Các kim loại này có làm sáng bóng sắt đồng nhôm không. Tương tác của kim loại với các chất phức tạp

Thông tin chung về kim loại

Bạn có biết điều đó hầu hết không nguyên tố hóa học thuộc về kim loại - 92 trong số 114 nguyên tố đã biết.

Kim loại là những nguyên tố hóa học mà nguyên tử của nó hiến các electron từ lớp electron ngoài cùng (và một số từ ngoài cùng), biến thành các ion dương.

Tính chất này của các nguyên tử kim loại, như bạn đã biết, được xác định bởi thực tế là chúng có bán kính tương đối lớn và một số lượng nhỏ các điện tử (chủ yếu từ 1 đến 3) trên lớp ngoài.

Ngoại lệ duy nhất là 6 kim loại: nguyên tử gecmani, thiếc, chì ở lớp ngoài cùng có 4 electron, nguyên tử antimon, bitmut -5, nguyên tử polonium - 6.

Nguyên tử kim loại được đặc trưng bởi các giá trị độ âm điện nhỏ (từ 0,7 đến 1,9) và riêng tính chất phục hồi, nghĩa là, khả năng tặng electron.

Bạn đã biết rằng trong Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học của D. I. Mendeleev, các kim loại nằm dưới đường chéo boron-astatine, I cũng ở trên nó trong các phân nhóm phụ. Trong các thời kỳ và phân nhóm đất sét, có những quy luật mà bạn đã biết trong việc thay đổi kim loại, và do đó tính chất khử của các nguyên tử của các nguyên tố.

Các nguyên tố hóa học nằm gần đường chéo boron-astat có đặc tính kép: trong một số hợp chất của chúng, chúng hoạt động giống như kim loại, trong số khác, chúng thể hiện các đặc tính của một phi kim loại.

Trong các phân nhóm phụ, tính khử của kim loại tăng dần số seri thường giảm nhất. So sánh hoạt độ của các kim loại nhóm I của phân nhóm phụ mà em đã biết: Cu, Ag, Au; Nhóm II của một nhóm phụ thứ cấp - và bạn sẽ tự mình thấy.

Điều này có thể được giải thích là do độ bền liên kết của các electron hóa trị với hạt nhân nguyên tử của các kim loại này trong hơnĐó là điện tích của hạt nhân ảnh hưởng, không phải bán kính của nguyên tử. Giá trị của điện tích hạt nhân tăng lên đáng kể thì lực hút êlectron đối với hạt nhân tăng lên. Trong trường hợp này, mặc dù bán kính của nguyên tử tăng lên nhưng nó không đáng kể bằng các kim loại thuộc các phân nhóm chính.

Chất đơn giản do nguyên tố hóa học tạo thành - kim loại và chất phức tạp chứa kim loại đóng vai trò vai trò thiết yếu trong "sự sống" khoáng chất và hữu cơ của Trái đất. Chỉ cần nhắc lại rằng nguyên tử (nones) của các nguyên tố kim loại là một phần không thể thiếu hợp chất quyết định sự trao đổi chất trong cơ thể người, động vật, thực vật. Ví dụ, 76 nguyên tố được tìm thấy trong máu người, và chỉ 14 nguyên tố trong số đó không phải là kim loại. Trong cơ thể con người, một số nguyên tố kim loại (canxi, kali, natri, magie) hiện diện với số lượng lớn, tức là chúng là chất dinh dưỡng đa lượng. Và các kim loại như crom, mangan, sắt, coban, đồng, kẽm, molypden có mặt với số lượng nhỏ, tức là đây là các nguyên tố vi lượng. Nếu một người nặng 70 kg, thì cơ thể anh ta chứa (tính bằng gam): canxi - 1700, kali - 250, natri - 70, magiê - 42, sắt - 5. kẽm - 3. Tất cả các kim loại đều cực kỳ quan trọng, các vấn đề sức khỏe phát sinh và trong sự thiếu hụt và dư thừa của chúng.

Ví dụ, các ion natri điều chỉnh hàm lượng nước trong cơ thể, truyền các xung thần kinh. Sự thiếu hụt của nó dẫn đến đau đầu, suy nhược, trí nhớ kém, chán ăn và dư thừa nó dẫn đến tăng huyết áp, tăng huyết áp và bệnh tim. Các chuyên gia dinh dưỡng khuyên bạn nên tiêu thụ không quá 5 g (1 thìa cà phê) mỗi ngày. muối ăn(NaCl) cho mỗi người lớn. Ảnh hưởng của kim loại đến tình trạng của động vật và thực vật có thể được tìm thấy trong Bảng 16.

Chất đơn giản - kim loại

Sự xuất hiện của nền văn minh gắn liền với sự phát triển của việc sản xuất kim loại (các chất đơn giản) và hợp kim (“ thời kỳ đồ đồng", Thời kỳ đồ sắt).

Bắt đầu khoảng 100 năm trước cuộc cách mạng khoa học và công nghệ, vốn ảnh hưởng đến cả ngành công nghiệp và lĩnh vực xã hội, cũng liên quan chặt chẽ đến việc sản xuất kim loại. Trên cơ sở vonfram, molypden, titan và các kim loại khác bắt đầu tạo ra các hợp kim chịu lửa, siêu cứng, chống ăn mòn, việc sử dụng chúng đã mở rộng đáng kể khả năng của kỹ thuật cơ khí. Trong công nghệ hạt nhân và vũ trụ, các hợp kim vonfram và vônfram được sử dụng để chế tạo các bộ phận hoạt động ở nhiệt độ lên đến 3000 ºС. trong y học, dụng cụ phẫu thuật làm bằng hợp kim tantali và bạch kim, gốm sứ độc đáo dựa trên oxit titan và zirconium được sử dụng.

Và tất nhiên, chúng ta không nên quên rằng trong hầu hết các hợp kim, kim loại sắt đã được biết đến từ lâu được sử dụng (Hình 37), và cơ sở của nhiều hợp kim nhẹ là các kim loại tương đối “trẻ”: nhôm và magiê.

Siêu tân tinh là vật liệu tổng hợp đại diện, ví dụ, polyme hoặc gốm sứ, bên trong (như bê tông với các thanh sắt) được gia cố bằng các sợi kim loại, có thể được làm bằng vonfram, molypden, thép và các kim loại và hợp kim khác - tất cả phụ thuộc vào mục tiêu cần thiết để đạt được nó thuộc tính vật chất.

Bạn đã có một ý tưởng về bản chất của liên kết hóa học trong tinh thể kim loại. Hãy nhớ lại, sử dụng ví dụ về một trong số chúng - natri, nó được hình thành như thế nào.
Hình 38 mô tả sơ đồ mạng tinh thể của kim loại natri. Trong đó, mỗi nguyên tử natri được bao quanh bởi tám nguyên tử lân cận. Nguyên tử natri, giống như tất cả các kim loại, có nhiều obitan hóa trị tự do và ít electron hóa trị.

Electron hóa trị duy nhất của nguyên tử natri Zs 1 có thể chiếm bất kỳ obitan nào trong số chín obitan tự do, vì chúng không khác nhau nhiều về mức năng lượng. Khi các nguyên tử tiến lại gần nhau, khi mạng tinh thể được hình thành, các obitan hóa trị của các nguyên tử lân cận chồng lên nhau, do đó các electron không tự do chuyển động từ obitan này sang obitan khác, tạo nên liên kết giữa tất cả các nguyên tử của tinh thể kim loại.

Loại liên kết hóa học này được gọi là liên kết kim loại. Liên kết kim loại được hình thành bởi các nguyên tố mà nguyên tử của chúng ở lớp ngoài cùng có ít electron hóa trị so với một số lượng lớn các obitan gần nhau về mặt năng lượng. Các electron hóa trị của chúng được giữ yếu trong nguyên tử. Các electron thực hiện liên kết được xã hội hóa và di chuyển trong toàn bộ mạng tinh thể của kim loại trung tính.

Chất với liên kết kim loại mạng tinh thể kim loại vốn có, thường mô tả một tếch giản đồ, như thể hiện trong hình, các nút là cation và nguyên tử kim loại. Các điện tử dùng chung hút tĩnh điện các cation kim loại nằm trong vùng lân cận mạng tinh thể của chúng, đảm bảo tính ổn định và độ bền của nó (các điện tử dùng chung được mô tả như những quả bóng nhỏ màu đen).

Liên kết kim loại là liên kết trong kim loại và hợp kim giữa các ion nguyên tử kim loại nằm trong mạng tinh thể, được thực hiện bởi các electron hóa trị xã hội.

Một số kim loại kết tinh ở hai hoặc nhiều dạng tinh thể. Tính chất này của các chất - tồn tại ở một số dạng biến đổi tinh thể - được gọi là tính đa hình. Tính đa hình đối với các chất đơn giản được bạn gọi là chất dị hướng.

Thiếc có hai biến đổi tinh thể:
alpha - ổn định dưới 13,2 ºС với mật độ р - 5,74 g / cm3. Đây là thiếc xám. Nó có mạng tinh thể almaav (nguyên tử):
betta - ổn định trên 13,2 ºС với mật độ p - 6,55 g / cm3. Đây là thiếc trắng.

Thiếc trắng là một kim loại rất mềm. Khi làm lạnh dưới 13,2 ºС, nó bị vỡ vụn thành một loại bột màu xám, vì ở bước chuyển | 1 »n thể tích riêng của nó tăng lên đáng kể. Hiện tượng này được gọi là bệnh dịch thiếc. Tất nhiên, một loại liên kết hóa học đặc biệt và loại mạng tinh thể của kim loại cần xác định và giải thích các tính chất vật lý của chúng.

Họ là ai? Đó là ánh kim loại, tính dẻo, độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao, tăng khả năng chịu điện khi nhiệt độ tăng, cũng như các đặc tính thực tế có ý nghĩa như mật độ, điểm nóng chảy và sôi, độ cứng, tính hấp dẫn.

Hãy thử giải thích những nguyên nhân quyết định tính chất vật lý cơ bản của kim loại. Tại sao kim loại lại là chất dẻo?

Tác động cơ học lên tinh thể có mạng tinh thể kim loại làm cho các lớp ion-nguyên tử chuyển dịch tương đối với nhau, do các electron di chuyển khắp tinh thể, các liên kết không bị phá vỡ, do đó, kim loại có đặc điểm là dẻo hơn.

Một tác dụng tương tự đối với chất rắn có liên kết connline (mạng tinh thể nguyên tử) dẫn đến phá vỡ liên kết cộng hóa trị. Việc phá vỡ các liên kết trong mạng tinh thể ion dẫn đến lực đẩy lẫn nhau của các ion mang điện tích tương tự (Hình 40). Do đó, các chất có mạng tinh thể nguyên tử và ion rất dễ vỡ.

Các kim loại dễ uốn nhất là Au, Af, Cu, Sn, Pb, Zn. Chúng dễ dàng được kéo thành dây, có thể rèn, ép, cán thành tấm. Ví dụ, lá vàng dày 0,008 nm có thể được làm từ vàng và một sợi dài 1 km có thể được kéo từ 0,5 g kim loại này.

Ngay cả thủy ngân, như bạn biết, là chất lỏng ở nhiệt độ phòng, trở nên dễ uốn như chì ở nhiệt độ thấp ở trạng thái rắn. Chỉ có Bi và Mn không có tính dẻo, giòn.

Tại sao kim loại có ánh sáng đặc trưng và cũng có màu đục?

Các điện tử lấp đầy không gian liên nguyên tử phản xạ các tia sáng (và không truyền, như thủy tinh), và hầu hết các kim loại trong ngang nhau tán xạ tất cả các tia của phần nhìn thấy được của quang phổ. Do đó, chúng có màu trắng bạc hoặc màu xám. Stronti, vàng và đồng hấp thụ các bước sóng ngắn (gần với màu tím) ở mức độ lớn hơn và phản xạ các bước sóng dài quang phổ ánh sáng, do đó, có các màu tương ứng là vàng nhạt, vàng và đồng.

Mặc dù trong thực tế, bạn biết đấy, đối với chúng ta, kim loại không phải lúc nào cũng là vật nhẹ. Đầu tiên, bề mặt của nó có thể bị oxy hóa và mất đi độ bóng. Do đó, đồng bản địa trông giống như một viên đá màu xanh lục. Và thứ hai, ngay cả kim loại nguyên chất cũng có thể không tỏa sáng. Những tấm bạc và vàng rất mỏng có vẻ ngoài hoàn toàn không mong đợi - chúng có màu hơi xanh màu xanh lục. Và bột kim loại mịn có màu xám đen, thậm chí là đen.

Bạc, nhôm, palađi có hệ số phản xạ cao nhất. Chúng được sử dụng trong sản xuất gương, bao gồm cả đèn chiếu.

Tại sao nói kim loại có tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao?

Các electron chuyển động hỗn loạn trong kim loại dưới ảnh hưởng của hiệu điện thế đặt vào sẽ thu được chuyển động có hướng, nghĩa là chúng dẫn điện. Khi nhiệt độ meta-rệp tăng lên, biên độ dao động của các nguyên tử và ion nằm ở các nút của mạng tinh thể tăng lên. Điều này làm cho các electron khó di chuyển, độ dẫn điện của kim loại giảm. Ngược lại, ở nhiệt độ thấp, dao động điều hòa giảm đi rất nhiều và tính dẫn điện của kim loại tăng mạnh. Gần không tuyệt đối thực tế không có điện trở trong kim loại, hầu hết các kim loại xuất hiện siêu dẫn.

Cần lưu ý rằng các phi kim loại với tinh dân điện(ví dụ như than chì), ở nhiệt độ thấp, ngược lại, chúng không dẫn điện do không có các êlectron tự do. Và chỉ khi nhiệt độ tăng và sự phá hủy một số liên kết cộng hóa trị, độ dẫn điện của chúng mới bắt đầu tăng lên.

Bạc, đồng cũng như vàng, nhôm có độ dẫn điện cao nhất, mangan, chì và thủy ngân có độ dẫn điện thấp nhất.

Thông thường, với cùng một độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt của kim loại thay đổi.

Chúng là do tính linh động cao của các electron tự do, va chạm với các ion và nguyên tử dao động, trao đổi năng lượng với chúng. Do đó, có sự cân bằng nhiệt độ trong toàn bộ miếng kim loại.

Độ bền cơ học, khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy của các kim loại rất khác nhau. Hơn nữa, với sự gia tăng số lượng oekgron. liên kết ion-nguyên tử, và bằng cách giảm khoảng cách giữa các nguyên tử trong tinh thể, các chỉ số của các đặc tính này tăng lên.

