Majoritatea metalelor se află în tabelul periodic. L.p.vanova, profesor de chimie la școala secundară Novinsky (regiunea Astrakhan). Proprietățile chimice generale ale metalelor

1. Ce caracteristici ale structurii atomilor de metal determină proprietățile reducătoare ale acestora?

Proprietățile reducătoare ale metalelor sunt determinate de capacitatea de a dona electroni din stratul exterior. Cu cât un atom donează mai ușor electroni stratului exterior, cu atât agentul reducător este mai puternic.

2. Numiți elementul chimic care formează o substanță simplă – cel mai mult metal activ. Justificați-vă alegerea.

Cel mai activ metal este franciul (Fr).

Franciul donează cel mai ușor un electron stratului exterior. Are cea mai mare rază atomică, deci energia de interacțiune a nucleului atomic cu exteriorul învelișul de electroni mic.

3. Cum este de acord afirmația că metalele prezintă doar proprietăți reducătoare și, prin urmare, oxidează în același timp, cu procesul care poate fi reflectat folosind ecuația: Numiți acest proces. În ce forme de existență a elementului chimic apare cuprul? Pentru ce formă de existenţă elemente chimice Este adevărată afirmația de mai sus?

Metalele prezintă proprietăți reducătoare în grad zero oxidare, adică metalul în sine nu poate fi decât un agent reducător. Procesul de mai sus este un exemplu de oxidare a Cu2+ la Cu0. În acest exemplu, cuprul acționează ca un cation.

Introducere

Metalele sunt substanțe simple care în condiții normale au proprietăți caracteristice: conductivitate electrică și termică ridicată, capacitatea de a reflecta bine lumina (ceea ce provoacă strălucirea și opacitatea acestora), capacitatea de a lua forma dorită sub influența forțelor externe (plasticitatea). Există o altă definiție a metalelor - acestea sunt elemente chimice caracterizate prin capacitatea de a dona electroni externi (de valență).

Dintre toate elementele chimice cunoscute, aproximativ 90 sunt metale. Majoritatea compușilor anorganici sunt compuși metalici.

Există mai multe tipuri de clasificare a metalelor. Cea mai clară este clasificarea metalelor în funcție de poziția lor în sistemul periodic al elementelor chimice - clasificarea chimică.

Dacă, în versiunea „lungă” a tabelului periodic, o linie dreaptă este trasată prin elementele bor și astatin, atunci metalele vor fi situate în stânga acestei linii, iar nemetalele în dreapta acesteia.

Din punct de vedere al structurii atomului, metalele sunt împărțite în intranzitive și tranzitive. Metalele de netranziție sunt situate în principalele subgrupe ale sistemului periodic și se caracterizează prin faptul că în atomii lor există o umplere secvențială a nivelurilor electronice s și p. Metalele de netranziție includ 22 de elemente din principalele subgrupe a: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb , Sb, Bi, Po.

Metalele de tranziție sunt situate în subgrupuri laterale și se caracterizează prin umplerea nivelurilor d - sau f-electronice. Elementele d includ 37 de metale din subgrupele secundare b: Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Sc, Y, La, Ac, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo , W, Sg, Mn, Tc, Re, Bh, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Hs, Mt.

Elementele f includ 14 lantanide (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) și 14 actinide (Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, Nu, Lr).

Dintre metalele de tranziție se mai disting metalele pământurilor rare (Sc, Y, La și lantanide), metalele de platină (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt), metalele transuraniu (Np și elemente cu o masă atomică mai mare).

Pe lângă chimicale, există și o clasificare tehnică a metalelor, deși nu este general acceptată, dar stabilită de mult timp. Nu este la fel de logic ca cel chimic - se bazează pe una sau alta caracteristică practic importantă a metalului. Fierul și aliajele pe baza acestuia sunt clasificate ca metale feroase, toate celelalte metale sunt neferoase. Există metale ușoare (Li, Be, Mg, Ti etc.) și grele (Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Hg, Sn, Pb etc.), precum și grupuri de refractare ( Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Re), metale prețioase (Ag, Au, metale platină) și metale radioactive (U, Th, Np, Pu etc.). În geochimie se mai disting metale împrăștiate (Ga, Ge, Hf, Re etc.) și rare (Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Re etc.). După cum puteți vedea, nu există limite clare între grupuri.

