії: хімічна та електрохімічна.

I. Хімічна корозія відбувається в середовищі, що не проводить електричний струм. Такий вид корозії проявляється у разі взаємодії металів із сухими газами або рідинами - неелектролітами (бензином, гасом та ін.) Такому руйнуванню піддаються деталі та вузли двигунів, газових турбін, ракетних установок. Хімічна корозія часто спостерігається у процесі обробки металів за високих температур.

ІІ. Електрохімічна корозія відбувається у струмопровідному середовищі (в електроліті) із виникненням усередині системи електричного струму. Як правило, метали та сплави неоднорідні, містять включення різних домішок. При контакті з електролітами одні ділянки поверхні починають виконувати роль анода (віддають електрони), інші - роль катода (беруть електрони).

В одному випадку спостерігатиметься виділення газу (Нг). В іншому – утворення іржі.

Отже, електрохімічна корозія - реакція, що у середовищі, які проводять струм (на відміну хімічної корозії). Процес відбувається при зіткненні двох металів або поверхні металу, що містить включення, які є менш активними провідниками (це може бути і неметал).

На аноді (активнішому металі) йде окислення атомів металу з утворенням катіонів (розчинення).

Катіони водню та розчинений кисень найважливіші окислювачі, що викликають електрохімічну корозію.

Електроліт може служити морська вода, річкова вода, конденсована волога і звичайно ж добре відомі всім електроліти - розчини солей, кислот, лугів.

Ви, очевидно, пам'ятаєте, що взимку для видалення снігу і льоду з тротуарів використовують технічну сіль (хлорид натрію, іноді хлорид кальцію та ін.) - розчини, що утворюються, стікають в каналізаційні трубопроводи, створюючи тим самим сприятливе середовище для електрохімічної корозії підземних комунікацій.

Способи захисту від корозії

Вже під час проектування металевих конструкцій їхньому виготовленні передбачають заходи захисту від корозії.

1. Шліфування поверхонь виробу, щоб не затримувалася волога.
2. Застосування легованих сплавів, що містять спеціальні добавки: хром, нікель, які у високій температурі на поверхні металу утворюють стійкий оксидний шар. Загальновідомі леговані сталі - нержавійки, з яких виготовляють предмети домашнього побуту (ножн. вилки, ложки), деталі машин, інструменти.
3. Нанесення захисного покриття.

Розглянемо їхні види.

Неметалічні - олії, що не окислюються, спеціальні лаки, фарби. Щоправда, вони недовговічні, зате дешеві.

Хімічні - штучно створювані поверхневі плівки: оксидні, цитрндні, силіцидні, полімерні та ін. Наприклад, вся стрілецька зброя У деталі багатьох точних приладів піддають вороненню - це процес отримання найтоншої плівки оксидів заліза на поверхні сталевого виробу. Штучна оксидна плівка, що виходить, дуже міцна і надає виробу красивий чорний колір і синій відлив. Полімерні покриття виготовляють нз поліетилену, поліхлорвінілу, поліамідних смол. Наносять їх двома способами: нагріте виріб поміщають в порошок полімеру, який плавиться і приварюється до металу, або поверхню металу обробляють розчином полімеру в низькокитному розчиннику, який швидко випаровується, а полімерна плівка залишається на виробі.

Металеві – це покриття іншими металами, на поверхні яких під дією окислювачів утворюються стійкі захисні плівки.

Нанесення хрому на поверхню - хромування, нікелю - нікелювання, цинку - цинкування, олова - лудіння і т. д. Покриттям може бути пасивний в хімічному відношенні метал - золото, срібло, мідь.

4. Електрохімічні засоби захисту.

Протекторна (анодна) - до металевої конструкції, що захищається, приєднують шматок більш активного металу (протектор), який служить анодом і руйнується в присутності електроліту. Як протектор при захисті корпусів суден, трубопроводів, кабелів та інших стильних виробів використовують магній, алюміній, цинк;

Катодна - металоконструкцію приєднують до катода зовнішнього джерела струму, що унеможливлює її анодну руйнацію.