Vì vậy, các kim loại kiềm, mà nguyên tử của chúng có một điện tử hóa trị, mềm (cắt bằng dao), không có mật độ cao(liti là kim loại nhẹ nhất với p - 0,53 g / cm3) và nóng chảy ở nhiệt độ thấp (ví dụ, điểm nóng chảy của xêzi là 29 "C). Kim loại duy nhất ở thể lỏng ở điều kiện bình thường là thủy ngân - nó có tính nóng chảy điểm 38,9 ”C.

Canxi, có hai electron ở mức năng lượng ngoài cùng của nguyên tử, cứng hơn nhiều và nóng chảy hơn nhiệt độ cao(842º C).

Hình vòm hơn nữa là mạng tinh thể được hình thành bởi các nguyên tử scandium, có ba điện tử hóa trị.

Nhưng mạng tinh thể mạnh nhất, mật độ cao và nhiệt độ nóng chảy được quan sát thấy ở các kim loại thuộc phân nhóm phụ V, VI, VII, MP. Điều này được giải thích bởi. rằng đối với các kim loại thuộc phân nhóm bên có các điện tử hóa trị chưa được tiết kiệm ở phân tầng d, thì đặc trưng cho sự hình thành các liên kết cộng hóa trị rất bền giữa các nguyên tử, ngoài kim loại, được thực hiện bởi các điện tử của lớp ngoài cùng từ các obitan s.

Hãy nhớ rằng kim loại nặng nhất là osmi (thành phần của hợp kim siêu cứng và chịu mài mòn), kim loại chịu lửa nhất là vonfram (dùng để chế tạo dây tóc đèn), kim loại cứng nhất là crom Cr (làm xước thủy tinh). Chúng là một phần của vật liệu tạo ra các dụng cụ cắt kim loại, má phanh của máy móc hạng nặng, v.v.

Các kim loại khác nhau đối với từ trường. Nhưng dấu hiệu này chúng được chia thành ba nhóm:

Sắt từ Có thể bị nhiễm từ dưới tác động của từ trường yếu (dạng sắt - alpha, coban, niken, gadolinium);

Thuận từ thể hiện khả năng từ hóa yếu (nhôm, crom, titan, hầu hết tất cả các đèn lồng);

Chất nghịch từ không bị nam châm hút, thậm chí bị đẩy ra khỏi nó một chút (thiếc, mắc cạn, bitmut).

Nhớ lại rằng khi xem xét cấu tạo điện tử của kim loại, chúng ta chia kim loại thành kim loại thuộc phân nhóm chính (nguyên tố k- và p) và kim loại thuộc phân nhóm phụ.

Trong kỹ thuật, người ta thường phân loại kim loại theo các tính chất vật lý khác nhau:

a) mật độ - ánh sáng (p< 5 г/см3) и тяжелые (все остальные);
b) điểm nóng chảy - nóng chảy và chịu lửa.

Phân loại kim loại theo tính chất hóa học

Các kim loại có hoạt tính hóa học thấp được gọi là cao quý (bạc, vàng, bạch kim và các chất tương tự của nó - osmium, iridium, ruthenium, palladium, rhodium).
Theo tính chất hóa học gần nhau, kiềm (kim loại nhóm I của phân nhóm chính), kiềm thổ (canxi, stronti, bari, radium), cũng như các kim loại đất hiếm (scandium, yttrium, lantan và lanthanides, actini và actinides) Được phân biệt.

Tính chất hóa học chung của kim loại

Nguyên tử kim loại nhường các electron hóa trị tương đối dễ dàng và chuyển vào các nons mang điện tích dương, tức là chúng bị oxi hóa. Điều này, như bạn biết, là điều chính tài sản chung và nguyên tử, và các chất-kim loại đơn giản.

Kim loại trong phản ứng hóa học luôn là chất khử. Khả năng khử của nguyên tử các chất đơn giản - kim loại do các nguyên tố hóa học thuộc một chu kì hoặc một phân nhóm chính tạo thành Hệ thống định kỳ D. I. Mendeleev, thay đổi một cách tự nhiên.

Hoạt động khử của kim loại trong các phản ứng hoá học xảy ra trong dung dịch nước phản ánh vị trí của nó trong dãy điện hoá của hiệu điện thế kim loại.

1. Kim loại nằm trong dãy này càng về phía trái thì chất khử của nó càng mạnh.
2. Mỗi kim loại có khả năng chuyển dời (khôi phục) và mặn trong dung dịch là những kim loại đứng sau nó (ở bên phải) trong một hiệu điện thế nối tiếp.
3. Các kim loại cùng dãy với hiệu điện thế bên trái hiđro có khả năng dịch chuyển nó ra khỏi axit trong dung dịch.
4. Kim loại, là chất khử mạnh nhất (kiềm và kiềm thổ), trong bất kỳ dung dịch nước nào tương tác chủ yếu với nước.

Hoạt độ khử của kim loại, được xác định từ dãy điện hóa, không phải lúc nào cũng tương ứng với vị trí của nó trong Bảng tuần hoàn. Điều này được giải thích bởi. Điều đó khi xác định vị trí của kim loại trong một chuỗi điện áp, không chỉ tính đến năng lượng tách ra của các electron từ các nguyên tử riêng lẻ, mà còn tính đến năng lượng sử dụng cho sự phá hủy mạng tinh thể, cũng như năng lượng giải phóng trong quá trình sự hyđrat hóa của các ion.

Ví dụ, liti hoạt động mạnh hơn trong dung dịch nước so với natri (mặc dù Na là kim loại hoạt động hơn về vị trí của nó trong Bảng tuần hoàn). Thực tế là năng lượng hydrat hóa của ion Li + lớn hơn nhiều so với năng lượng hydrat hóa của ion Na +. do đó, quá trình đầu tiên là thuận lợi hơn về mặt năng lượng.
Đã xem xét các quy định chung nêu đặc điểm tính khử của kim loại, chúng ta hãy chuyển sang các phản ứng hoá học cụ thể.

Tương tác với các chất phi kim loại đơn giản

1. Với oxi, hầu hết các kim loại đều tạo thành oxit - bazơ và lưỡng tính. Các oxit kim loại chuyển tiếp axit, chẳng hạn như oxit crom hoặc oxit mangan, không được tạo thành bằng cách oxi hóa trực tiếp kim loại với oxi. Họ nhận được gián tiếp.

Các kim loại kiềm Na, K phản ứng tích cực với oxi trong khí quyển, tạo thành các peoxit.

Oxit natri thu được gián tiếp, bằng cách nung peroxit với các kim loại tương ứng:

Liti và kim loại kiềm thổ phản ứng với oxi trong khí quyển tạo thành oxit bazơ.

Các kim loại khác, ngoại trừ kim loại vàng và bạch kim, không bị oxy hóa bởi oxy trong khí quyển, tương tác với nó ít tích cực hơn hoặc khi bị nung nóng.

2. Với halogen, kim loại tạo thành muối của axit hiđro.

3. Với hiđro, các kim loại hoạt động nhất tạo thành hiđrua - muối ion, một trong những chất phổ biến trong đó hiđro có trạng thái oxi hóa -1, ví dụ:
canxi hiđrua.

Nhiều kim loại chuyển tiếp tạo thành hiđrua với hiđro. loại đặc biệt- Có kiểu hoà tan hoặc đưa hiđro vào mạng tinh thể của kim loại giữa các nguyên tử và ion, kim loại vẫn giữ nguyên hình dạng, nhưng tăng về khối lượng. Hydro được hấp thụ ở trong kim loại, dường như ở dạng nguyên tử. Ngoài ra còn có các hiđrua kim loại trung gian.

4. Kim loại tạo muối với lưu huỳnh - sunfua.

5. Kim loại phản ứng với nitơ có phần khó khăn hơn, vì liên kết hóa học trong phân tử nitơ Г ^ r rất mạnh, và nitrua được hình thành. Ở nhiệt độ thường, chỉ có liti tương tác với nitơ.

Tương tác với các chất phức tạp

1. Với nước. Các kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ ở điều kiện thường chuyển hydro ra khỏi nước và tạo thành bazơ kiềm hòa tan.

Các kim loại khác, đứng trong một dãy có hiệu điện thế lên đến hydro, trong những điều kiện nhất định cũng có thể chuyển hydro ra khỏi nước. Nhưng nhôm chỉ tương tác mạnh với nước khi lớp màng oxit được loại bỏ khỏi bề mặt của nó.

Magie chỉ tương tác với nước khi sôi, và hydro cũng được giải phóng. Nếu cho magiê đang cháy vào nước thì quá trình cháy vẫn tiếp tục, vì phản ứng xảy ra: hiđro cháy. Sắt chỉ tương tác với nước khi bị nung nóng.

2. Các kim loại cùng dãy có hiệu điện thế đến hiđro tương tác với axit trong dung dịch. Điều này tạo ra muối và hydro. Nhưng chì (và một số kim loại khác), mặc dù vị trí của nó trong chuỗi điện áp (bên trái của hydro), hầu như không tan trong axit sunfuric loãng, vì chì sunfat PbSO tạo thành không hòa tan và tạo ra một lớp màng bảo vệ trên bề mặt kim loại. .

3. Với muối của các kim loại kém hoạt động hơn trong dung dịch. Kết quả của phản ứng như vậy, một muối của kim loại hoạt động hơn được tạo thành và một kim loại kém hoạt động hơn được giải phóng ở dạng tự do.

Cần phải nhớ rằng phản ứng tiến hành trong trường hợp muối tạo thành có thể hòa tan. Lần đầu tiên, N. N. Beketov, một nhà hóa học vật lý nổi tiếng người Nga, đã nghiên cứu chi tiết về sự dịch chuyển các kim loại khỏi các hợp chất của chúng bằng các kim loại khác. Ông đã sắp xếp các kim loại theo hoạt động hóa học của chúng trong "chuỗi biểu hiện", chuỗi này trở thành nguyên mẫu của chuỗi ứng suất kim loại.

4. Với các chất hữu cơ. Tương tác với axit hữu cơ tương tự như phản ứng với axit khoáng. Cồn có thể tỏ ra yếu tính chất axit khi tương tác với các kim loại kiềm.

Các kim loại tham gia phản ứng với haloalkane, được sử dụng để thu được các xycloalkane thấp hơn và để tổng hợp, trong đó bộ xương cacbon của phân tử trở nên phức tạp hơn (phản ứng A. Wurtz):

5. Kim loại mà hiđroxit lưỡng tính tương tác với kiềm trong dung dịch.

6. Các kim loại có thể tạo thành những hợp chất hóa học với nhau được gọi chung là hợp chất liên kim. Chúng thường không hiển thị trạng thái oxi hóa của nguyên tử, đặc trưng của hợp chất của kim loại với phi kim loại.

Các hợp chất liên kim thường không có thành phần không đổi, liên kết hóa học trong chúng chủ yếu là kim loại. Sự hình thành của các hợp chất này là điển hình hơn cho các kim loại của phân nhóm thứ cấp.

Oxit và hiđroxit kim loại

Oxit tạo bởi các kim loại điển hình được xếp vào nhóm tạo muối, có tính chất bazơ. Như bạn đã biết, chúng tương ứng với các hydroxit. là bazơ, trong trường hợp kim loại kiềm và kiềm thổ, tan trong nước, là chất điện giải mạnh và được gọi là kiềm.

Các oxit và hiđroxit của một số kim loại là chất lưỡng tính, nghĩa là chúng có thể thể hiện cả tính bazơ và tính axit, tùy thuộc vào các chất mà chúng tương tác với nhau.

Ví dụ:

Nhiều kim loại thuộc phân nhóm phụ, có trạng thái oxi hóa thay đổi trong hợp chất, có thể tạo thành một số oxit và hiđroxit, bản chất của chúng phụ thuộc vào trạng thái oxi hóa của kim loại.

Ví dụ, crom trong các hợp chất thể hiện ba trạng thái oxi hóa: +2, +3, +6, do đó nó tạo thành ba dãy oxit và hiđroxit, khi tăng mức độ oxi hóa thì tính axit tăng và tính bazơ yếu đi.

Ăn mòn kim loại

Khi kim loại tương tác với chất môi trường Trên bề mặt của chúng, các hợp chất được hình thành có các đặc tính hoàn toàn khác với bản thân các kim loại. Trong một mạch thông thường, chúng ta thường sử dụng các từ "gỉ", "rỉ", nhìn thấy một lớp phủ màu nâu đỏ trên các sản phẩm làm bằng sắt và các hợp kim của nó. Gỉ là một dạng ăn mòn phổ biến.

Ăn mòn là một quá trình tự tạo ra sự phá hủy kim loại và sự hợp nhất của môi trường hiện tại (từ độ ăn mòn - ăn mòn).

Tuy nhiên, hầu hết tất cả các kim loại đều trải qua quá trình phá hủy, do đó nhiều tính chất của chúng bị suy giảm (hoặc mất hoàn toàn): độ bền, độ dẻo, độ bóng giảm, độ dẫn điện giảm, ma sát giữa các bộ phận chuyển động của máy cũng tăng lên, kích thước của các bộ phận thay đổi, v.v.

Ăn mòn kim loại có thể liên tục và cục bộ.

Nerven không nguy hiểm như loại thứ hai, các biểu hiện của nó có thể được lưu ý khi thiết kế cấu trúc và bộ máy. Ăn mòn cục bộ nguy hiểm hơn nhiều, mặc dù tổn thất kim loại ở đây có thể nhỏ. Một trong những loại nguy hiểm nhất của nó là điểm. Chúng bao gồm sự hình thành thông qua các tổn thương, tức là các lỗ hổng điểm - rỗ, trong khi sức mạnh của các phần riêng lẻ giảm, độ tin cậy của cấu trúc, bộ máy và cấu trúc giảm.

Ăn mòn kim loại gây ra tác hại lớn về kinh tế. Nhân loại phải gánh chịu những tổn thất vật chất to lớn do hậu quả của việc phá hủy đường ống, bộ phận máy móc, tàu, cầu và nhiều thiết bị khác nhau.

Ăn mòn dẫn đến giảm độ tin cậy của các kết cấu kim loại. Có tính đến khả năng phá hủy, cần phải đánh giá quá cao độ bền của một số sản phẩm (ví dụ: các bộ phận máy bay, cánh tuabin), có nghĩa là tăng tiêu thụ kim loại và điều này đòi hỏi kinh tế bổ sung chi phí.

