Химия елементов металлы

Общая характеристика металлов
Положение в ПС


Строение атома
Ме +n.
·
·
· внешний слой от 1 до 3-х электронов
RaMe >RaHeMe
Окислительно-восстановительные свойства
Me0 - ne Ме +n (реакция окисления)

Изменение восстановительных свойств металлов в ПС







СО - 0,+1,+2,+3

Строение
(тип связи, тип кристаллической решетки)



Химические свойства
















Классификация металлов





Общая характеристика металлов
· главной подгруппы - Щелочные металлы
Характиристика химических элементов

Элемент
Li
Na
K
Rb
Cs

Строение внешнего энергоуровня
... ns1


Степени окисления
0, +1
Me0 - 1e Me+1, сильные восстановители
Восстановительная способность увеличивается

Основные соединения
Ме2О, Ме ОН, МеnR
При сгорании на воздухе характерно образование пероксидов
(Na2O2) и надпероксидов (КО2, RbО2, CsО2)

Нахождение в природе (только в виде соединений)
LiAl(SiO3)2 (сподумен)
NaCl (галит-каменная соль),
Na3AlF6
(криолит),
Na2SO4*10H2O
(мирабилит - глауберова соль)
KСl (сильвин),
NaСl*KСl
(сильвинит),
KСl*MgCl2 *6 H2O
(карналлит)


Встречаются в минералах калия

Fr -искусственно полученный элемент, изотопы нестабильны

Соединения окрашивают пламя:


Строение и физические свойства простых веществ

Твердые, легкоплавкие, высокая тепло - и электропроводность, пластичны; Na, K - мягкие, серебристые (режутся ножом)

Щелочной металл
Радиус атома,
нм
Плотность,
г/см
Температура плавления, 0 C
Температура кипения, 0 C

Литий
0,157
0,53
180,5
1340

Натрий
0,192
0,97
97,9
886

Калий
0,236
0,86
63,5
761

Рубидий
0,253
1,52
39,3
690

Цезий
0,274
1,87
28,5
672



Химические свойства
1.Взаимодействие с простыми веществами
2Ме + Г2 2МеГ
2Ме+ H2 2МеH (гидриды)
2Ме + S Ме2S (сульфиды)
3Ме +P Ме3P (фосфиды)
2Ме + N2 Ме3N (нитриды)
С кислородом литий образует оксид: 4Li + O2 2 Li2O;
остальные металлы - пероксиды (Na2O2) и надпероксиды (КО2, RbО2, CsО2)
2 Na + O2 Na2O2;
2.Взаимодействие со сложными веществами
А) С водой 2Ме+ H2O 2Ме OH + H2 ;
Б) С р-рами кислот не реагируют, т.к. реагируют с водой
В) C кислотами - сильными окислителями
8 Ме + 10 HNO3( конц) 8 МеNO3 + N2O + 5 H2O
8 Ме + 10 HNO3( разб) 8 МеNO3 + NН4 NO3 + 3H2O
8 Ме + 5 H2SO4( конц) 4 Ме2SO4 + H2S + 4 H2O
Применение
Соли Na, K( KСl, KNO3, NaNO3) широко используются в качестве удобрений;
Расплавы К и Na - в качестве теплоносителя в атомных реакторах и в авиационных двигателях.
Пероксиды К и Na - используются в подводных лодках и космических кораблях для регенерации воздуха
2Na2O2+2CO2 2Na2 CO3 + O2;Na2O2 +2KO2+ 2CO2 Na2CO3 +K2CO3 + 2O2
Na служит катализатором в производстве каучука
Получение
Электролиз расплавов солей или щелочей
2Ме Cl эл. ток 2 Me + Cl2;
4МеOH эл. ток 4 Me + O2 + 2 H2O
Калий получают, вытесняя его избытком натрия из расплавов хлорида или гидроксида KСl + Na NaCl + K,
KOH + Na NaOH + K



Характеристика соединений щелочных металлов
Оксиды Ме2О

ФС:

Твердые вещества
ХС: Проявляют свойства основных оксидов

+ Н2О
Ме ОН
Ме2О + кислота
соль+ вода
+ кисл. оксид
соль

Получение:
1) 4Li + O2 2 Li2O

Ме2О2+2Ме 2Ме2О tє)