Referință istorică

În ciuda faptului că viața societății umane fără metale este imposibilă, nimeni nu știe exact când și cum a început o persoană să le folosească. Cele mai vechi scrieri care au ajuns până la noi vorbesc despre ateliere primitive în care se topea metalul și se făceau produse din acesta. Aceasta înseamnă că omul a stăpânit metalele mai devreme decât scrisul. Săpătând așezări antice, arheologii găsesc instrumente de muncă și de vânătoare pe care oamenii le foloseau în acele vremuri îndepărtate - cuțite, topoare, vârfuri de săgeți, ace, cârlige de pește și multe altele. Cu cât așezările erau mai vechi, cu atât mai aspre și mai primitive erau produse ale mâinilor omului. Cele mai vechi produse metalice au fost găsite în timpul săpăturilor din așezări care au existat acum aproximativ 8 mii de ani. Acestea erau în principal bijuterii din aur și argint și vârfuri de săgeți și sulițe din cupru.

Cuvântul grecesc „metallon” însemna inițial mine, mine, de unde provine termenul „metal”. În antichitate, se credea că există doar 7 metale: aur, argint, cupru, staniu, plumb, fier și mercur. Acest număr era corelat cu numărul de planete cunoscute atunci - Soarele (aur), Luna (argint), Venus (cuprul), Jupiter (staniul), Saturn (plumb), Marte (fier), Mercur (mercur) (vezi figura). ). Conform conceptelor alchimice, metalele au apărut în intestinele pământului sub influența razelor planetelor și s-au îmbunătățit treptat, transformându-se în aur.

Omul a stăpânit mai întâi metalele native - aur, argint, mercur. Primul metal obținut artificial a fost cuprul, apoi a fost posibil să stăpânească producția unui aliaj de cupru cu sărare - bronz, iar abia mai târziu - fier. În 1556, a fost publicată în Germania o carte a metalurgistului german G. Agricola „Despre minerit și metalurgie” – primul ghid detaliat pentru obținerea metalelor care a ajuns până la noi. Adevărat, la acea vreme plumbul, staniul și bismutul erau încă considerate soiuri ale aceluiași metal. În 1789, chimistul francez A. Lavoisier, în manualul său de chimie, a dat o listă de substanțe simple, care cuprindea toate metalele cunoscute atunci - antimoniu, argint, bismut, cobalt, staniu, fier, mangan, nichel, aur, platină. , plumb, wolfram și zinc. Odată cu dezvoltarea metodelor de cercetare chimică, numărul metalelor cunoscute a început să crească rapid. În secolul al XVIII-lea Au fost descoperite 14 metale, în secolul al XIX-lea. - 38, în secolul al XX-lea. - 25 de metale. În prima jumătate a secolului al XIX-lea s-au descoperit sateliți de platină, s-au obținut metale alcaline și alcalino-pământoase prin electroliză. La mijlocul secolului, prin analiză spectrală au fost descoperite cesiu, rubidiu, taliu și indiu. Existența metalelor prezisă de D. I. Mendeleev pe baza legii sale periodice (acestea sunt galiu, scandiu și germaniu) a fost confirmată cu brio. Descoperirea radioactivității la sfârșitul secolului al XIX-lea. a condus la căutarea metalelor radioactive. În fine, prin metoda transformărilor nucleare la mijlocul secolului XX. S-au obţinut metale radioactive care nu există în natură, în special elemente transuraniu.

Proprietățile fizice și chimice ale metalelor.

Toate metalele sunt solide (cu excepția mercurului, care este lichid în condiții normale), ele diferă de nemetale într-un tip special de legătură (legatură metalică). Electronii de valență sunt legați lejer de un anumit atom, iar în interiorul fiecărui metal există un așa-numit gaz de electroni. Majoritatea metalelor au o structură cristalină, iar un metal poate fi considerat ca o rețea cristalină „rigidă” de ioni pozitivi (cationi). Acești electroni se pot mișca mai mult sau mai puțin în jurul metalului. Ele compensează forțele de respingere dintre cationi și astfel îi leagă într-un corp compact.