Ăn mòn dẫn đến thời gian ngừng sản xuất do thay thế thiết bị hỏng hóc, mất nguyên liệu và sản phẩm do phá hủy quầng, đường ống dẫn dầu và nước. Không thể không tính đến thiệt hại đối với thiên nhiên, và do đó đối với sức khỏe con người, gây ra bởi sự rò rỉ của các sản phẩm dầu và các chất hóa học. Ăn mòn có thể dẫn đến nhiễm bẩn) sản phẩm, và do đó, làm giảm chất lượng của sản phẩm. Chi phí bù đắp cho những tổn thất liên quan đến ăn mòn là rất lớn. Chúng chiếm khoảng 30% sản lượng kim loại hàng năm trên toàn thế giới.

Từ tất cả những gì đã nói, vấn đề rất quan trọng là phải tìm cách bảo vệ kim loại và hợp kim khỏi bị ăn mòn.

Chúng rất đa dạng. Nhưng để lựa chọn chúng, cần phải biết và tính đến bản chất hóa học của các quá trình ăn mòn.

Nhưng Tính chất hóa họcĂn mòn là một quá trình oxy hóa khử. Tùy thuộc vào môi trường mà nó xảy ra, có một số loại ăn mòn.

Các dạng ăn mòn phổ biến nhất là ăn mòn hóa học và điện hóa học.

I. Sự ăn mòn hoá học xảy ra trong môi trường không dẫn điện. Loại ăn mòn này biểu hiện trong trường hợp tương tác của kim loại với khí khô hoặc chất lỏng - chất không điện ly (xăng, dầu hỏa, v.v.) Các bộ phận và thành phần của động cơ, tuabin khí, bệ phóng tên lửa phải chịu sự phá hủy đó. Sự ăn mòn hóa học thường được quan sát thấy trong quá trình xử lý kim loại ở nhiệt độ cao.

Hầu hết các kim loại bị oxy hóa bởi oxy trong khí quyển, tạo thành các màng oxit trên bề mặt. Nếu màng này bền, dày đặc, liên kết tốt với kim loại, thì nó sẽ bảo vệ kim loại khỏi bị phá hủy thêm. Trong sắt, nó lỏng lẻo, xốp, dễ tách khỏi bề mặt và do đó không có khả năng bảo vệ kim loại khỏi bị phá hủy thêm.

II. Ăn mòn điện hóa xảy ra trong môi trường dẫn điện (chất điện phân) với sự xuất hiện của dòng điện bên trong hệ thống. Theo quy luật, kim loại và hợp kim không đồng nhất và chứa nhiều tạp chất khác nhau. Khi chúng tiếp xúc với chất điện phân, một số bộ phận của bề mặt bắt đầu đóng vai trò cực dương (tặng electron), trong khi những bộ phận khác đóng vai trò cực âm (nhận electron).

Trong một trường hợp, sự tiến hóa khí (Hg) sẽ được quan sát. Mặt khác - sự hình thành gỉ.

Vậy, ăn mòn điện hóa là phản ứng xảy ra trong môi trường dẫn dòng điện (ngược với ăn mòn hóa học). Quá trình xảy ra khi hai kim loại tiếp xúc hoặc trên bề mặt của kim loại có chứa tạp chất là chất dẫn điện kém hoạt động (nó cũng có thể là phi kim loại).

Ở cực dương (kim loại hoạt động mạnh hơn), các nguyên tử kim loại bị oxi hóa tạo thành cation (hòa tan).

Ở cực âm (chất dẫn điện kém hoạt động hơn), các ion hydro hoặc phân tử oxy bị khử với sự tạo thành các ion H2 hoặc OH- hydroxit tương ứng.

Các cation hydro và oxy hòa tan là những chất oxy hóa quan trọng nhất gây ra ăn mòn điện hóa.

Tốc độ ăn mòn càng lớn thì hoạt độ của các kim loại (kim loại và tạp chất) càng khác nhau (đối với kim loại, chúng càng nằm xa nhau trong một dãy hiệu điện thế). Ăn mòn tăng đáng kể khi nhiệt độ tăng.

Chất điện phân có thể là nước biển, nước sông, hơi ẩm ngưng tụ và tất nhiên là các chất điện ly nổi tiếng - dung dịch muối, axit, kiềm.

Bạn rõ ràng nhớ rằng vào mùa đông, muối kỹ thuật (natri clorua, đôi khi là canxi clorua, v.v.) được sử dụng để loại bỏ băng tuyết trên vỉa hè - Các giải pháp kết quả thoát vào đường ống thoát nước, do đó tạo ra môi trường thuận lợiđối với sự ăn mòn điện hóa của các tiện ích ngầm.

Phương pháp bảo vệ chống ăn mòn

Đã có trong thiết kế các kết cấu kim loại, việc sản xuất của chúng cung cấp các biện pháp bảo vệ chống lại sự ăn mòn.

1. Chà nhám các bề mặt của sản phẩm để hơi ẩm không đọng lại trên chúng.
2. Việc sử dụng các hợp kim luyện có chứa các chất phụ gia đặc biệt: crom, niken, ở nhiệt độ cao tạo thành lớp oxit bền vững trên bề mặt kim loại. Thép hợp kim được nhiều người biết đến - thép không gỉ, từ đó sản xuất các vật dụng gia đình (nĩa, thìa có vỏ bọc), các bộ phận máy móc, công cụ.
3. Ứng dụng của các lớp phủ bảo vệ.

Xem xét các loại của họ.

Phi kim loại - dầu không oxy hóa, vecni đặc biệt, sơn. Đúng, chúng tồn tại trong thời gian ngắn, nhưng chúng rất rẻ.

Hóa chất - tạo màng bề mặt nhân tạo: oxit, xitric, silicit, polyme, v.v. Ví dụ, tất cả các cánh tay nhỏ Các bộ phận của nhiều dụng cụ chính xác được đánh bóng - đây là quá trình thu được màng oxit sắt mỏng nhất trên bề mặt thép sản phẩm. Màng oxit nhân tạo tạo thành rất bền và tạo cho sản phẩm có màu đen và màu xanh lam đẹp mắt. Lớp phủ polyme được làm từ nhựa polyetylen, polyvinyl clorua, polyamit. Chúng được áp dụng theo hai cách: sản phẩm được nung nóng được đặt trong bột polyme, bột này nóng chảy và hàn với kim loại, hoặc bề mặt kim loại được xử lý bằng dung dịch polyme trong dung môi nhiệt độ thấp, nhanh chóng bay hơi và màng polyme vẫn còn trên sản phẩm.

Lớp phủ kim loại là lớp phủ với các kim loại khác, trên bề mặt có các lớp màng bảo vệ ổn định được hình thành dưới tác dụng của các chất oxy hóa.

Ứng dụng của crom lên bề mặt - mạ crom, mạ niken - niken, mạ kẽm - kẽm, luyện thiếc, vv Một kim loại thụ động hóa học - vàng, bạc, đồng cũng có thể dùng làm lớp phủ.

4. Phương pháp điện hóa sự bảo vệ.

Bảo vệ (anốt) - một miếng kim loại hoạt động hơn (chất bảo vệ) được gắn vào cấu trúc kim loại được bảo vệ, đóng vai trò như một cực dương và bị phá hủy khi có chất điện phân. Magie, nhôm, kẽm được sử dụng làm chất bảo vệ khi bảo vệ vỏ tàu, đường ống dẫn, dây cáp và các sản phẩm thời trang khác;

Cathode - cấu trúc kim loại được kết nối với catốt của nguồn dòng điện bên ngoài, giúp loại bỏ khả năng phá hủy anốt của nó

5. Xử lý đặc biệt chất điện phân hoặc môi trường có cấu trúc kim loại được bảo vệ.

Được biết, những người thợ thủ công Damascus để tẩy cặn và
gỉ đã sử dụng dung dịch axit sunfuric với việc bổ sung men bia, bột mì, tinh bột. Chúng mang lại và là một trong những chất ức chế đầu tiên. Họ không cho axit tác dụng lên kim loại vũ khí, kết quả là chỉ có cặn và rỉ sét bị hòa tan. Những người thợ rèn ở Ural đã sử dụng súp ngâm chua cho mục đích này - dung dịch axit sulfuric có thêm cám bột.

Ví dụ về việc sử dụng các chất ức chế hiện đại: trong quá trình vận chuyển và bảo quản, axit clohydric được dẫn xuất butylamine “thuần hóa” một cách hoàn hảo. và axit sunfuric - axit nitric; diethylamine dễ bay hơi được tiêm vào các thùng chứa khác nhau. Lưu ý rằng chất ức chế chỉ tác dụng với kim loại, làm cho kim loại bị thụ động đối với môi trường, ví dụ, với dung dịch axit. Khoa học đã biết hơn 5 nghìn chất ức chế ăn mòn.

Loại bỏ oxy hòa tan trong nước (khử khí). Quá trình này được sử dụng để chuẩn bị nước vào nhà máy lò hơi.

Các phương pháp thu nhận kim loại

Hoạt động hóa học đáng kể của kim loại (tương tác với oxy trong khí quyển, các phi kim loại khác, nước, dung dịch muối, axit) dẫn đến thực tế là vỏ trái đất chúng được tìm thấy chủ yếu ở dạng hợp chất: oxit, sunfua, sunfat, clorua, cacbonat, v.v.

Ở dạng tự do, có những kim loại nằm trong dãy điện áp bên phải của hydro, mặc dù đồng và thủy ngân thường được tìm thấy trong tự nhiên ở dạng hợp chất thường xuyên hơn nhiều.

Khoáng sản và đá có chứa kim loại và các hợp chất của chúng, từ đó việc chiết xuất kim loại tinh khiết có thể thực hiện được về mặt kỹ thuật và khả thi về mặt kinh tế, được gọi là quặng.

Lấy kim loại từ quặng là nhiệm vụ của luyện kim.
Luyện kim cũng là khoa học của phương pháp công nghiệp thu được kim loại từ quặng. và lĩnh vực công nghiệp.
Bất kỳ quá trình luyện kim nào cũng là một quá trình khử các ion kim loại với sự trợ giúp của các chất khử khác nhau.

Để thực hiện quá trình này, cần phải tính đến hoạt tính của kim loại, lựa chọn chất khử, xem xét tính khả thi về công nghệ, các yếu tố kinh tế và môi trường. Theo điều này, có những cách sau thu được các kim loại: luyện kim. thủy luyện kim, điện luyện kim.

Luyện kim là việc thu hồi kim loại từ quặng ở nhiệt độ cao bằng cách sử dụng cacbon, cacbon monoxit (II). hiđro, kim loại - nhôm, magie.

Ví dụ, thiếc bị khử từ cassiterit, và đồng từ cuprite bằng cách nung với than (than cốc). Quặng sulfua được rang sơ bộ với không khí, và sau đó oxit tạo thành được khử bằng than. Các kim loại cũng được phân lập từ quặng cacbonat bằng cách bơm a với than, vì các muối cacbonat bị phân hủy khi đun nóng, chuyển thành oxit và sau đó bị khử bởi than.

Luyện kim là sự khử kim loại thành muối của chúng trong dung dịch. Quá trình này diễn ra trong 2 giai đoạn:

1) Hợp chất tự nhiên được hòa tan trong thuốc thử thích hợp để thu được dung dịch muối của kim loại đó;
2) Kim loại này bị thay thế khỏi dung dịch thu được bằng một kim loại hoạt động hơn hoặc khôi phục lại bằng cách điện phân. Ví dụ, để thu được đồng đối với quặng chứa đồng oxit CuO, người ta xử lý bằng axit sunfuric loãng.

Sau đó, đồng được loại bỏ khỏi dung dịch muối bằng cách điện phân hoặc bằng cách thay thế sunfat bằng sắt. Bạc, kẽm, molypden, vàng, uranium thu được bằng cách này.

Điện luyện kim là sự khử kim loại trong quá trình điện phân dung dịch hoặc nấu chảy các hợp chất của chúng.

Điện phân

Nếu hạ thấp các điện cực vào dung dịch điện phân hoặc nóng chảy và cho dòng điện không đổi chạy qua thì các ion sẽ chuyển động theo chiều: cation - đến catot (điện cực tích điện âm), anion - về anot (điện cực tích điện dương) .

Ở cực âm, các cation nhận điện tử và bị khử ở cực dương, các anion nhường điện tử và bị oxi hóa. Quá trình này được gọi là điện phân.
Sự điện li là một quá trình oxi hóa - khử xảy ra trên hệ thống điện trong quá trình dòng điện, chsrse hoặc dung dịch điện phân đi qua.

Ví dụ đơn giản nhất của các quá trình như vậy là điện phân các muối nóng chảy. Xét quá trình điện phân nóng chảy natri clorua. Quá trình phân ly nhiệt diễn ra trong sự nóng chảy. Dưới tác dụng của dòng điện, các cation chuyển động về phía catốt và nhận êlectron từ nó.
Kim loại natri được tạo thành ở cực âm, và khí clo được tạo thành ở cực dương.

Điều chính cần nhớ là trong quá trình điện phân, một phản ứng hóa học được thực hiện nhờ năng lượng điện, không thể xảy ra một cách tự phát.

Tình hình phức tạp hơn trong trường hợp điện phân dung dịch điện phân.

Trong dung dịch muối, ngoài các ion kim loại và một lượng dư axit còn có các phân tử nước. Vì vậy, khi xem xét các quá trình trên điện cực, cần tính đến sự tham gia của chúng trong quá trình điện phân.

Để xác định sản phẩm của quá trình điện phân dung dịch nước của các chất điện li, có các quy tắc sau.

1. Quá trình xảy ra trên catốt không phụ thuộc vào vật liệu làm catốt mà phụ thuộc vào vị trí của kim loại (cation điện li) trong dãy hiệu điện thế và nếu:

1.1. Cation điện li nằm ở hiệu điện thế đầu dãy (cùng có Al) thì ở catot đang diễn ra quá trình khử nước (hiđro thoát ra). Các cation kim loại không bị khử, chúng vẫn ở trong dung dịch.
1.2. Cation điện li trong dãy hiệu điện thế giữa nhôm và hiđro thì ở catot cả các noron kim loại và phân tử nước đều bị khử.
1.3. Điện phân cation mắc nối tiếp với hiệu điện thế sau hiđro thì cation kim loại ở catot bị khử.
1.4. Dung dịch chứa các cation của các kim loại khác nhau, sau đó cation kim loại tải xuống được khôi phục lại, đứng trong một hiệu điện thế nối tiếp

Các quy tắc này được thể hiện trong Hình 10.