Відомо, що дамаські майстри для зняття окалини та
іржі користувалися розчинами сірчаної кислоти з додаванням пивних дріжджів, борошна, крохмалю. Ці принеси і були одними з перших інгібіторів. Вони не дозволяли кислоті діяти на збройовий метал, у результаті розчинялися лише окалина та іржа. Уральські зброярі застосовували для цього травильні супи - розчини сірчаної кислоти з добавкою борошняних висівок.

Приклади використання сучасних інгібіторів: соляна кислота при перевезенні та зберіганні чудово приборкується похідними бутиламіну. а сірчана кислота – азотною кислотою; леткий діетиламін впорскують у різні ємності. Зазначимо, що інгібітори діють лише на метал, роблячи його пасивним по відношенню до середовища, наприклад, до розчину кислоти. Науці відомо понад 5 тис. інгібіторів корозії.

Способи одержання металів

Значна хімічна активність металів (взаємодія з киснем повітря, іншими неметалами, водою, розчинами солей, кислотами) призводить до того, що у земній корі вони зустрічаються головним чином вигляді сполук: оксидів, сульфідів, сульфатів, хлоридів, карбонатів тощо.

У вільному вигляді зустрічаються метали, розташовані у ряді напруг правіше водню, хоча набагато частіше мідь і ртуть у природі можна зустріти у вигляді сполук.

Мінерали та гірські породи, що містять метали та їх сполуки, з яких виділення чистих металів технічно можливе та економічно доцільне, називають рудами.

Отримання металів із руд - завдання металургії.
Металургія - це наука про промислові способи отримання металів з руд. та галузь промисловості.
Будь-який металургійний процес - це відновлення іонів металу з допомогою різних відновників.

Щоб реалізувати цей процес, треба врахувати активність металу, підібрати відновник, розглянути технологічну доцільність, економічні та екологічні фактори. Відповідно до цього існують такі способи одержання металів: пірометаллургічний. гідрометалургійний, електрометалургійний.

Пірометаллургія - відновлення металів з руди на високих температурах за допомогою вуглецю, оксиду углс-роду(П). водню, металів – алюмінію, магнію.

Гідрометалургія - це відновлення металів їм їх солей у розчині. Процес проходить у 2 етапи:

1) природне з'єднання розчиняють у відповідному реагенті для отримання розчину солі цього металу;
2) з отриманого рахтворю даний метал витісняють активнішим або відновлюють електролізом. Наприклад, щоб отримати мідь на руди, що містить оксид міді СіО, її обробляють розведеною сірчаною киглотою.

Потім мідь витягують із розчину солі або: електролізом, або витісняють кз сульфату залізом. У такий спосіб отримують срібло, цинк, молібден, золото, уран.

Електрометалургія - відновлення металів у процесі електролізу розчинів або розплавів їх сполук.

Електроліз

Якщо розчин або розплав електроліту опустити електроди і пропустити постійний електричний струм, то іони будуть рухатися спрямовано: катіони - до катода (негативно зарядженого електрода), аніони - до анода (позитивно зарядженого електрода).

Па катоді катіони приймають електрони і відновлюються на аноді аніони віддають електрони та окислюються. Цей процес називають електролізом.
Електроліз це окислювально восстаногштель ний процес, що протікає на злсктроікія при проходженні електричного струму чсрсе розп'яючи або розчин електроліту.

Складніша справа у разі електролізу розчинів електролітів.

Для визначення продуктів електролізу водних розчинівелектролітів існують такі правила.

1. Процес на катоді залежить не від матеріалу катода, на якого він зроблений, а від положення металу (катіону електроліту) в електрохімічному ряду напруги, при цьому якщо:

1.1. Катіон електроліту розташований у ряді напруг на початку ряду (по Аl включно), то на катоді йде процес відновлення води (виділяється водень). Катіони металу не відновлюються, вони залишаються у розчині.
1.2. Катіон електроліту перебуває у ряді напруг між алюмінієм і воднем, то катоді відновлюються одночасно і нони металу, і молекули води.
1.3. Катіон електроліту знаходиться у ряді напруг після водню, то на катоді відновлюються катіони металу.
1.4. У розчині міститься катіони різних металів, то відновлюється катіон металу, що стоїть у ряді напруг

Ці правила відображено на схемі 10.

2. Процес на аноді залежить від матеріалу анода та від природи аннона (схема 11).