Гидроксиды Ме ОН

Белые кристаллические вещества, легкорастворимые в воде
NaОН и КОН - едкие щелочи, разъедают бумагу, кожу. ткани. В водных растворах проявляют типичные свойства оснований
1





tє Меn Me"О2 + Н2О
2. МеОН +амф. оксид (амф.гидроксид)
водн.р-р Меn(Me"(ОН)m

3.МеОН +Be (Zn, Al ...) + H2O Меn(Me"(ОН)m +H2
4*. МеОН + нем
2МеОН + Cl2 МеCl + МеClO +H2O ( холод)
6МеОН + 3Cl2 5МеCl + МеClO3 +3H2O ( tє)
6МеОН + 3S 2Мe 2S + Мe 2SO3 +3H2O
3МеОН + 4P +3H2O 3Me(H2 PO2)+PH3
Гипофосфит
2МеОН + Si Мe 2SiO3 + 2H2



В промышленных масштабах получают электролизом водных растворов хлоридов щелочных металлов:
электролиз
2МеСl +2H2O Н2 +Сl2 + 2МеОН



Соли щелочных металлов
Большинство - белые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде.
LiF , Li2CO3, Li3PO4 - малорастворимы

Образуют средние и кислые соли, проявляют типичные свойства солей.
Специфические свойства
1) Карбонаты плавятся при нагревании,
!но Li2CO3 Li2O + CO2
2)Гидрокарбонаты: МеНCO3 Ме2 CO3 + СO2 + Н2О ( tє)
!но 2LiНCO3 Li2O + 2CO2+ Н2О ( tє)
3) Нитраты: МеNO3 МеNO2 +O2 ( tє)
4) Гидросульфаты проявляют кислотные свойства:
2NaНSO4 + Na2 CO3 2 Na2 SO4 + CO2 + Н2О

Важнейшие соли
NaCl -поваренная соль;
Na2CO3
·10 Н2О - кристаллическая сода;
NaНCO3 - питьевая сода;
Na2SiO3 - жидкое стекло.




Общая характеристика металлов
·
· A группы
( Ca, Sr, Ba - щё
·лочноземе
·льные мета
·ллы )
Характиристика химических элементов
Элемент
Be
Mg
Ca
Sr
Ba

Строение внешнего энергоуровня
... ns2


Степени окисления
0, +2
Me0 - 2e Me+2, сильные восстановители


Основные соединения
МеО, Ме(ОН)2, МеnR2


Нахождение в природе (только в виде соединений)
3BeO*Al2O3*6SiO2
( берилл)
2MgO*SiO2
(оливин),
MgCO3
·CaCO3
(доломит)
CaCO3
(кальцит),
СаF2 (флюорит),
СаSO4
·2H2O
(гипс)
SrCO3 (стронцианит),
BaCO3 (витерит), ВаSO4 (барит)

Радий - радиоактивный химический элемент, встречается в урановых рудах


Соединения окрашивают пламя:


Строение и физические свойства простых веществ

Твердые, легкоплавкие, серебристо-белого цвета


Химические свойства(Mg, Ca, Sr, Ba)
1) Взаимодействие с простыми веществами
Ме + Г2 МеГ2
Ме + H2 МеH2 (гидриды)
Ме + S МеS (сульфиды)
3Ме+2P Ме3P2 (фосфиды)
3Ме+ N2 Ме3N2 (нитриды)
2Me + O2 2 MeO (оксиды)
2) Взаимодействие со сложными веществами
А) С водой Ме+ 2H2O 2Ме(OH) 2 + 2H2 ( Ве с водой не реагирует);
Б) Ме + к-та соль + Н2
В) C кислотами - сильными окислителями
4 Ca + 10 HNO3( конц) 4 Ca(NO3)2+ N2O + 5 H2O
4 Ca + 10 HNO3(разб.) 4 Ca(NO3)2+ NH4NO3 + 3H2O
4Ca + 5 H2SO4( конц) 4 Na2SO4 + H2S + 4 H2O
! Ве - переходный Ме, реагирует со щелочами
Be + 2NаОН +2 H2O Na2[Be(OH)4] +H2


Получение
Электролиз расплавов солей
Ме Cl2 эл. ток Me + Cl2;
Mg - термическим способом MgO + C Mg + CO
Ca, Ba - алюмотермией( в вакууме) 4CaO +2Al 3Ca + Са(Al O2)2
4BaO + 2Al 3Ba + Ba(AlO2)2

Применение


Характеристика соединений металлов
·
· A группы
Оксиды МеО

ФС:

Белые тугоплавкие вещества
ХС:
ВеО - амфотерный оксид, остальные оксиды проявляют основные свойства.