2. Quá trình ở cực dương phụ thuộc vào vật liệu của cực dương và bản chất của anôt (Sơ đồ 11).

2.1. Nếu anot bị hòa tan (sắt, kẽm, đồng, bạc và tất cả các kim loại bị oxi hóa trong quá trình điện phân) thì kim loại ở anot bị oxi hóa, không phụ thuộc vào bản chất của anion. 2.2. Nếu cực dương không tan (nó được gọi là trơ - than chì, vàng, bạch kim) thì:
a) Trong quá trình điện phân dung dịch muối của axit anot (prome florua), anion bị oxi hóa ở anot;
b) Trong quá trình điện phân dung dịch muối của axit có oxi và muối florua ở anot xảy ra quá trình oxi hóa nước. Các anion không bị oxi hóa, chúng vẫn ở trong dung dịch;

Điện phân nóng chảy và dung dịch các chất được ứng dụng nhiều trong công nghiệp:

1. Để thu được kim loại (điện phân chỉ thu được nhôm, magie, natri, cadimi).
2. Để thu được hiđro, halogen, kiềm.
3. Để tinh chế kim loại - tinh chế (tinh chế đồng, niken, chì được thực hiện bằng phương pháp điện hóa).
4. Để bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn - áp dụng các lớp phủ bảo vệ dưới dạng một lớp mỏng của kim loại khác chống ăn mòn (crom, niken, đồng, bạc, vàng) - mạ điện.
5. Lấy bản sao kim loại, hồ sơ - mạ điện.

Nhiệm vụ thực tế

1. Cấu tạo của các kim loại liên quan như thế nào đến vị trí của chúng trong các phân nhóm chính và phụ của Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học của D. I. Mendeleev?
2. Tại sao các kim loại kiềm và kiềm thổ chỉ có một trạng thái oxi hóa duy nhất trong các hợp chất: (+1) và (+2), và các kim loại thuộc phân nhóm thứ cấp, theo quy luật, xuất hiện trong các hợp chất các mức độ khác nhau oxy hóa?
3. Mangan có thể thể hiện những trạng thái oxi hóa nào? Những oxit nào của hydrokenda tương ứng với mangan ở các trạng thái oxi hóa này? Tính cách của họ là gì?
4. So sánh cấu tạo điện tử của nguyên tử các nguyên tố nhóm VII: Mangan và clo. Giải thích sự khác nhau về tính chất hóa học của chúng và sự hiện diện của các mức độ oxi hóa khác nhau của các nguyên tử trong cả hai nguyên tố.
5. Tại sao vị trí của các kim loại trong dãy điện hoá của hiệu điện thế không phải lúc nào cũng tương ứng với vị trí của chúng trong hệ thống tuần hoàn D. I. Mendeleev?
9. Lập phương trình phản ứng của natri và magie với axit axetic. Trong trường hợp nào và tại sao tốc độ phản ứng sẽ nhanh hơn?
11. Những phương pháp thu nhận kim loại mà bạn biết? Bản chất của tất cả các phương pháp là gì?
14. Ăn mòn là gì? Bạn biết những dạng ăn mòn nào? Quá trình nào trong số đó là một quá trình vật lý và hóa học?
15. Các quá trình sau đây có thể được coi là ăn mòn: a) sự oxi hóa sắt trong quá trình hàn điện, b) sự tương tác của kẽm với axit clohiđric để thu được axit ăn mòn để hàn? Đưa ra một câu trả lời hợp lý.
17. Sản phẩm mangan ở trong nước và không tiếp xúc với sản phẩm đồng. Cả hai sẽ không thay đổi?
18. Một cấu trúc bằng sắt sẽ được bảo vệ khỏi sự ăn mòn điện hóa trong nước nếu một tấm kim loại khác bị đánh cắp trên đó: a) magie, b) chì, c) niken?
19. Bề mặt các bồn chứa các sản phẩm dầu mỏ (xăng, dầu hỏa) được sơn bằng bạc - hỗn hợp bột nhôm với một trong các loại dầu thực vật nhằm mục đích gì?
20. Trên bề mặt đất chua của mảnh vườn có những ống sắt có gắn vòi bằng đồng thau. Điều gì sẽ bị ăn mòn: vòi ống Yiyang? Sự tàn phá rõ rệt nhất ở đâu?
21. Sự khác nhau giữa điện phân nóng chảy và điện phân dung dịch nước?
22 *. Điện phân nóng chảy các muối của chúng có thể thu được những kim loại nào và không thể thu được bằng điện phân dung dịch nước của các chất này?
23 *. Lập phương trình điện phân bari clorua trong: a) nóng chảy, b) dung dịch
28. Cho 27 g đồng (II) clorua vào dung dịch chứa 1-4 g mạt sắt. Khối lượng đồng được giải phóng là bao nhiêu sau phản ứng này?
Đáp số: 12,8 g.
29. Khối lượng kẽm sunfat có thể thu được khi cho lượng kẽm dư phản ứng với 500 ml dung dịch axit sunfuric 20% có khối lượng riêng là 1,14 g / ml?
Trả lời: 187,3
31. Khi cho 8 g hỗn hợp gồm magie và magie oxit bằng axit clohiđric thoát ra 5,6 lít hiđro (n, w.). Là gì phần khối lượng(tính bằng%) JUNE trong hỗn hợp ban đầu?
Trả lời: 75%.
34. Xác định phần trăm khối lượng (tính bằng phần trăm) của cacbon trong thép (một hợp kim của sắt với cacbon), nếu thu được 0,28 l cacbon monoxit (IV) (n.a.) trong quá trình đốt cháy mẫu của nó nặng 10 g trong dòng oxi .
Trả lời: 1,5%.
35. Một mẫu natri nặng 0,5 g được cho vào nước. Không trung hòa dung dịch thu được 29,2 g 1,5% axit clohydric. Phần trăm khối lượng (tính bằng phần trăm) của natri trong mẫu là bao nhiêu?
Trả lời: 55,2%.
36. Người ta cho một hợp kim gồm đồng và nhôm tác dụng với lượng dư dung dịch natri hiđroxit, thấy thoát ra một khí có thể tích là 1,344 lít (đktc), phần dư sau phản ứng đem hòa tan trong axit nitric, sau đó cô cạn dung dịch và nung đến khối lượng không đổi được 0,4 g .thành phần hợp kim? Đáp số: 1,08 g Al 0,32 g Cu hoặc 77,14% Al 22,86% Cu.
37. Từ 1 tấn quặng sắt đỏ (Fe2O3) chứa 20% tạp chất có thể thu được khối lượng gang là bao nhiêu?
Đáp số: 595,74 kg.

Kim loại trong tự nhiên

Nếu bạn đã nghiên cứu kỹ lưỡng môn hóa học ở các lớp trước, thì bạn biết rằng bảng tuần hoàn có hơn 90 loại kim loại và khoảng sáu mươi trong số chúng có thể được tìm thấy trong môi trường tự nhiên.

Kim loại tự nhiên có thể được chia thành các nhóm sau:

Các kim loại có thể tìm thấy trong tự nhiên ở dạng miễn phí;
kim loại xảy ra ở dạng hợp chất;
kim loại có thể được tìm thấy trong dạng hỗn hợp nghĩa là chúng có thể ở cả dạng tự do và dạng hợp chất.

Không giống như các nguyên tố hóa học khác, kim loại thường được tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng các chất đơn giản. Họ thường có một trạng thái bản địa. Những kim loại như vậy, được trình bày dưới dạng các chất đơn giản, bao gồm vàng, bạc, đồng, bạch kim, thủy ngân và các loại khác.

Nhưng không phải tất cả các kim loại được tìm thấy trong môi trường tự nhiên đều ở trạng thái nguyên bản. Một số kim loại có thể được tìm thấy ở dạng hợp chất và được gọi là khoáng chất.

Ngoài ra, các nguyên tố hóa học như bạc, thủy ngân và đồng có thể được tìm thấy cả ở trạng thái nguyên bản và ở trạng thái có dạng hợp chất.

Tất cả những khoáng chất mà từ đó kim loại có thể thu được sau này được gọi là quặng. Trong tự nhiên, có quặng, bao gồm cả sắt. Một kết nối như vậy được gọi là quặng sắt. Và nếu thành phần có chứa đồng, nhưng theo đó, một hợp chất như vậy được gọi là quặng đồng.

Tất nhiên, phổ biến nhất trong tự nhiên là các kim loại tương tác tích cực với oxy và lưu huỳnh. Chúng được gọi là oxit kim loại và sunfua.

Một nguyên tố phổ biến như vậy tạo thành kim loại là nhôm. Nhôm được tìm thấy trong đất sét và cũng được tìm thấy trong các loại đá quý như sapphire và ruby.

Kim loại phổ biến và rộng rãi thứ hai là sắt. Nó thường được tìm thấy trong tự nhiên ở dạng hợp chất, và ở dạng bản địa, nó chỉ có thể được tìm thấy trong thành phần của đá thiên thạch.

Phổ biến tiếp theo trong môi trường tự nhiên, hay nói đúng hơn là trong vỏ trái đất, là các kim loại như magiê, canxi, natri, kali.

Cầm những đồng xu trên tay, chắc hẳn bạn đã nhận thấy một mùi đặc trưng tỏa ra từ chúng. Nhưng, hóa ra đây không phải là mùi của kim loại mà là mùi đến từ các hợp chất hình thành khi kim loại tiếp xúc với mồ hôi của con người.

Bạn có biết rằng ở Thụy Sĩ có ngành sản xuất vàng miếng dưới dạng thanh sô cô la, có thể bẻ thành từng lát và được dùng làm quà tặng hoặc phương tiện thanh toán? Công ty sản xuất các thanh sô cô la như vậy từ vàng, bạc, bạch kim và palladium. Nếu một viên gạch như vậy được chia thành nhiều lát, thì mỗi viên chỉ nặng một gam.

Chưa hết, một hợp kim kim loại như nitinol có một đặc tính khá thú vị. Nó độc đáo ở chỗ nó có hiệu ứng ghi nhớ và khi nung nóng, một sản phẩm biến dạng làm bằng hợp kim này có thể trở lại hình dạng ban đầu. Những vật liệu đặc biệt như vậy với cái gọi là bộ nhớ được sử dụng để sản xuất ống lót. Chúng có khả năng co lại ở nhiệt độ thấp, và ở nhiệt độ phòng, các ống lót này thẳng ra và kết nối này thậm chí còn đáng tin cậy hơn so với hàn. Và hiện tượng này xảy ra là do các hợp kim này có cấu trúc nhiệt dẻo.

Bạn đã bao giờ tự hỏi tại sao có phong tục thêm hợp kim bạc hoặc đồng vào đồ trang sức bằng vàng? Hóa ra là do vàng nguyên chất rất mềm và dễ xước ngay cả khi dùng móng tay.

Các đặc điểm cấu tạo của kim loại quyết định các tính chất vật lý đặc trưng của chúng.

Nhựa. Trong quá trình biến dạng (thay đổi hình dạng của một miếng kim loại), các ion chỉ chuyển dịch tương đối với nhau, nhưng khoảng trống không xảy ra, vì các electron liên kết chúng, theo đó chuyển động, tiếp tục thực hiện liên kết giữa các ion bị dịch chuyển. Trong thực tế, tính dẻo được thể hiện ở chỗ, dưới những nhát búa, kim loại không bị nghiền nát thành từng mảnh mà được làm phẳng - chúng được rèn. Kim loại dẻo nhất là vàng: nó có thể được kéo thành những sợi vàng mỏng, mắt người không nhìn thấy được hoặc cuộn thành những tấm mỏng nhất trong mờ.

Tính dẫn điện được giải thích bằng khả năng của các electron di chuyển dễ dàng trong một miếng kim loại.

Tính dẫn nhiệt cao còn do sự chuyển động của các êlectron, vì chính chúng truyền nhiệt cho các phần khác nhau của miếng kim loại, nhờ êlectron mà kim loại có đặc tính chất quang họcđộ mờ và ánh kim loại. Kim loại tỏa sáng bởi vì chúng phản xạ các tia sáng từ bề mặt của chúng, và không cho chúng xuyên qua, như thủy tinh, và không hấp thụ chúng như bồ hóng.

Các tính chất khác nhau được thể hiện trong kim loại ở một mức độ khác nhau. Bạc có độ dẫn điện tốt nhất, đồng đứng thứ hai về độ dẫn điện tử, sau đó là nhôm. Với sự trợ giúp của các kim loại này, có thể truyền năng lượng điện khoảng cách xa. Nhưng trong kỹ thuật điện, nhôm và đồng được sử dụng làm vật liệu đi dây, vì chúng rẻ hơn bạc rất nhiều.

Theo thứ tự, các kim loại được sắp xếp theo thứ tự dẫn nhiệt: bạc, đồng, nhôm.

Của nhiều hơn tài sản quan trọng kim loại cần chú ý đến khối lượng riêng, độ cứng, độ bền và điểm nóng chảy. Khối lượng riêng của kim loại càng lớn thì khối lượng nguyên tử tương đối của nó càng lớn và bán kính nguyên tử càng nhỏ và ngược lại. Ví dụ, liti có 534 kg / m 3, và osmi có 22500 kg / m 3. Các kim loại có khối lượng riêng dưới 5000 kg / m 3 được gọi là nhẹ: magiê, nhôm, titan. Kim loại có tỷ trọng cao: chì, osmi.

Các tính chất đó của kim loại như độ bền, độ cứng và điểm nóng chảy phụ thuộc vào độ bền của liên kết kim loại. Mối liên kết này đặc biệt mạnh ở các kim loại nặng với lớp electron áp chót của nguyên tử đã được hoàn thiện: tantali, vonfram, v.v ... Các kim loại này được phân biệt bởi độ cứng cao và độ nóng chảy thấp.

Nhiệt độ nóng chảy của kim loại thay đổi từ 39˚ C (thủy ngân) đến 3410˚ C (vonfram). Thủy ngân là kim loại lỏng duy nhất.

Độ cứng của kim loại thay đổi trong một phạm vi rộng: kim loại kiềm khá mềm, trong khi kim loại cứng không thể luyện được.

blog.site, với việc sao chép toàn bộ hoặc một phần tài liệu, cần có liên kết đến nguồn.