2.1. Коли анод розчиняється (залізо, цинк. мідь, срібло та всі метали, що окислюються в процесі електролізу), то окислюється метал анода, незважаючи на природу аніону. 2.2. Якщо анод не розчиняється (його називають інертним – графіт, золото, платина), то:
а) при електролізі розчинів солей безкисневих кислот (про ме фторидів) на аноді йде процес окислення аніону;
б) при електролізі розчинів солей кисневмісних кисяот і фторидів на аноді йде процес окислення води. Аніони не окислюються, вони залишаються у розчині;

Електроліз розплавів н розчинів речовин широко використовують у промисловості:

1. Для отримання металів (алюмінії, магній, натрій, кадмій одержують лише електролізом).
2. Для одержання водню, галогенів, лугів.
3. Для очищення металів – рафінування (очищення міді, нікелю, свинцю проводять електрохімічним методом).
4. Для захисту металів від корозії – нанесення захисних покриттів у вигляді тонкого шару іншого металу, стійкого до корозії (хрому, нікелю, міді, срібла, золота) – гальваностегія.
5. Отримання металевих копій, платівок – гальванопластика.

Практичне завдання

1. Як пов'язані будова металів до розташування їх у головних та побічних підгрупах Періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва?
2. Чому лужні та лужноземельні метали мають у сполуках єдиний ступінь окислення: (+1) та (+2) відповідно, а метали побічних підгруп, як правило, виявляють у сполуках різні ступені окислення?
3. Які ступені окислення може виявляти марганець? Які оксиди до гідрокенди відповідають марганцю у цих ступенях окиснення? Який їхній характер?
4. Порівняйте електронну будову атомів елементів VII групи: марганцю та хлору. Поясніть відмінність в їх хімічних властивостях і наявність різних ступенів окислення атомів у обох елементів.
5. Чому становище металів в електрохімічному ряду напруг не завжди відповідає їх положенню в Періодичній системі Д. І. Менделєєва?
9. Складіть рівняння реакцій натрію та магнію з оцтовою кислотою. У якому разі і чому швидкість реакції буде більшою?
11. Які способи одержання металів ви знаєте? У чому полягає сутність усіх способів?
14. Що таке корозія? Які види корозії ви знаєте? Який з них являє собою фізико-хімічний процес?
15. Чи можна вважати корозією такі процеси: а) окислення заліза при електрозварюванні; б) взаємодія цинку з соляною кислотою при отриманні травленої кислоти для паяння? Дайте відповідь.
17. Виріб з марганцю знаходиться у воді і контактує з мідним виробом. Чи збережуться обидва вони у незмінному вигляді?
18. Чи буде захищена залізна конструкція від електрохімічної корозії у воді, якщо на ній вкрапити пластину з іншого металу: а) магнію, б) свинцю, в) нікелю?
19. З якою метою поверхню цистерн для зберігання нафтопродуктів (бензину, гасу) забарвлюють срібрином - сумішшю алюмінієвої пудри з однією з рослинних олій?
20. На поверхні закисленого ґрунту садового учпетклу знаходяться залізні труби з вставленими латунними кранами. Що зазнаватиме корозії: труба іян кран? Де руйнація найбільш виражено?
21. Чим відрізняється електроліз розплавів від електролізу водних розчинів?
22*. Які метали можна отримати електролізом розплавів їх солей і не можна отримати електролізом водних розчинів цих речовин?
23*. Складіть рівняння електролізу хлориду барію в: а) розплаві; б) розчині.
28. До розчину, що містить 27 г хлориду міді(II), додали 1-4 г залізної тирси. Яка маса мідні виділилася в результаті цієї реакції?
Відповідь: 12,8 р.
29. Яку масу сульфату цинку можна отримати при взаємодії надлишку цинку з 500 мл 20% розчину сірчаної кислоти з щільністю 1.14 г/мл?
Відповідь: 187.3 р.
31. При обробці 8 г суміші магнію та оксиду магнію соляною кислотою виділилося 5.6 л водню (н, у.). Яка масова частка(У %) ЧЕРВНЯ у вихідній суміші?
Відповідь: 75%.
34. Визначте масову частку (у відсотках) вуглецю в сталі (сплав заліза з вуглецем), якщо при спалюванні її навішування масою 10 г у струмі кисню було зібрано 0,28 л оксиду вуглецю (ІV) (н. у.).
Відповідь: 1.5%.
35. Зразок натрію масою 0.5 г помістили у воду. Ні нейтралізацію отриманого розчину витратили 29,2 г 1,5%-ної соляної кислоти. Яка масова частка (у відсотках) натрію у зразку?
Відповідь: 55.2%.
36. Сплав міді та алюмінію обробили надлишком розчину гідроксиду натрію, при цьому виділився газ об'ємом 1,344 л (н. у.). склад сплаву? Відповідь: 1.08 г Аl 0,32 г Сu або 77,14% Аl 22.86% Сu.
37. Яку масу чавуну, що містить 94% заліза, можна отримати з 1 т червоного залізняку (Fe2О3), що містить 20% домішок?
Відповідь: 595.74 кг.