Toate metalele au conductivitate electrică ridicată (adică sunt conductoare, spre deosebire de nemetalele nedielectrice), în special cuprul, argintul, aurul, mercurul și aluminiul; conductivitatea termică a metalelor este de asemenea ridicată. O proprietate distinctivă a multor metale este ductilitatea lor (ductilitatea), ca urmare a căreia pot fi rulate în foi subțiri (folie) și trase în sârmă (staniu, aluminiu etc.), cu toate acestea, există și metale destul de fragile ( zinc, antimoniu, bismut).

În industrie, nu se folosesc adesea metale pure, ci amestecurile lor, numite aliaje. Într-un aliaj, proprietățile unei componente completează de obicei cu succes proprietățile alteia. Deci, cuprul are o duritate scăzută și este de puțin folos pentru fabricarea pieselor de mașini, în timp ce aliajele cupru-zinc, numite alamă, sunt deja destul de dure și sunt utilizate pe scară largă în inginerie mecanică. Aluminiul are o ductilitate bună și o lejeritate suficientă (densitate scăzută), dar este prea moale. Pe baza acestuia se prepară un aliaj de ayuralumin (duralumin), care conține cupru, magneziu și mangan. Duraluminul, fără a-și pierde proprietățile aluminiului său, capătă duritate ridicată și, prin urmare, este utilizat în tehnologia aviației. Aliajele de fier cu carbon (și adaosurile de alte metale) sunt fonta și oțelul bine-cunoscute.

Metalele variază foarte mult ca densitate: pentru litiu este aproape jumătate din cea a apei (0,53 g/cm3), în timp ce pentru osmiu este de peste 20 de ori mai mare (22,61 g/cm3). Metalele diferă și ca duritate. Cele mai moi - metale alcaline, sunt ușor tăiate cu un cuțit; cel mai dur metal - cromul - taie sticla. Diferența dintre punctele de topire ale metalelor este mare: mercurul este un lichid în condiții normale, cesiul și galiul se topesc la temperatura corpului uman, iar cel mai refractar metal, wolfram, are un punct de topire de 3380 ° C. Metalele al căror punct de topire este peste 1000 ° C sunt clasificate ca metale refractare, sub - ca fuzibile. La temperaturi ridicate, metalele sunt capabile să emită electroni, care sunt utilizate în electronice și generatoare termoelectrice pentru conversia directă a energiei termice în energie electrică. Fierul, cobaltul, nichelul și gadoliniul, după ce sunt plasate într-un câmp magnetic, sunt capabile să mențină permanent o stare de magnetizare.

Metalele au și unele proprietăți chimice. Atomii de metal renunță relativ ușor la electronii de valență și trec în ioni încărcați pozitiv. Prin urmare, metalele sunt agenți reducători. Aceasta, de fapt, este proprietatea lor chimică principală și cea mai comună.

Evident, metalele ca agenți reducători vor reacționa cu diverși agenți oxidanți, printre care pot fi substanțe simple, acizi, săruri ale metalelor mai puțin active și alți compuși. Compușii metalelor cu halogeni se numesc halogenuri, cu sulf - sulfuri, cu azot - nitruri, cu fosfor - fosfuri, cu carbon - carburi, cu siliciu - siliciuri, cu bor - boruri, cu hidrogen - hidruri etc. Mulți dintre acești compuși a găsit aplicații importante în noua tehnologie. De exemplu, borurile metalice sunt utilizate în electronica radio, precum și în tehnologia nucleară ca materiale pentru reglarea și protejarea împotriva radiațiilor neutronice.

Sub acțiunea acizilor oxidanți concentrați, pe unele metale se formează și o peliculă stabilă de oxid. Acest fenomen se numește pasivare. Deci, în acidul sulfuric concentrat, metale precum Be, Bi, Co, Fe, Mg și Nb sunt pasivate (și nu reacționează cu acesta), iar în acid azotic concentrat - metale Al, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb, Th și U.

Cu cât metalul este mai în stânga pe acest rând, cu atât este mai mare proprietățile reducătoare pe care acesta le are, adică se oxidează mai ușor și intră în soluție sub formă de cation, dar este mai dificil să se recupereze de la cation la stat liber.