Tính chất hóa học đặc trưng của đơn chất - kim loại

Hầu hết các nguyên tố hóa học được phân loại là kim loại - 92 trong số 114 nguyên tố đã biết. Kim loại- đây là các nguyên tố hóa học, các nguyên tử trong đó tặng các electron của lớp electron ngoài cùng (và một số - và trước đó), biến thành các ion dương. Tính chất này của các nguyên tử kim loại được xác định bởi thực tế là rằng chúng có bán kính tương đối lớn và một số lượng nhỏ các electron(chủ yếu là 1 đến 3 ở lớp ngoài cùng). Ngoại lệ duy nhất là 6 kim loại: nguyên tử gecmani, thiếc, chì ở lớp ngoài cùng có 4 electron, nguyên tử antimon và bitmut - 5, nguyên tử poloni - 6. Đối với nguyên tử kim loại được đặc trưng bởi các giá trị độ âm điện thấp(từ 0,7 đến 1,9) và độc quyền tính chất phục hồi, tức là khả năng tặng electron. Trong Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học của D. I. Mendeleev, các kim loại nằm dưới đường chéo của bo - astatine, và cũng ở trên nó, trong các phân nhóm phụ. Trong các chu kỳ và phân nhóm chính, có những quy luật mà bạn đã biết trong việc thay đổi kim loại, và do đó tính chất khử của các nguyên tử của các nguyên tố.

Các nguyên tố hóa học nằm gần đường chéo bo - astatine (Be, Al, Ti, Ge, Nb, Sb, v.v.), có đặc tính kép: trong một số hợp chất của chúng, chúng hoạt động như kim loại, trong một số hợp chất khác, chúng thể hiện các tính chất của phi kim loại. Trong các phân nhóm thứ cấp, tính khử của kim loại thường giảm dần theo số thứ tự tăng dần.

So sánh hoạt động của các kim loại nhóm I của phân nhóm phụ mà bạn đã biết: Cu, Ag, Au; Nhóm II của phân nhóm phụ: Zn, Cd, Hg - và bạn sẽ tự xem. Điều này có thể được giải thích là do độ bền của liên kết giữa các electron hóa trị và hạt nhân của nguyên tử các kim loại này bị ảnh hưởng nhiều hơn bởi giá trị điện tích của hạt nhân, chứ không phải bởi bán kính của nguyên tử. Giá trị của điện tích hạt nhân tăng lên đáng kể thì lực hút êlectron đối với hạt nhân tăng lên. Trong trường hợp này, mặc dù bán kính của nguyên tử tăng lên nhưng nó không đáng kể bằng các kim loại thuộc các phân nhóm chính.

Các chất đơn giản được tạo thành bởi các nguyên tố hóa học - kim loại, và các chất phức tạp chứa kim loại đóng vai trò quan trọng trong "sự sống" khoáng chất và hữu cơ của Trái đất. Chỉ cần nhắc lại rằng nguyên tử (ion) của các nguyên tố kim loại là một bộ phận cấu thành của các hợp chất quyết định sự trao đổi chất trong cơ thể con người, động vật. Ví dụ, 76 nguyên tố được tìm thấy trong máu người, và chỉ 14 nguyên tố trong số đó không phải là kim loại.

Trong cơ thể con người, một số nguyên tố kim loại (canxi, kali, natri, magie) hiện diện với số lượng lớn, tức là chúng là chất dinh dưỡng đa lượng. Và các kim loại như crom, mangan, sắt, coban, đồng, kẽm, molypden có mặt với số lượng nhỏ, tức là đây là các nguyên tố vi lượng. Nếu một người nặng 70 kg, thì cơ thể anh ta chứa (tính bằng gam): canxi - 1700, kali - 250, natri - 70, magiê - 42, sắt - 5, kẽm - 3. Tất cả các kim loại đều cực kỳ quan trọng, các vấn đề sức khỏe phát sinh và trong sự thiếu hụt và dư thừa của chúng.

Ví dụ, các ion natri điều chỉnh hàm lượng nước trong cơ thể, chuyển xung thần kinh. Sự thiếu hụt của nó dẫn đến đau đầu, suy nhược, trí nhớ kém, chán ăn và dư thừa nó dẫn đến tăng huyết áp, tăng huyết áp và bệnh tim.

Chất đơn giản - kim loại

Sự phát triển của sản xuất kim loại (chất đơn giản) và hợp kim gắn liền với sự xuất hiện của nền văn minh (thời đại đồ đồng, đồ sắt). Cuộc cách mạng khoa học và công nghệ bắt đầu cách đây khoảng 100 năm, ảnh hưởng đến cả ngành công nghiệp và xã hội, cũng gắn liền với việc sản xuất kim loại. Trên cơ sở vonfram, molypden, titan và các kim loại khác bắt đầu tạo ra các hợp kim chịu lửa, siêu cứng, chống ăn mòn, việc sử dụng chúng đã mở rộng đáng kể khả năng của kỹ thuật cơ khí. Trong công nghệ hạt nhân và vũ trụ, hợp kim vonfram và vônfram được sử dụng để chế tạo các bộ phận hoạt động ở nhiệt độ lên đến 3000 ° C; trong y học, dụng cụ phẫu thuật làm bằng hợp kim tantali và bạch kim, gốm sứ độc đáo dựa trên oxit titan và zirconium được sử dụng.

Và, tất nhiên, chúng ta không nên quên rằng trong hầu hết các hợp kim, sắt kim loại nổi tiếng được sử dụng, và cơ sở của nhiều hợp kim nhẹ là các kim loại tương đối "trẻ" - nhôm và magiê. Vật liệu composite đã trở thành siêu tân tinh, ví dụ như polyme hoặc gốm sứ, bên trong (như bê tông có thanh sắt) được gia cố bằng sợi kim loại từ vonfram, molypden, thép và các kim loại khác, và hợp kim - tất cả phụ thuộc vào mục tiêu, các đặc tính của vật liệu cần thiết để đạt được nó. Hình bên là sơ đồ mạng tinh thể của natri kim loại. Trong đó, mỗi nguyên tử natri được bao quanh bởi tám nguyên tử láng giềng. Nguyên tử natri, giống như tất cả các kim loại, có nhiều obitan hóa trị tự do và ít electron hóa trị. Công thức điện tử của nguyên tử natri là: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 0 3d 0, trong đó 3s, 3p, 3d - các obitan hóa trị.

Electron hóa trị duy nhất của nguyên tử natri là 3s 1 có thể chiếm bất kỳ trong số chín obitan tự do - 3s (một), 3p (ba) và 3d (năm), vì chúng không khác nhau nhiều về mức năng lượng. Khi các nguyên tử tiến lại gần nhau, khi mạng tinh thể được hình thành, các obitan hóa trị của các nguyên tử lân cận chồng lên nhau, do đó các electron chuyển động tự do từ obitan này sang obitan khác, tạo nên liên kết giữa tất cả các nguyên tử của tinh thể kim loại. Liên kết hóa học như vậy được gọi là liên kết kim loại.

Liên kết kim loại được hình thành bởi các nguyên tố mà nguyên tử của chúng ở lớp ngoài cùng có ít electron hóa trị so với một số lượng lớn các obitan gần về mặt năng lượng bên ngoài. Các electron hóa trị của chúng được giữ yếu trong nguyên tử. Các electron thực hiện liên kết được xã hội hóa và di chuyển trong toàn bộ mạng tinh thể của kim loại trung tính. Các chất có liên kết kim loại có mạng tinh thể kim loại, thường được mô tả dưới dạng giản đồ như trong hình. Các cation và nguyên tử kim loại nằm ở các nút của mạng tinh thể đảm bảo tính ổn định và độ bền của nó (các electron xã hội hóa được thể hiện như những quả bóng nhỏ màu đen).

kết nối kim loại- đây là liên kết trong kim loại và hợp kim giữa các ion-nguyên tử kim loại nằm ở các nút của mạng tinh thể, do các electron hoá trị xã thực hiện. Một số kim loại kết tinh ở hai hoặc nhiều dạng tinh thể. Tính chất này của các chất - tồn tại ở một số dạng biến đổi tinh thể - được gọi là tính đa hình. Tính đa hình của các chất đơn giản được gọi là tính dị hướng. Ví dụ, sắt có bốn biến đổi tinh thể, mỗi biến đổi đều ổn định trong một khoảng nhiệt độ nhất định:

α - ổn định đến 768 ° C, có tính sắt từ;

β - ổn định từ 768 đến 910 ° C, không sắt từ, tức là thuận từ;

γ - ổn định từ 910 đến 1390 ° C, không sắt từ, tức là thuận từ;

δ - ổn định từ 1390 đến 1539 ° С (£ ° nóng chảy của sắt), không sắt từ.

Thiếc có hai biến đổi tinh thể:

α - ổn định dưới 13,2 ° C (p \ u003d 5,75 g / cm 3). Đây là thiếc xám. Nó có một mạng tinh thể như kim cương (nguyên tử);

β - ổn định trên 13,2 ° C (p \ u003d 6,55 g / cm 3). Đây là thiếc trắng.

Thiếc trắng là một kim loại rất mềm màu trắng bạc. Khi làm lạnh dưới 13,2 ° C, nó sẽ vỡ vụn thành một loại bột màu xám, vì thể tích riêng của nó tăng lên đáng kể trong quá trình chuyển đổi. Hiện tượng này được gọi là "bệnh dịch thiếc".

Tất nhiên, một loại liên kết hóa học đặc biệt và loại mạng tinh thể của kim loại cần xác định và giải thích các tính chất vật lý của chúng. Họ là ai? Đó là ánh kim loại, tính dẻo, độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao, khả năng chịu điện tăng khi nhiệt độ tăng, cũng như các đặc tính quan trọng như mật độ, điểm nóng chảy và sôi cao, độ cứng và tính chất từ ​​tính. Tác động cơ học lên tinh thể có mạng tinh thể kim loại làm cho các lớp nguyên tử-ion dịch chuyển tương đối với nhau (Hình 17), và vì các điện tử di chuyển khắp tinh thể, các liên kết không bị đứt, do đó, kim loại có đặc điểm là dẻo hơn . Tác dụng tương tự lên chất rắn có liên kết cộng hóa trị (mạng tinh thể nguyên tử) dẫn đến phá vỡ liên kết cộng hóa trị. Phá vỡ các liên kết trong mạng tinh thể dẫn đến lực đẩy lẫn nhau của các ion mang điện tích tương tự. Do đó, các chất có mạng tinh thể nguyên tử và ion rất dễ vỡ. Kim loại dẻo nhất là Au, Ag, Sn, Pb, Zn. Chúng dễ dàng được kéo thành dây, có thể rèn, ép, cuộn thành tấm. Ví dụ, một lá vàng dày 0,003 mm có thể được làm từ vàng, và một sợi dài 1 km có thể được rút ra từ 0,5 g kim loại này. Ngay cả thủy ngân, là chất lỏng ở nhiệt độ phòng, ở nhiệt độ thấp ở trạng thái rắn cũng trở nên dễ uốn, giống như chì. Chỉ có Bi và Mn không có tính dẻo, giòn.

Tại sao kim loại có ánh sáng đặc trưng và cũng có màu đục?

Các electron lấp đầy không gian liên nguyên tử phản xạ các tia sáng (và không truyền đi, như thủy tinh), và hầu hết các kim loại đều tán xạ tất cả các tia của phần nhìn thấy được của quang phổ. Do đó, chúng có màu trắng bạc hoặc xám. Stronti, vàng và đồng hấp thụ nhiều hơn các bước sóng ngắn (gần với màu tím) và phản xạ các bước sóng dài của quang phổ ánh sáng, vì vậy chúng có màu vàng nhạt, vàng và "đồng". Mặc dù trong thực tế, đối với chúng ta, kim loại dường như không phải lúc nào cũng là “vật nhẹ”. Đầu tiên, bề mặt của nó có thể bị oxy hóa và mất đi độ bóng. Do đó, đồng bản địa trông giống như một viên đá màu xanh lục. NHƯNG Thứ hai, và kim loại nguyên chất có thể không sáng bóng. Những tấm bạc và vàng rất mỏng có vẻ ngoài hoàn toàn bất ngờ - chúng có màu xanh lục. Và bột kim loại mịn có màu xám đen, thậm chí là đen. Bạc, nhôm, palađi có hệ số phản xạ cao nhất. Chúng được sử dụng trong sản xuất gương, bao gồm cả đèn chiếu.

Tại sao nói kim loại có tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao?

Các electron chuyển động hỗn loạn trong kim loại dưới tác dụng của một điện áp thu được một chuyển động có hướng, tức là dẫn dòng điện. Khi nhiệt độ của kim loại tăng lên, biên độ dao động của các nguyên tử và ion nằm ở các nút của mạng tinh thể tăng lên. Điều này làm cho các electron khó di chuyển, độ dẫn điện của kim loại giảm. Ngược lại, ở nhiệt độ thấp, dao động điều hòa giảm đi rất nhiều và tính dẫn điện của kim loại tăng mạnh. Gần độ không tuyệt đối, thực tế không có điện trở trong kim loại và hầu hết các kim loại trở nên siêu dẫn.

Cần lưu ý rằng các phi kim loại có tính dẫn điện (ví dụ như than chì), ở nhiệt độ thấp, ngược lại, không dẫn điện do không có các electron tự do. Và chỉ khi nhiệt độ tăng và sự phá hủy một số liên kết cộng hóa trị, độ dẫn điện của chúng mới bắt đầu tăng lên. Bạc, đồng cũng như vàng, nhôm có độ dẫn điện cao nhất, mangan, chì và thủy ngân có độ dẫn điện thấp nhất.

Thông thường, với cùng một độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt của kim loại thay đổi. Đó là do tính linh động cao của các điện tử tự do, khi va chạm với các ion và nguyên tử dao động, trao đổi năng lượng với chúng. Có một sự cân bằng nhiệt độ trong toàn bộ miếng kim loại.

Độ bền cơ học, tỷ trọng, điểm nóng chảy của các kim loại rất khác nhau. Hơn nữa, với sự gia tăng số lượng các điện tử liên kết ion-nguyên tử và giảm khoảng cách giữa các nguyên tử trong tinh thể, các chỉ số của các đặc tính này tăng lên.