Метали у природі

Якщо ви уважно вивчали хімію в попередніх класах, то вам відомо, що таблиця Менделєєва налічує понад дев'яносто видів металів і приблизно шістдесят із них можна зустріти в природному середовищі.

Метали, що зустрічаються в природі, можна умовно розділити на такі групи:

Метали, які можна зустріти у природі у вільному вигляді;
метали, що зустрічаються у вигляді сполук;
метали, які можна зустріти в змішаному виглядітобто вони можуть бути як у вільному вигляді, так і у вигляді сполук.

На відміну від інших хімічних елементів, метали часто зустрічаються в природі у вигляді простих речовин. Вони, зазвичай, мають самородний стан. До таких металів, які представлені у вигляді простих речовин, можна віднести золото, срібло, мідь, платину, ртуть та інші.

Але не всі метали, що зустрічаються в природному середовищі, представлені у самородному стані. Деякі метали можна зустріти як сполук і їх називають мінералами.

Крім того, такі хімічні елементи, як срібло ртуть і мідь, можна зустріти як у самородному стані, так і в стані сполук, що мають вигляд.

Усі ті мінерали, з яких надалі можна одержати метали, називаються рудами. У природі є руда, до складу якої входить залізо. Така сполука отримала назву залізної руди. А якщо ж у складі знаходиться мідь, але, відповідно, така сполука називається мідною рудою.

Звичайно ж, найбільш поширеними в природі є метали, які активно взаємодіють із киснем та сіркою. Їх прийнято називати оксидами та сульфідами металів.

Таким поширеним елементом, що утворює метал, є алюміній. Алюміній міститься в глині, а також входить до складу такого коштовного каміння, як сапфір і рубін.

Другим за популярністю та поширенням, є такий метал, як залізо. Він, зазвичай, зустрічається у природі як сполук, а самородному вигляді його можна зустріти лише у складі метеоритних каменів.

Наступними за поширенням у природному середовищі, вірніше у земній корі, є такі метали, як магній, кальцій, натрій, калій.

Тримаючи в руці монети, ви, мабуть, помічали, що від них походить характерний запах. Але, виявляється, це не запах металу, а запах, що походить від сполук, який утворюється при зіткненні металу з людським потом.

А чи знали ви, що у Швейцарії налагоджено випуск золотих злитків у формі шоколадної плитки, яку можна розламати на часточки і використовувати як подарунок чи платіжний засіб? Такі шоколадні плитки компанія виробляє із золота, срібла, платини та паладію. Якщо таку плитку розламати на часточки, то кожна з них важить лише один грам.

А ще, досить цікавою властивістю володіє такий металевий сплав, як нітінол. Він унікальний тим, що має ефект пам'яті і при нагріванні деформований виріб з цього сплаву здатний повертатися до своєї первозданної форми. Такі своєрідні матеріали із так званою пам'яттю застосовують для виготовлення втулок. Вони мають властивість при низьких температурах стискатися, а при кімнатній температурі ці втулки розпрямляються і це з'єднання є навіть надійніше, ніж зварювання. А відбувається таке явище завдяки тому, що ці метали мають структуру термопружності.

А чи замислювалися ви над тим, чому до золотих ювелірних виробів прийнято додавати сплав срібла чи міді? Виявляється, це відбувається тому, що золото в чистому вигляді дуже м'яке і легко подряпати навіть за допомогою нігтя.