Un nemetal, hidrogenul, este plasat într-o serie de tensiuni, deoarece acest lucru face posibil să se determine dacă acest metal va reacționa cu acizi - agenți neoxidanți într-o soluție apoasă (mai precis, va fi oxidat de cationii de hidrogen H +). De exemplu, zincul reacționează cu acidul clorhidric, deoarece în seria de tensiuni este la stânga (înainte) hidrogen. Dimpotrivă, argintul nu este transferat în soluție de acidul clorhidric, deoarece se află în seria de tensiuni la dreapta (după) hidrogen. Metalele se comportă similar în acid sulfuric diluat. Metalele care se află în seria tensiunilor după hidrogen sunt numite nobile (Ag, Pt, Au etc.)

O proprietate chimică nedorită a metalelor este coroziunea lor electrochimică, adică distrugerea activă (oxidarea) a metalului la contactul cu apa și sub influența oxigenului dizolvat în aceasta (coroziune cu oxigen). De exemplu, coroziunea produselor din fier în apă este larg cunoscută.

Deosebit de coroziv poate fi locul de contact a două metale diferite - coroziunea de contact. Între un metal, precum Fe, și un alt metal, precum Sn sau Cu, pus în apă, apare un cuplu galvanic. Fluxul de electroni merge de la metalul mai activ, care este la stânga în seria de tensiune (Fe), la metalul mai puțin activ (Sn, Cu), iar metalul mai activ este distrus (corodează).

Din acest motiv, suprafața cositorită a conservelor (fier placat cu cositor) ruginește atunci când este depozitată într-o atmosferă umedă și manipulată cu nepăsare (fierul se prăbușește rapid după ce apare chiar și o zgârietură mică, permițând contactul fierului cu umezeala). Dimpotrivă, suprafața galvanizată a unei găleți de fier nu ruginește mult timp, deoarece chiar dacă există zgârieturi, nu fierul corodează, ci zincul (un metal mai activ decât fierul).

Rezistența la coroziune pentru un metal dat crește atunci când este acoperit cu un metal mai activ sau atunci când acestea sunt topite; de exemplu, acoperirea fierului cu crom sau realizarea aliajelor de fier cu crom elimină coroziunea fierului. Fierul cromat și oțelurile care conțin crom (oțeluri inoxidabile) au o rezistență ridicată la coroziune.

Metode generale de obținere a metalelor:

Electrometalurgia, adică obținerea metalelor prin electroliza topiturii (pentru metalele cele mai active) sau a soluțiilor sărurilor acestora;

Pirometalurgia, adică recuperarea metalelor din minereurile lor la temperatură ridicată (de exemplu, producția de fier folosind un proces de furnal);

Hidrometalurgia, adică izolarea metalelor din soluțiile sărurilor lor de către metale mai active (de exemplu, producția de cupru dintr-o soluție de CuSO4 prin deplasarea zincului, fierului).

sau aluminiu).

În natură, metalele se găsesc uneori sub formă liberă, cum ar fi mercurul nativ, argintul și aurul, și mai des sub formă de compuși (minereuri metalice). Cele mai active metale, desigur, sunt prezente în scoarța terestră doar sub formă legată.

Litiu (din greaca. Lithos - piatra), Li, element chimic din subgrupa Ia a sistemului periodic; numărul atomic 3, masa atomică 6,941; aparține metalelor alcaline.

Conținutul de litiu din scoarța terestră este de 6,5-10-3% în greutate. A fost găsit în peste 150 de minerale, dintre care aproximativ 30 sunt de fapt litiu.Mineralele principale sunt spodumenul LiAl, lepidolitul KLi1.5 Al1.5(F.0H)2 și petalitul (LiNa). Compoziția acestor minerale este complexă; multe dintre ele aparțin clasei aluminosilicaților, care este foarte comună în scoarța terestră. Sursele promițătoare de materii prime pentru producția de litiu sunt saramurele (saramurile) din zăcămintele purtătoare de sare și apele subterane. Cele mai mari zăcăminte de compuși de litiu sunt în Canada, SUA, Chile, Zimbabwe, Brazilia, Namibia și Rusia.

Interesant este că spodumenul mineral apare în natură sub formă de cristale mari, cântărind câteva tone. La mina Etta din Statele Unite a fost găsit un cristal în formă de ac, de 16 m lungime și cântărind 100 de tone.