Cho nên, kim loại kiềm(Li, K, Na, Rb, Cs), mà nguyên tử của chúng có một điện tử hóa trị, mềm (cắt bằng dao), có tỷ trọng thấp (liti là kim loại nhẹ nhất với p \ u003d 0,53 g / cm 3) và nóng chảy ở nhiệt độ thấp (ví dụ: điểm nóng chảy của xêzi là 29 ° C). Kim loại duy nhất ở thể lỏng ở điều kiện thường, thủy ngân, có nhiệt độ nóng chảy -38,9 ° C. Canxi, có hai electron ở mức năng lượng ngoài cùng của nguyên tử, cứng hơn nhiều và nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn (842 ° C). Mạnh hơn nữa là mạng tinh thể được hình thành bởi các ion scandium, có ba điện tử hóa trị. Nhưng mạng tinh thể mạnh nhất, mật độ cao và nhiệt độ nóng chảy được quan sát thấy ở các kim loại thuộc phân nhóm thứ cấp của các nhóm V, VI, VII, VIII. Điều này được giải thích là do các kim loại thuộc phân nhóm thứ cấp có các điện tử hóa trị không ghép đôi ở mức phân chia lại d được đặc trưng bởi sự hình thành các liên kết cộng hóa trị rất bền giữa các nguyên tử, ngoài kim loại, được thực hiện bởi các điện tử của lớp ngoài cùng từ s - ghi nợ.

Kim loại nặng nhất- đây là osmi (Os) với p \ u003d 22,5 g / cm 3 (một thành phần của hợp kim siêu cứng và chống mài mòn), kim loại chịu lửa nhất là vonfram W với t \ u003d 3420 ° C (được sử dụng để sản xuất dây tóc đèn ), kim loại cứng nhất - đó là Crôm Cr (làm xước kính). Chúng là một phần của vật liệu tạo ra các dụng cụ cắt kim loại, má phanh của máy móc hạng nặng, v.v ... Kim loại tương tác với từ trường theo những cách khác nhau. Các kim loại như sắt, coban, niken và gadolinium nổi bật với khả năng bị từ hóa cao. Chúng được gọi là sắt từ. Hầu hết các kim loại (kim loại kiềm và kiềm thổ và một phần đáng kể các kim loại chuyển tiếp) có tính từ hóa yếu và không giữ trạng thái này bên ngoài từ trường - đây là các paramagnets. Các kim loại bị từ trường đẩy ra là điamagne (đồng, bạc, vàng, bitmut).

Khi xem xét cấu trúc điện tử của kim loại, chúng tôi chia kim loại thành kim loại thuộc phân nhóm chính (nguyên tố s và p) và kim loại thuộc phân nhóm phụ (nguyên tố chuyển tiếp d và f).

Trong kỹ thuật, người ta thường phân loại kim loại theo các tính chất vật lý khác nhau:

1. Mật độ - ánh sáng (p< 5 г/см 3) и тяжелые (все остальные).

2. Điểm nóng chảy - nóng chảy và chịu lửa.

Có phân loại kim loại theo tính chất hóa học. Các kim loại có độ phản ứng thấp được gọi là cao quý(bạc, vàng, bạch kim và các chất tương tự của nó - osmium, iridium, ruthenium, palladium, rhodium). Theo tính chất hóa học gần nhau, chúng được phân biệt kiềm(kim loại thuộc phân nhóm chính của nhóm I), kiềm thổ(canxi, stronti, bari, radium), cũng như kim loại đất hiếm(scandium, yttrium, lantan và lanthanides, actini và actinides).

Tính chất hóa học chung của kim loại

Nguyên tử kim loại tương đối dễ tặng các điện tử hóa trị và chuyển thành các ion tích điện dương, tức là chúng bị oxy hóa. Đây là tính chất chung chính của cả nguyên tử và chất đơn giản - kim loại. Kim loại trong phản ứng hóa học luôn là chất khử. Khả năng khử của nguyên tử các chất đơn giản - kim loại, được tạo thành bởi các nguyên tố hóa học thuộc một chu kỳ hoặc một phân nhóm chính của hệ thống tuần hoàn D. I. Mendeleev, thay đổi một cách tự nhiên.

Hoạt động khử của kim loại trong các phản ứng hoá học xảy ra trong dung dịch nước phản ánh vị trí của nó trong dãy điện hoá của hiệu điện thế kim loại.

Dựa vào dãy hiệu điện thế này, có thể rút ra các kết luận quan trọng sau đây về hoạt động hoá học của kim loại trong các phản ứng xảy ra trong dung dịch nước ở điều kiện tiêu chuẩn (t = 25 ° C, p = 1 atm).

· Kim loại nằm trong hàng này càng về bên trái, thì kim loại đó càng là chất khử mạnh.

· Mỗi kim loại có thể dịch chuyển (khôi phục) khỏi muối trong dung dịch những kim loại đứng sau nó (ở bên phải) trong một hiệu điện thế nối tiếp.

· Các kim loại nằm trong dãy hiệu điện thế bên trái hiđro có thể dịch chuyển nó khỏi axit trong dung dịch

· Kim loại, là chất khử mạnh nhất (kiềm và kiềm thổ), trong bất kỳ dung dịch nước nào tương tác chủ yếu với nước.

Hoạt độ khử của kim loại, được xác định từ dãy điện hóa, không phải lúc nào cũng tương ứng với vị trí của nó trong hệ thống tuần hoàn. Điều này được giải thích bởi thực tế là khi xác định vị trí của một kim loại trong một chuỗi điện áp, không chỉ tính đến năng lượng tách ra của các electron từ các nguyên tử riêng lẻ mà còn tính đến năng lượng sử dụng cho sự phá hủy mạng tinh thể, như cũng như năng lượng được giải phóng trong quá trình hydrat hóa các ion. Ví dụ, liti hoạt động mạnh hơn trong dung dịch nước so với natri (mặc dù Na là kim loại hoạt động hơn về vị trí của nó trong bảng tuần hoàn). Thực tế là năng lượng hydrat hóa của ion Li + lớn hơn nhiều so với năng lượng hydrat hóa của Na +, do đó, quá trình đầu tiên là thuận lợi hơn về mặt năng lượng. Sau khi xem xét các quy định chung đặc trưng cho tính chất khử của kim loại, chúng ta chuyển sang các phản ứng hóa học cụ thể.

Tương tác của kim loại với phi kim loại

· Hầu hết các kim loại tạo oxit với oxi.- cơ bản và lưỡng tính. Các oxit kim loại chuyển tiếp axit, chẳng hạn như oxit crom (VI) CrO g hoặc oxit mangan (VII) Mn 2 O 7, không được tạo thành bằng cách oxi hóa trực tiếp kim loại với oxi. Chúng thu được một cách gián tiếp.

Các kim loại kiềm Na, K phản ứng tích cực với oxi trong khí quyển, tạo thành peroxit:

Oxit natri thu được gián tiếp, bằng cách nung peroxit với các kim loại tương ứng:

Các kim loại liti và kim loại kiềm thổ tương tác với oxi trong khí quyển, tạo thành oxit bazơ:

Các kim loại khác, ngoại trừ kim loại vàng và bạch kim, hoàn toàn không bị oxy hóa bởi oxy trong khí quyển, tương tác với nó ít tích cực hơn hoặc khi bị nung nóng:

· Với halogen, kim loại tạo thành muối của axit hiđro, Ví dụ:

· Các kim loại hoạt động nhất tạo thành hiđrua với hiđro.- Các chất dạng muối ion trong đó hiđro có trạng thái oxi hóa -1, ví dụ:

Nhiều kim loại chuyển tiếp tạo thành hiđrua thuộc loại đặc biệt với hiđro - như thể hiđro bị hòa tan hoặc đưa vào mạng tinh thể của kim loại giữa các nguyên tử và ion, trong khi kim loại vẫn giữ được hình dạng của nó, nhưng tăng về thể tích. Rõ ràng, hydro được hấp thụ ở trong kim loại ở dạng nguyên tử.

Ngoài ra còn có các hiđrua kim loại trung gian.

· Với kim loại xám tạo thành muối - sunfua, Ví dụ:

· Kim loại khó phản ứng với nitơ hơn., vì liên kết hóa học trong phân tử nitơ N 2 rất mạnh; trong trường hợp này, nitrua được hình thành. Ở nhiệt độ bình thường, chỉ có liti tương tác với nitơ:

Tương tác của kim loại với các chất phức tạp

· Với nước. Các kim loại kiềm và kiềm thổ ở điều kiện thường chuyển hydro ra khỏi nước và tạo thành bazơ tan - kiềm, ví dụ:

Các kim loại khác, đứng trong một dãy có hiệu điện thế lên đến hydro, trong những điều kiện nhất định cũng có thể chuyển hydro ra khỏi nước. Nhưng nhôm chỉ tương tác mạnh với nước khi màng oxit được loại bỏ khỏi bề mặt của nó:

Magiê chỉ tương tác với nước khi sôi và hydro cũng được giải phóng:

Nếu cho magiê đang cháy vào nước thì quá trình cháy vẫn tiếp tục vì phản ứng xảy ra:

Sắt chỉ tương tác với nước ở dạng nóng:

· Với axit trong dung dịch (HCl, H 2 VÌ THẾ 4 ), CH 3 COOH và các chất khác, ngoại trừ HNO 3 ) tương tác với các kim loại đứng trong dãy có hiệu điện thế lên đến hiđro.Điều này tạo ra muối và hydro.

Nhưng chì (và một số kim loại khác), mặc dù vị trí của nó trong chuỗi điện áp (bên trái hydro), hầu như không tan trong axit sunfuric loãng, vì chì sunfat PbSO 4 tạo thành không hòa tan và tạo ra một lớp màng bảo vệ trên kim loại bề mặt.

· Với muối của các kim loại kém hoạt động trong dung dịch. Kết quả của phản ứng như vậy, một muối của kim loại hoạt động hơn được tạo thành và một kim loại kém hoạt động hơn được giải phóng ở dạng tự do.

Cần phải nhớ rằng phản ứng tiến hành trong trường hợp muối tạo thành có thể hòa tan. Lần đầu tiên N. N. Beketov, một nhà khoa học vĩ đại người Nga trong lĩnh vực hóa lý, nghiên cứu chi tiết về sự chuyển vị của kim loại khỏi các hợp chất của chúng bằng các kim loại khác. Ông sắp xếp các kim loại theo hoạt động hóa học của chúng trong một "chuỗi chuyển vị", chuỗi này trở thành nguyên mẫu của một chuỗi ứng suất kim loại.

với chất hữu cơ. Tương tác với axit hữu cơ tương tự như phản ứng với axit khoáng. Mặt khác, các ancol có thể thể hiện tính axit yếu khi tương tác với các kim loại kiềm:

Phenol phản ứng tương tự:

Các kim loại tham gia phản ứng với haloalkane, được sử dụng để thu được các xycloalkane thấp hơn và để tổng hợp, trong đó bộ xương cacbon của phân tử trở nên phức tạp hơn (phản ứng A. Wurtz):

· Các kim loại, các hiđroxit lưỡng tính, tương tác với các chất kiềm trong dung dịch. Ví dụ:

Các kim loại có thể tạo thành các hợp chất hóa học với nhau, được gọi chung là hợp chất liên kim. Chúng thường không hiển thị trạng thái oxi hóa của nguyên tử, đặc trưng của hợp chất của kim loại với phi kim loại. Ví dụ:

Cu 3 Au, LaNi 5, Na 2 Sb, Ca 3 Sb 2, v.v.

Các hợp chất liên kim thường không có thành phần không đổi, liên kết hóa học trong chúng chủ yếu là kim loại. Sự hình thành của các hợp chất này là điển hình hơn cho các kim loại của phân nhóm thứ cấp.

Kim loại thuộc phân nhóm chính nhóm I-III của Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học D. I. Mendeleev

đặc điểm chung

Đây là những kim loại thuộc phân nhóm chính nhóm I. Các nguyên tử của chúng ở mức năng lượng ngoài cùng có một electron mỗi nguyên tử. kim loại kiềm - chất khử mạnh. Công suất khử và khả năng phản ứng của chúng tăng lên khi số nguyên tử của nguyên tố tăng lên (tức là từ trên xuống dưới trong Bảng tuần hoàn). Tất cả chúng đều có độ dẫn điện tử. Độ bền liên kết giữa các nguyên tử kim loại kiềm giảm khi số hiệu nguyên tử của nguyên tố tăng dần. Điểm nóng chảy và sôi của chúng cũng giảm. Kim loại kiềm tương tác với nhiều chất đơn giản - chất oxy hóa. Trong phản ứng với nước, chúng tạo thành bazơ tan trong nước (kiềm). nguyên tố kiềm thổ các nguyên tố của phân nhóm chính nhóm II được gọi. Nguyên tử của các nguyên tố này chứa ở mức năng lượng bên ngoài hai electron. họ đang những người phục hồi mạnh nhất, có trạng thái oxi hóa +2. Trong nhóm con chính này, các mẫu chung trong sự thay đổi tính chất vật lý và hóa học đi kèm với sự gia tăng kích thước của các nguyên tử trong một nhóm từ trên xuống dưới, liên kết hóa học giữa các nguyên tử cũng yếu đi. Khi kích thước của ion tăng lên, tính axit và tính bazơ của oxit và hiđroxit tăng lên.

nhóm con chính Nhóm III Các nguyên tố là bo, nhôm, gali, indium và thallium. Tất cả các phần tử đều là phần tử p. Ở mức năng lượng bên ngoài, chúng có ba (s 2 P 1 ) điện tử trong đó giải thích sự giống nhau của các thuộc tính. +3 trạng thái oxi hóa. Trong một nhóm, khi điện tích hạt nhân tăng, tính kim loại tăng. Boron là một nguyên tố phi kim loại, trong khi nhôm đã có các đặc tính kim loại. Tất cả các nguyên tố đều tạo thành oxit và hiđroxit.

Hầu hết các kim loại đều nằm trong các phân nhóm của Bảng tuần hoàn. Ngược lại với các nguyên tố của các phân nhóm chính, nơi có sự lấp đầy dần các electron cấp độ bên ngoài quỹ đạo nguyên tử, obitan d của mức năng lượng áp chót và obitan s của mức năng lượng cuối cùng được điền vào các nguyên tố của nhóm con bên. Số electron tương ứng với số thứ tự của nhóm. Các yếu tố với số lượng bằng nhau các electron hóa trị được xếp vào nhóm dưới cùng một số lượng. Tất cả các nguyên tố của các phân nhóm đều là kim loại.

Các chất đơn giản do kim loại phân nhóm tạo thành có mạng tinh thể bền, bền với nhiệt. Những kim loại này là bền nhất và chịu lửa trong số các kim loại khác. Ở các nguyên tố d, sự chuyển hoá theo chiều tăng dần tính hoá trị của chúng từ tính bazơ qua tính chất lưỡng tính sang tính axit được biểu hiện rõ ràng.