+ Н2О
·
Ме(ОН)2
Ме О + кислота
соль+ вода
+ кисл. оксид
Соль
* СаО +3С СаС2 + СО

Получение:


МеСО3 МеО + СО2 (tє)



Гидроксиды Ме (ОН)2

Белые порошкообразные вещества.

Са(ОН)2 - гашеная известь,
раствор - известковая вода

Ве(ОН)2 - амфотерный гидроксид, Mg(ОН)2 - нерастворимое основание, остальные типичные щелочи, разъедают бумагу, кожу. ткани.








1) Нерастворимые основания (Ве(ОН)2 и Mg(ОН)2):

МеСl2 +2NaOH Ме(ОН)2+2NaСl

2) Са(ОН)2, Ва(ОН)2, Sr(ОН)2:
МеО + Н2О Ме(ОН)2



Соли щелочных металлов


Белые кристаллические вещества, растворимые или практически не растворимые в воде.





Образуют средние, кислые соли и основные соли, проявляют типичные свойства солей.


Специфические свойства
Разлагаются при нагревани
1) Карбонаты: МеCO3 МеO + CO2
2) Гидрокарбонаты: Ме(НСО3)2 МеCO3 + СO2 + Н2О ( tє)
3) Нитраты: Са(NO3)2 Са(NO2)2 +O2 ( tє)
2Mg(NO3)2 2MgO +4NO2 +O2 ( tє)







Жесткость воды и способы ее устранения







Общая характеристика металлов
·
·
· А группы на примере алюминия

Строение атома элемента и распространение в природе
+13Al ...3s23p1
Me0 - 3e Me+3, восстановитель,
СО:0,+3

Основные природные соединения Al

Только в виде соединений
Алюмосиликаты K[AlSi3O8], Na[AlSi3O8], Ca[Al2Si2O8];
криолит Na3AlF6; бокситы Al2O3
·n H2O;
каолинит Al2O3
·2SiO2
·2 H2O



Физические свойства
Алюминий

Химические свойства Al
Взаимодействие с простыми веществами
2Al + 3Г2 2AlГ3(галогенид); 2Al + 3S Al2S3(сульфид)
2Al+ N2 2AlN(нитрид); 4Al+ 3C Al4C3(карбид)
4Al + 3O2 2 Al2O3
Взаимодействие со сложными веществами
1)С водой 2Al +6 H2O 2Al(OH)3 + 3 H2 (после разрушения оксидной пленки)
2)C кислотами 2Al + 6H+ 2AL+3 + 3H2
3)C кислотами - окислителями
- при обычных условиях Al пассивируется конц. H2SO4 и и конц. и разб. HNO3.
- при нагревании ведет как активный металл
8 Al+30 HNO3( разб) Al(NO3)3 + 3 NH4NO3+9H2O
8 Al+15 H2SO4( конц) 4 Al2(SO4)3 + 3H2S + 12H2O)
4)Взаимодействует со щелочами - АМФОТЕРЕН
2Al + 3NaOH + 2H2O 2Na AlO2 + 3 H2 или
2Al + 6NaOH + 6H2O 2Na3[Al(OH)6] + 3 H2
5) С оксидами металлов (алюмотермия)
Fe2O3 + 2Al Al2O3 + 2Fe




Общая характеристика d- металлов Cu, Zn,Cr, Fe
Строение атома
+24Cr
·
·
·
·
1s22s22p63s23p64s13d5
СО - 0,+2,+3, +6

+26Fe
·
·
·
·
1s22s22p63s23p64s23d6
СО - 0,+2,+3, +6

+29Сu
·
·
·
·
1s22s22p63s23p64s13d10
СО - 0,+1,+2

+30 Zn
·
·
·
·
1s22s22p63s23p64s23d10
СО - 0,+2

RaMe d-элементов меняется незначительно
ОТЛИЧИЕ в строении от элементов главных подгрупп - ?
Химические свойства определяются участием в реакциях электронов
s- и d- оболочек.
d-элементы обладают характерными свойствами:
переменные степени окисления;
способность образовывать комплексные ионы;
образование окрашенных соединений
Соединения металлов



Химические свойства

Zn
Cr
Fe
Сu

Восст. способность



+ О2
Медленно окисляются при обычной t и при нагревании

+ H2O
При t выделяется Н2 и образуются оксиды
Н2 из Н2О не выделяет

Взаим. с кислотами
Вытесняют Н2 из разб. кислот
(кроме НNO3)
Не вытесняет Н2 из разб. кислот



Реагирует с конц.
НNO3 и H2SO4

Способы
получения
Восстановление углем, оксидом углерода (
·
·), алюмотермия, электролиз водных растворов солей

Нахождение в природе
Только в соединениях
В соединениях и в
свободном виде

Физические свойства
Твердые, пластичные, тепло- и электропроводные, имеют металлический блеск.