Primele informații despre litiu datează din 1817. Chimistul suedez A. Arfvedson, în timp ce analiza petalitul mineral, a descoperit un alcalin necunoscut în el. Profesorul lui Arfvedson, J. Berzelius, i-a dat numele de „lithion” (din grecescul liteos - piatră), deoarece, spre deosebire de hidroxidii de potasiu și sodiu, care erau obținuți din cenușa vegetală, în mineral s-a găsit un nou alcalin. El a numit și metalul, care este „baza” acestui alcalin, litiu. În 1818, chimistul și fizicianul englez G. Davy a obținut litiu prin electroliza hidroxidului de LiOH.

Proprietăți. Litiul este un metal alb argintiu; p.p. 180,54 °C, bp 1340 "C; cel mai ușor dintre toate metalele, densitatea sa este de 0,534 g / cm - este de 5 ori mai ușor decât aluminiul și aproape de două ori mai ușor decât apa. Litiul este moale și ductil. Compușii de litiu colorează flacăra într-o culoare frumoasă roșu carmin. Această metodă foarte sensibilă este utilizată într-o analiză calitativă pentru detectarea litiului.

Configurația stratului de electroni exterior al atomului de litiu este 2s1 (element s). În compuși, prezintă o stare de oxidare de +1.

Litiul este primul din seria electrochimică de tensiuni și înlocuiește hidrogenul nu numai din acizi, ci și din apă. Cu toate acestea, multe reacții chimice ale litiului sunt mai puțin viguroase decât cele ale altor metale alcaline.

Litiul practic nu reacționează cu componentele aerului în absența completă a umidității la temperatura camerei. Când este încălzit în aer peste 200 °C, oxidul de Li2O se formează ca produs principal (sunt prezente doar urme de peroxid de Li2O2). În aer umed dă în principal nitrură de Li3N, la umiditatea aerului mai mare de 80% - hidroxid de LiOH și carbonat de Li2CO3. Nitrura de litiu poate fi obținută și prin încălzirea metalului într-un curent de azot (litiul este unul dintre puținele elemente care se combină direct cu azotul): 6Li + N2 \u003d 2Li3N

Litiul se aliajează ușor cu aproape toate metalele și este foarte solubil în mercur. Se combină direct cu halogenii (cu iod - când este încălzit). La 500 °C, reacționează cu hidrogenul pentru a forma hidrură de LiH, atunci când interacționează cu apa, hidroxid de LiOH, cu acizi diluați, săruri de litiu și cu amoniac, amida LiNH2, de exemplu:

2Li + H2 = 2LiH

2Li + 2H2O = 2LiOH + H2

2Li + 2HF = 2LiF + H2

2Li + 2NH3 = 2LiNH2 + H2

Hidrură de LiH - cristale incolore; utilizat în diverse domenii ale chimiei ca agent reducător. Când interacționează cu apa, eliberează o cantitate mare de hidrogen (2820 l de H2 se obțin din 1 kg de LiH):

LiH + H2O = LiOH + H2

Acest lucru face posibilă utilizarea LiH ca sursă de hidrogen pentru umplerea baloanelor și echipamentelor de salvare (bărci gonflabile, curele etc.), precum și un fel de „depozit” pentru depozitarea și transportul hidrogenului inflamabil (în acest caz, este necesare pentru a proteja LiH de cele mai mici urme de umiditate).

Hidrururile de litiu mixte sunt utilizate pe scară largă în sinteza organică, de exemplu, hidrura de litiu aluminiu LiAlH4 este un agent reducător selectiv. Se obține prin interacțiunea LiH cu clorura de aluminiu A1C13

Hidroxidul de LiOH este o bază puternică (alcali), soluțiile sale apoase distrug sticla, porțelanul; nichelul, argintul și aurul sunt rezistente la acesta. LiOH este utilizat ca aditiv la electrolitul bateriilor alcaline, ceea ce le mărește durata de viață de 2-3 ori și capacitatea cu 20%. Pe baza de LiOH și acizi organici (în special acizi stearic și palmitic), grăsimile rezistente la îngheț și căldură (litoli) sunt produse pentru a proteja metalele de coroziune în intervalul de temperatură de la -40 la +130 "C.

Hidroxidul de litiu este, de asemenea, utilizat ca absorbant de dioxid de carbon în măști de gaz, submarine, avioane și nave spațiale.