Kim loại kiềm (Na, K)

Ở mức năng lượng bên ngoài, nguyên tử kim loại kiềm của các nguyên tố chứa bởi một điện tử nằm cách hạt nhân một khoảng rất lớn. Chúng dễ dàng hiến tặng electron này, do đó chúng là chất khử mạnh. Trong mọi hợp chất, kim loại kiềm thể hiện số oxi hóa +1. Tính khử của chúng tăng khi bán kính nguyên tử tăng dần từ Li đến Cs. Tất cả chúng đều là kim loại điển hình, có màu trắng bạc, mềm (dùng dao cắt), nhẹ và dễ chảy. Tích cực giao lưu với mọi người phi kim loại:

Tất cả các kim loại kiềm đều phản ứng với oxy (trừ Li) để tạo thành peroxit. Các kim loại kiềm không được tìm thấy ở dạng tự do do chúng có khả năng phản ứng cao.

ôxít - chất rắn, có thuộc tính cơ bản. Chúng thu được bằng cách nung peroxit với các kim loại tương ứng:

Hydroxit NaOH, KOH- Các chất rắn màu trắng, hút ẩm, tan tốt trong nước và toả nhiệt, chúng được xếp vào nhóm kiềm:

Các muối của kim loại kiềm hầu như đều tan trong nước. Quan trọng nhất trong số đó: Na 2 CO 3 - natri cacbonat; Na 2 CO 3 10H 2 O - xút kết tinh; NaHCO 3 - natri bicacbonat, muối nở; K 2 CO 3 - kali cacbonat, muối kali; Na 2 SO 4 10H 2 O - muối của Glauber; NaCl - natri clorua, muối ăn.

Các phần tử nhóm I trong bảng

Kim loại kiềm thổ (Ca, Mg)

Canxi (Ca) là một đại diện kim loại kiềm thổ, được gọi là các nguyên tố thuộc phân nhóm chính nhóm II, nhưng không phải là tất cả, mà chỉ bắt đầu từ canxi trở xuống nhóm. Đây là những nguyên tố hóa học tương tác với nước tạo thành kiềm. Canxi ở mức năng lượng bên ngoài chứa hai electron, trạng thái oxi hóa +2.

Các tính chất vật lý và hóa học của canxi và các hợp chất của nó được trình bày trong bảng.

Magie (Mg) có cùng cấu trúc nguyên tử với canxi, trạng thái oxi hóa của nó cũng là +2. Kim loại mềm, nhưng bề mặt của nó được phủ một lớp màng bảo vệ trong không khí, làm giảm nhẹ hoạt tính hóa học. Sự đốt cháy của nó kèm theo một tia sáng chói mắt. MgO và Mg (OH) 2 thể hiện tính bazơ. Mặc dù Mg (OH) 2 ít tan nhưng tạo màu đỏ thẫm cho dung dịch phenolphtalein.

Mg + O 2 \ u003d MgO 2

Oxit MO là chất chịu lửa rắn màu trắng. Trong kỹ thuật, CaO được gọi là vôi sống, và MgO được gọi là magie cháy, những oxit này được sử dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng. Phản ứng của canxi oxit với nước kèm theo sự tỏa nhiệt và được gọi là vôi tôi, và Ca (OH) 2 tạo thành được gọi là vôi tôi. Dung dịch canxi hiđroxit trong suốt được gọi là nước vôi trong, còn dung dịch Ca (OH) 2 màu trắng trong nước được gọi là sữa vôi.

Muối magie và canxi thu được bằng cách cho chúng phản ứng với axit.

CaCO 3 - canxi cacbonat, đá phấn, đá hoa, đá vôi. Được sử dụng trong xây dựng. MgCO 3 - magiê cacbonat - được sử dụng trong luyện kim để giải phóng xỉ.

CaSO 4 2H 2 O - thạch cao. MgSO 4 - magie sunfat - được gọi là muối đắng, hay tiếng Anh là muối, được tìm thấy trong nước biển. BaSO 4 - bari sulfat - do không hòa tan và khả năng giữ lại Tia Xđược sử dụng trong chẩn đoán ("cháo barit") của đường tiêu hóa.

Canxi chiếm 1,5% trọng lượng cơ thể người, 98% canxi được tìm thấy trong xương. Magiê là một nguyên tố sinh học, nó có khoảng 40 g trong cơ thể con người, nó tham gia vào quá trình hình thành các phân tử protein.

Kim loại kiềm thổ trong bảng

Nhôm

Nhôm (Al)- một nguyên tố thuộc phân nhóm chính nhóm III của hệ thống tuần hoàn D. I. Mendeleev. Nguyên tử nhôm chứa ở mức năng lượng bên ngoài ba electron, mà nó dễ dàng loại bỏ trong quá trình tương tác hóa học. Tổ tiên của phân nhóm và hàng xóm trên của nhôm - bo - có bán kính nguyên tử nhỏ hơn (đối với bo là 0,080 nm, đối với nhôm là 0,143 nm). Ngoài ra, nguyên tử nhôm có một lớp tám điện tử trung gian (2e; 8e; 3e), ngăn cản sự kéo dài của các điện tử bên ngoài đối với hạt nhân. Do đó, tính khử của nguyên tử nhôm khá rõ rệt.

Trong hầu hết các hợp chất của nó, nhôm có trạng thái oxy hóa +3.

Nhôm là một chất đơn giản

Kim loại ánh sáng trắng bạc. Nóng chảy ở 660 ° C. Nó rất dẻo, dễ dàng kéo thành dây và cuộn thành lá dày tới 0,01 mm. Nó có tính dẫn điện và dẫn nhiệt rất cao. Chúng tạo thành hợp kim nhẹ và bền với các kim loại khác. Nhôm là một kim loại rất hoạt động. Nếu bột nhôm hoặc lá nhôm mỏng bị nung nóng mạnh, chúng bốc cháy và bùng cháy với ngọn lửa chói lòa:

Phản ứng này có thể được quan sát thấy khi đốt pháo hoa và pháo hoa. Nhôm, giống như tất cả các kim loại, dễ dàng phản ứng với các phi kim loạiđặc biệt là ở dạng bột. Để phản ứng bắt đầu, cần đun nóng ban đầu, trừ phản ứng với halogen - clo và brom, nhưng sau đó tất cả các phản ứng của nhôm với phi kim loại đều diễn ra rất nhanh và kèm theo đó là sự tỏa ra một lượng nhiệt lớn. :

Nhôm tan tốt trong axit sunfuric và axit clohydric loãng:

Và đây axit sunfuric và nitric đậm đặc thụ động hóa nhôm, hình thành trên bề mặt kim loại màng oxit mạnh dày đặc, ngăn cản phản ứng xảy ra thêm. Do đó, các axit này được vận chuyển trong các bồn chứa bằng nhôm.

Nhôm oxit và hydroxit là chất lưỡng tính, do đó, nhôm hòa tan trong dung dịch nước của kiềm, tạo thành muối - nhôm:

Nhôm được sử dụng rộng rãi trong luyện kim để thu được kim loại - crom, mangan, vanadi, titan, zirconium từ các oxit của chúng. Phương pháp này được gọi là phương pháp giả kim. Trong thực tế, người ta thường dùng thermite - hỗn hợp Fe 3 O 4 với bột nhôm. Nếu hỗn hợp này được đốt cháy, ví dụ, với một băng magiê, thì một phản ứng mạnh xảy ra với việc giải phóng một số lượng lớn nhiệt:

Nhiệt lượng được giải phóng là khá đủ để làm nóng chảy hoàn toàn sắt tạo thành, vì vậy quá trình này được sử dụng để hàn các sản phẩm thép.

Nhôm có thể được thu được bằng cách điện phân - sự phân hủy nóng chảy oxit Al 2 O 3 của nó thành các phần cấu tạo của nó bằng cách sử dụng dòng điện. Nhưng nhiệt độ nóng chảy của nhôm oxit là khoảng 2050 ° C, do đó cần rất nhiều năng lượng để thực hiện quá trình điện phân.

Hợp chất nhôm

Aluminosilicates. Có thể coi các hợp chất này là muối tạo bởi các kim loại alumin, silic, kiềm và kiềm thổ. Chúng tạo nên phần lớn vỏ trái đất. Đặc biệt, aluminosilicat là một phần của fenspat, khoáng chất và đất sét phổ biến nhất.

Bauxit- đá từ đó thu được nhôm. Nó chứa nhôm oxit Al 2 O 3.

Corundum- khoáng vật có thành phần Al 2 O 3, có độ cứng rất cao, dạng hạt mịn có chứa tạp chất - đá nhám, được dùng làm vật liệu mài mòn (mài). Công thức tương tự có một hợp chất tự nhiên khác - alumina.

Nổi tiếng là trong suốt, có lẫn tạp chất, tinh thể corundum: đỏ - hồng ngọc và xanh lam - ngọc bích, được sử dụng làm đá quý. Hiện nay, chúng được thu nhận một cách nhân tạo và không chỉ được sử dụng làm đồ trang sức mà còn được sử dụng cho các mục đích kỹ thuật, ví dụ, để sản xuất các bộ phận đồng hồ và các dụng cụ chính xác khác. Tinh thể ruby ​​được sử dụng trong laser.

Nhôm oxit Al 2 O 3 - chất màu trắng có nhiệt độ nóng chảy rất cao. Có thể thu được bằng cách đun nóng phân hủy nhôm hydroxit:

Nhôm hydroxit Al (OH) 3 kết tủa dưới dạng kết tủa sền sệt dưới tác dụng của kiềm với dung dịch muối nhôm:

thế nào hiđroxit lưỡng tính nó hòa tan dễ dàng trong axit và dung dịch kiềm:

Aluminat họ gọi các muối của axit nhôm không ổn định - orthoal nhôm H 2 AlO 3, metaal nhôm HAlO 2 (nó có thể được coi là axit orthoal nhôm, từ phân tử của nó một phân tử nước đã bị lấy đi). Alumin tự nhiên bao gồm Spinel quý và chrysoberyl quý. Các muối nhôm, ngoại trừ photphat, rất dễ tan trong nước. Một số muối (sunfua, sunfit) bị nước phân hủy. Nhôm clorua AlCl 3 được dùng làm chất xúc tác trong sản xuất nhiều chất hữu cơ.

Phần tử nhóm III trong bảng

Đặc điểm của các nguyên tố chuyển tiếp - đồng, kẽm, crom, sắt

Đồng (Cu)- một phần tử của một nhóm con thứ hai của nhóm đầu tiên. Công thức điện tử: (… 3d 10 4s 1). Electron thứ mười là di động, vì nó đã di chuyển từ cấp độ 4S. Đồng trong các hợp chất thể hiện các trạng thái oxi hóa +1 (Cu 2 O) và +2 (CuO). Đồng là một kim loại màu hồng nhạt, dễ uốn, nhớt và là chất dẫn điện tuyệt vời. Điểm nóng chảy 1083 ° C.

Giống như các kim loại khác thuộc phân nhóm I của nhóm I của hệ thống tuần hoàn, đồng nằm trong chuỗi hoạt động bên phải của hydro và không thay thế nó khỏi axit, nhưng phản ứng với axit oxy hóa:

Dưới tác dụng của kiềm với dung dịch muối đồng kết tủa nền tảng yếu màu xanh da trời- đồng (II) hiđroxit, khi đun nóng, phân hủy thành oxit bazơ màu đen CuO và nước:

Tính chất hóa học của đồng trong bảng

Kẽm (Zn)- nguyên tố thuộc phân nhóm phụ nhóm II. Công thức điện tử của nó như sau: (… 3d 10 4s 2). Vì phân tầng d áp chót trong nguyên tử kẽm được hoàn thành hoàn toàn nên kẽm trong các hợp chất thể hiện trạng thái oxi hóa +2.

Kẽm là kim loại màu trắng bạc, thực tế không thay đổi trong không khí. Nó có khả năng chống ăn mòn, điều này được giải thích bởi sự hiện diện của một lớp màng oxit trên bề mặt của nó. Kẽm là một trong những kim loại hoạt động mạnh nhất, ở nhiệt độ cao phản ứng với các chất đơn giản:

thay thế hydro từ axit:

Kẽm, giống như các kim loại khác, thay thế các kim loại kém hoạt động hơn từ muối của chúng:

Zn + 2AgNO 3 \ u003d 2Ag + Zn (NO 3) 2

Kẽm hydroxit amphoterene, tức là, thể hiện các tính chất của cả axit và bazơ. Cho từ từ dung dịch kiềm vào dung dịch muối kẽm thì kết tủa tạo ra lúc đầu tan dần (hiện tượng xảy ra tương tự với nhôm):

Tính chất hóa học của kẽm trong bảng

Ví dụ crom (Cr) nó có thể được chỉ ra rằng tính chất của các yếu tố chuyển tiếp không thay đổi cơ bản theo thời kỳ: đang xảy ra thay đổi định lượng gắn với sự thay đổi số lượng electron trong các obitan hóa trị. Trạng thái oxi hóa tối đa của crom là +6. Kim loại trong dãy hoạt động ở bên trái hydro và thay thế nó khỏi axit:

Khi cho dung dịch kiềm vào dung dịch đó thì tạo ra kết tủa Me (OH) 2 , bị oxy hóa nhanh chóng bởi oxy trong khí quyển:

Nó phù hợp oxit lưỡng tính Cr2O3. Crom oxit và hydroxit (trong mức độ cao nhất sự oxy hóa) thể hiện tính chất oxit axit và axit, tương ứng. Muối của axit cromic (H 2 CrO 4 ) trong môi trường axit được chuyển thành đicromat- muối của axit đicromic (H 2 Cr 2 O 7). Các hợp chất của crom có ​​tính oxi hóa cao.