Химические свойства
Zn + O2 ?
Cu + O2 ?
Fe + O2 ?
Zn + Cl2 ?
Cu + Cl2 ?
Fe + Cl2 ?
Zn + H2O t ?
Cu + H2O t?
Fe + H2O t ?

Zn + HCL ?
Cu + HCl ?
Fe + HCL ?
Cr + HCL ?

Cu + H2SO4 (конц) Cu SO4 + SO2 +
Cu + НNO3 (конц) Cu(NO3)2 + NO2 +
Cu + НNO3 (разб) Cu(NO3)2 + NO +

Zn + NaOH Na2ZnO2 + H2
Zn + NaOH + H2O Na2[Zn(OH)4] + H2
Zn + H2SO4 Zn SO4 + SO2 +
Zn + H2SO4 Zn SO4 + H2S +
Zn + H2SO4 Zn SO4 + S +













Li

+

+

Ba

Na

K

Rb

Сs

Ca

Получен в 1825 г. дат. физиком Г.Х.Эрстедом

Получение
Электролиз раствора
Al2O3 в расплавленном криолите Na3 AlF3
T= 9500-9800С
Al2O3 2Al+3 + 3O-2
На катоде - восстановление
2Al+3 + 3е 2Al0
На аноде -окисление
2O-2+-2е O2
Окисление анода
C + O2 CO2

tпл Al=6600 C; tкип Al=25000 C;
· Al =2,699г/см


Причина: (в группе) увеличение Ra

В группе




У
В
Е
Л
И
Ч




В периоде


Mg

Металлическая связь, металлическая кристаллическая решетка

Металлическая
кристаллическая
решетка

Металлическая
связь

Мел Цемент Известь

-----

-----

Уменьшается






В г
р
у
пп
е

+

Причина: (в периоде) увеличение заряда ядра атома, увеличение числа электронов на внешнем слое, частичное уменьшение Ra

Твердость, tпл., tкип. . Причина: увеличение числа электронов во внешнем слое, частичное уменьшение Ra

В периоде

Все эти свойства . Причина: Ra

Изменение физических свойств


Металлическая связь - осуществляют относительно свободные электроны и положительно заряженные ионы металла

-----

-----

(восстановитель)


+

В

Металлическая связь, металлическая кристаллическая решетка

ns1
ns2
ns3




Ме занимают в ПС левый нижний угол




Ме

Fr

+

Керосин
Me

Серебристо-белый металл, легкий, механически прочный и очень пластичный.
Поверхность всегда покрыта плотным, тончайшим слоем Al2O3

+

Ca





Оксид НеМе

Оксид Ме

H2O

O2

HeMe

Me +
восстановитель

Физические свойства:
твердые (иск. Hg)
пластичные
тепло- и электропроводные
имеют металлический блеск

Me2O основные MeOH основания
MeO оксиды Me(OH)2

Ме

СО - +1, +2

СО - +3

Черные
Цветные

Al + HCl
(особые свойства конц. HNO3, H2SO4)


Mg + CuO
Al + Fe2O3

Mg + CO2 C + ?

? ? Me(OH)2 + H2
? ? MeO + H2


? ? основной оксид
? ? амфотерный оксид


Кислота


















Возрастает

MeO2 кислотные H2MeO3 кислоты
Me2O5 оксиды HMeO3

СО - +4 и больше

Me2O3 Me (OH)3
амфотерный амфотерное
оксид основание

Me2O основные MeOH основания
MeO оксиды Me(OH)2

Ме

СО - +1, +2

СО - +3

При увеличении степени окисления атома металла побочной подгруппы основные свойства его оксидов и гидроксидов ослабевают, а кислотные - усиливаются

Легкие Тяжелые
(
·<5) (
·>5)
щелочные Hg



Твердые Мягкие
Сr щелочные
(режет стекло) (режутся ножом)


Тугоплавкие Легкоплавкие
tпл > 10000 tпл < 1000
W -tпл.=33900 Hg - tпл.=38,90

Соединения металлов

Me2O3 Me(OH)3
амфотерный амфотерное
оксид основание

At



Рисунок 1C:\Users\Настенька\Desktop\конференци я\6-01.jpgРисунок 3C:\Users\Настенька\Desktop\конференци я\6-01.jpg15

Приложенные файлы


Добавить комментарий