Tính chất hóa học của crom trong bảng

Sắt Fe- một nguyên tố thuộc phân nhóm phụ của nhóm VIII và thuộc chu kỳ thứ 4 của hệ thống tuần hoàn D. I. Mendeleev. Các nguyên tử của sắt được sắp xếp hơi khác so với các nguyên tử của các nguyên tố thuộc các phân nhóm chính. Là một nguyên tố của chu kỳ thứ 4, nguyên tử sắt có bốn mức năng lượng, nhưng không phải vị trí cuối cùng được điền trong số chúng, mà là vị trí áp chót, thứ ba từ cấp độ cốt lõi. Ở mức cuối cùng, nguyên tử sắt chứa hai electron. Ở mức áp chót có thể chứa 18 electron, nguyên tử sắt có 14 electron. Do đó, sự phân bố các electron theo các mức trong nguyên tử sắt như sau: 2e; 8e; Ngày 14; 2e. Giống như tất cả các kim loại nguyên tử sắt thể hiện tính khử, trong quá trình tương tác hóa học không chỉ cho hai điện tử từ mức cuối cùng và nhận được trạng thái ôxy hóa +2, mà còn một điện tử từ mức áp chót, trong khi trạng thái ôxy hóa của nguyên tử tăng lên +3.

Sắt là một chất đơn giản

Nó là một kim loại bóng màu trắng bạc với nhiệt độ nóng chảy là 1539 ° C. Rất dẻo, do đó nó dễ dàng được gia công, rèn, cán, dập. Sắt có khả năng nhiễm từ và khử từ. Nó có thể được cung cấp độ bền và độ cứng lớn hơn bằng các phương pháp nhiệt và cơ học. Có sắt tinh khiết về mặt kỹ thuật và tinh khiết về mặt hóa học. Trên thực tế, về mặt kỹ thuật, sắt nguyên chất là một loại thép có hàm lượng cacbon thấp, nó chứa 0,02-0,04% cacbon, và thậm chí còn ít hơn oxy, lưu huỳnh, nitơ và phốt pho. Sắt nguyên chất về mặt hóa học chứa ít hơn 0,01% tạp chất. Ví dụ, từ sắt nguyên chất về mặt kỹ thuật, người ta làm ra những chiếc kẹp giấy và cúc áo. Sắt như vậy bị ăn mòn dễ dàng, trong khi sắt nguyên chất về mặt hóa học hầu như không bị ăn mòn. Hiện nay, sắt là cơ sở của công nghệ hiện đại và cơ khí nông nghiệp, giao thông và thông tin liên lạc, tàu vũ trụ và của tất cả nền văn minh hiện đại nói chung. Hầu hết các vật dụng, từ kim khâu đến tàu vũ trụ, không thể được tạo ra nếu không sử dụng sắt.

Tính chất hóa học của sắt

Sắt có thể thể hiện trạng thái oxy hóa +2 và +3 tương ứng, sắt tạo ra hai dãy hợp chất. Số electron mà nguyên tử sắt nhường trong các phản ứng hóa học phụ thuộc vào khả năng oxi hóa của các chất phản ứng với nó.

Ví dụ, sắt tạo thành halogenua với halogen, trong đó nó có trạng thái oxi hóa +3:

và với lưu huỳnh - sắt (II) sunfua:

Sắt nóng cháy trong oxy với sự hình thành của vảy sắt:

Ở nhiệt độ cao (700-900 ° C) sắt phản ứng với hơi nước:

Ứng với vị trí của sắt trong dãy hiệu điện thế, nó có thể chuyển các kim loại sang bên phải nó khỏi dung dịch nước chứa muối của chúng, ví dụ:

Sắt tan trong axit clohydric và axit sunfuric loãng., tức là, bị oxy hóa bởi các ion hydro:

Sắt tan trong axit nitric loãng, trong khi sắt (III) nitrat được tạo thành, nước và sản phẩm khử của axit nitric - N 2, NO hoặc NH 3 (NH 4 NO 3) tùy thuộc vào nồng độ của axit.

Hợp chất sắt

Trong tự nhiên, sắt tạo thành một số khoáng chất. Đây là quặng sắt từ tính(magnetit) Fe 3 O 4, quặng sắt đỏ (hematit) Fe 2 O 3, quặng sắt nâu (limonite) 2Fe 2 O 3 3H 2 O. Một hợp chất sắt tự nhiên khác là sắt, hoặc lưu huỳnh, pyrit (pyrit) FeS 2, không được dùng như quặng sắt để sản xuất kim loại, nhưng được sử dụng để sản xuất axit sunfuric.

Sắt được đặc trưng bởi hai chuỗi hợp chất: hợp chất của sắt (II) và sắt (III). Oxit sắt (II) FeO và hiđroxit sắt (II) Fe (OH) 2 tương ứng thu được một cách gián tiếp, cụ thể thông qua một chuỗi biến đổi sau:

Cả hai hợp chất đều có tính chất cơ bản rõ rệt.

Sắt (II) cation Fe 2 + dễ bị oxi hóa bởi oxi trong khí quyển thành cation sắt (III) Fe 3 + . Do đó, kết tủa trắng của sắt (II) hiđroxit trở thành màu xanh lục, sau đó chuyển sang màu nâu, chuyển thành sắt (III) hiđroxit:

Sắt (III) oxit Fe 2 O 3 và sắt (III) hiđroxit Fe (OH) 3 tương ứng cũng thu được một cách gián tiếp, ví dụ, dọc theo chuỗi:

Trong số các muối sắt, sunfat và clorua có tầm quan trọng kỹ thuật lớn nhất.

Tinh thể sắt (II) sunfat hydrat FeSO 4 7H 2 O, được gọi là sắt vitriol, được sử dụng để kiểm soát dịch hại thực vật, để chuẩn bị sơn khoáng và cho các mục đích khác. Clorua sắt (III) FeCl 3 được dùng làm chất kết dính trong nhuộm vải. Sắt sunfat (III) Fe 2 (SO 4) 3 9H 2 O được sử dụng để lọc nước và các mục đích khác.

Các tính chất vật lý và hóa học của sắt và các hợp chất của nó được tóm tắt trong bảng:

Tính chất hóa học của sắt trong bảng

Các phản ứng định tính với các ion Fe 2+ và Fe 3+

Để nhận biết các hợp chất sắt (II) và (III) thực hiện các phản ứng định tính về ion Fe 2+ và Fe 3+ . Phản ứng định tính với ion Fe 2+ là phản ứng của muối sắt (II) với hợp chất K 3, được gọi là muối đỏ. Đây là một nhóm muối đặc biệt, được gọi là phức chất, các bạn sẽ làm quen với chúng ở phần sau. Trong thời gian chờ đợi, bạn cần tìm hiểu cách các muối đó phân ly:

Thuốc thử cho ion Fe 3+ là một hợp chất phức tạp khác - muối vàng - K 4, phân ly trong dung dịch theo cách tương tự:

Nếu cho lần lượt các dung dịch muối đỏ (thuốc thử Fe 2+) và muối vàng (thuốc thử Fe 3+) vào dung dịch chứa các ion Fe 2+ và Fe 3+ thì trong cả hai trường hợp đều cho kết tủa xanh lam như nhau. biểu mẫu:

Để phát hiện ion Fe 3+, tương tác của muối sắt (III) với kali thiocyanat KNCS hoặc amoni NH 4 NCS cũng được sử dụng. Trong trường hợp này, ion FeNCNS 2+ có màu sáng được tạo thành, kết quả là toàn bộ dung dịch có màu đỏ đậm:

Bảng độ hòa tan

Đại đa số các chất đơn giản là kim loại. Vật lý tính chất kim loại- đây là độ mờ, một ánh "kim loại" cụ thể, độ dẫn nhiệt và điện cao, cũng như độ dẻo. Chính nhờ những đặc tính này mà kim loại đã phát Vai trò quyết định trong lịch sử loài người.

Lý do gì mà kim loại có những tính chất này và tại sao chúng lại khác với phi kim loại? Luật định kì và thuyết cấu tạo nguyên tử giải thích cấu tạo và tính chất của kim loại. Hóa ra tính chất kim loại của các nguyên tố do cấu trúc điện tử nguyên tử của chúng.

Kim loại bên ngoài vỏ điện tử có 1–4 electron. Các electron này có tính di động vì chúng bị hạt nhân hút yếu. Thông qua đó, các kim loại dễ dàng từ bỏ tất cả hoặc một phần các điện tử bên ngoài của chúng, do đó các ion tích điện dương - cation - xuất hiện. Kim loại càng dễ mất electron thì chúng càng hoạt động và thể hiện tính kim loại càng mạnh.

Trong các nguyên tử phi kim loại, có nhiều 4-8 electron ở các lớp vỏ electron ngoài cùng, ngoại trừ hydro (1) và bo (3). Các electron này bị hạt nhân hút mạnh và do đó rất khó xé chúng ra khỏi nguyên tử. Nhưng các nguyên tử phi kim loại có thể gắn các electron dư thừa và biến thành các ion - anion mang điện tích âm.

Tất cả các kim loại, ngoại trừ chất lỏng, là chất rắn ở điều kiện bình thường và có cấu trúc tinh thể. Các tính chất của kim loại liên quan chặt chẽ đến cấu trúc của chúng. Nguyên tử và ion (cation) nằm ở các nút của mạng tinh thể, và số lượng các ion và electron trong tinh thể của các kim loại khác nhau là không giống nhau. Các điện tử bên ngoài, vì chúng di động và bị hút yếu bởi hạt nhân, tạo thành cái gọi là "khí điện tử", "khí" đi lang thang giữa các ion trong tinh thể. "Khí điện tử" không thuộc về các ion riêng lẻ, mà là toàn bộ tinh thể. Đó là do sự hiện diện của các electron di động như vậy trong mạng tinh thể của kim loại mà người ta có thể giải thích tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao của chúng. "Khí điện tử" phản xạ ánh sáng tốt (do đó, kim loại không trong suốt và có ánh sáng đặc trưng), cũng như sóng vô tuyến ngắn. Tính chất cuối cùng của kim loại là cơ sở của radar.

Các kim loại có thể được rèn, và khả năng kéo dài của chúng được giải thích là do sự trượt (chuyển động) của một số lớp ion so với các lớp khác.

Như đã lưu ý, các kim loại càng dễ hiến tặng các điện tử hóa trị của chúng, thì chúng càng hoạt động và do đó, chúng càng dễ tham gia vào các phản ứng hóa học. Các kim loại hoạt động hơn sẽ thay thế các kim loại kém hoạt động hơn khỏi các hợp chất của chúng. Ngoài ra, nhiều kim loại chuyển hydro từ một số axit, cũng như từ nước. Dựa trên cơ sở này, tất cả các kim loại có thể được sắp xếp trong cái gọi là chuỗi hoạt động, hoặc chuỗi điện áp điện hóa.

Kim loại bạch kim, vàng và bạc từ lâu đã được gọi là cao quý. Chúng khá trơ về mặt hóa học, do đó không phản ứng với nước hoặc với nhiều axit. Titan, zirconium, hafnium, niobi, tantali, molypden, vonfram và rheni, cũng là những chất thụ động về mặt hóa học, hoạt động giống như các kim loại quý. Chúng có khả năng chịu nhiệt và có tính chất cơ học. Đó là lý do tại sao những kim loại này và hợp kim của chúng đóng vai trò vai trò to lớn trong hàng không hiện đại, khoa học tên lửa và năng lượng hạt nhân.

Trang 2

Sắt, đồng và nhôm có ánh kim loại đặc trưng.

Khi nghiên cứu các chất rắn không có ánh kim loại đặc trưng, ​​chúng ta nhận thấy rằng độ dẫn điện của chúng rất thấp. Chúng bao gồm các chất mà chúng ta gọi là ion - natri clorua, canxi clorua, bạc nitrat và bạc clorua, cũng như các tinh thể phân tử, chẳng hạn như nước đá. Băng được hiển thị trong Hình. 5 - 3, bao gồm các phân tử giống nhau tồn tại trong pha khí, nhưng có thứ tự sắp xếp trong một mạng tinh thể. Những chất dẫn điện kém này rất khác với kim loại về hầu hết các tính chất. Như vậy, độ dẫn điện có thể dùng để phân loại các chất là một trong những cách hợp lý nhất.

Kim loại được gọi là những chất kết tinh đơn giản, có ánh kim loại đặc trưng, ​​dẫn nhiệt và dòng điện tốt, có khả năng thay đổi hình dạng dưới tác dụng của ngoại lực và giữ lại sau khi hết tải mà không có dấu hiệu bị phá hủy. Trong tổng số các nguyên tố hóa học hiện nay, có 80 nguyên tố là kim loại. Các kim loại phổ biến nhất trong vỏ trái đất ở dạng các hợp chất hóa học là nhôm, sắt, magiê, kali, natri và canxi. kim loại nguyên chất hạn chế sử dụng công nghệ, vì chúng cực kỳ hiếm trong tự nhiên và việc sản xuất chúng từ các hợp chất hóa học (quặng) gặp rất nhiều khó khăn.

Kết quả của sự ăn mòn hydro, bề mặt thép mất đi ánh kim loại đặc trưng và trở nên xỉn màu.

Polyme là chất bột màu phân tán mịn với ánh kim loại đặc trưng, ​​chỉ tan trong axit sunfuric đặc.

Tất cả các nguyên tố d đều là kim loại có ánh kim loại đặc trưng. So với kim loại s, độ bền của chúng cao hơn nhiều.

Iot không hòa tan tạo thành màng có thể nhìn thấy rõ với ánh kim loại đặc trưng (nổi trên bề mặt dung dịch) hoặc đọng lại ở đáy bình dưới dạng các hạt màu đen. Vì dung dịch iot có màu đỏ đậm và gần như không trong suốt nên phải kiểm tra rất cẩn thận, giữ bình trước ngọn đèn điện sáng treo trên trần. Để làm được điều này, bạn cần đứng dưới đèn, giữ bình bằng cổ họng ở vị trí nghiêng giữa mặt đèn và mặt bình, thử xem trong đó có hình ảnh sáng của đèn. Trong bối cảnh như vậy, các tinh thể iốt chưa phân hủy có thể nhìn thấy rõ ràng. Khi đó tinh thể của cả hai chất sẽ tụ lại một chỗ và một vùng dung dịch KJ đậm đặc sẽ hình thành xung quanh tinh thể iot, trong đó iot sẽ nhanh chóng bị hòa tan.

Tất cả các kim loại kiềm đều là những chất có màu trắng bạc, có ánh kim loại đặc trưng, ​​dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, nhiệt độ thấp nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tương đối thấp, mật độ thấp và khối lượng nguyên tử lớn. Ở trạng thái hơi, phân tử của chúng là dạng đơn nguyên; các ion đều không màu.

Về hình thức, tinh thể màu tím sẫm, gần như đen với ánh kim loại đặc trưng. Nó hòa tan tốt trong nước. Kali pemanganat là một trong những chất oxy hóa mạnh, đó là lý do cho đặc tính khử trùng của nó.