Chitanța și cererea. Materia primă pentru producerea litiului sunt sărurile acestuia, care sunt extrase din minerale. În funcție de compoziție, mineralele se descompun cu acid sulfuric H2SO4 (metoda acidului) sau prin sinterizare cu oxid de calciu CaO și carbonatul acestuia CaCO3 (metoda alcalină), cu sulfat de potasiu K2SO4 (metoda sării), cu carbonat de calciu și clorura lui CaCl ( metoda alcalino-sare) . Prin metoda acidă se obține o soluție de sulfat Li2SO4 [acesta din urmă este eliberat de impurități prin tratare cu hidroxid de calciu Ca (OH) 2 și sodă Na2 Co3]. Patul format prin alte metode de descompunere a mineralelor este leșiat cu apă; totodată, prin metoda alcalină, LiOH trece în soluție, cu metoda salină, Li 2SO4, iar cu metoda alcalino-sare, LiCl. Toate aceste metode, cu excepția celor alcaline, prevăd obținerea produsului finit sub formă de carbonat de Li2CO3. care este utilizat direct sau ca sursă pentru sinteza altor compuși ai litiului.

Litiul metalic se obține prin electroliza unui amestec topit de LiCl și clorură de potasiu KCl sau clorură de bariu BaCl2 cu purificare ulterioară de impurități.

Interesul pentru litiu este enorm. Acest lucru se datorează în primul rând faptului că este o sursă de producție industrială de tritiu (un nuclid greu de hidrogen), care este componenta principală a bombei cu hidrogen și principalul combustibil pentru reactoarele termonucleare. Se realizează o reacție termonucleară între nuclidul 6Li și neutroni (particule neutre cu un număr de masă de 1); Produși de reacție - tritiu 3H și heliu 4He:

63Li + 10n= 31H +42He

O cantitate mare de litiu este folosită în metalurgie. Un aliaj de magneziu cu 10% litiu este mai puternic și mai ușor decât magneziul în sine. Aliajele de aluminiu și litiu - scleron și aeron, care conțin doar 0,1% litiu, pe lângă ușurință, au rezistență ridicată, ductilitate și rezistență crescută la coroziune; sunt folosite în aviație. Adăugarea de 0,04% litiu la aliajele purtătoare de plumb-calciu mărește duritatea acestora și reduce coeficientul de frecare.

Halogenurile de litiu și carbonatul sunt utilizate în producția de sticle optice, rezistente la acizi și alte sticle speciale, precum și porțelan și ceramică rezistente la căldură, diverse glazuri și emailuri.

Micile firimituri de litiu provoacă arsuri chimice pielii și ochilor umezi. Sărurile de litiu irită pielea. Când se lucrează cu hidroxid de litiu, trebuie luate măsuri de precauție, ca atunci când se lucrează cu hidroxid de sodiu și potasiu.

Sodiu (din arabă, natrun, greacă nitron - sodă naturală, element chimic din subgrupa Ia a sistemului periodic; numărul atomic 11, masa atomică 22,98977; aparține metalelor alcaline. Se găsește în natură sub forma unui nuclid stabil 23 Na.

Chiar și în antichitate erau cunoscuți compușii de sodiu - sare de masă (clorură de sodiu) NaCl, alcalii caustici (hidroxid de sodiu) NaOH și sodă (carbonat de sodiu) Na2CO3. Ultima substanță pe care grecii antici o numeau „nitron”; de unde și numele modern al metalului - „sodiu”. Cu toate acestea, în Marea Britanie, SUA, Italia, Franța, se păstrează cuvântul sodiu (din spaniolă „soda”, care are același sens ca în rusă).

Pentru prima dată, producția de sodiu (și potasiu) a fost raportată de chimistul și fizicianul englez G. Davy la o reuniune a Societății Regale din Londra în 1807. El a reușit să descompună alcaliile caustice ale KOH și NaOH prin acțiune a unui curent electric și izola metale necunoscute anterior cu proprietăți extraordinare. Aceste metale s-au oxidat foarte repede în aer și au plutit la suprafața apei, eliberând hidrogen din aceasta.

distribuție în natură. Sodiul este unul dintre cele mai abundente elemente din natură. Conținutul său în scoarța terestră este de 2,64% din greutate. În hidrosferă, este conținut sub formă de săruri solubile în cantitate de aproximativ 2,9% (cu o concentrație totală de sare în apa de mare de 3,5-3,7%). Prezența sodiului a fost stabilită în atmosfera solară și spațiul interstelar. Sodiul se găsește în mod natural doar sub formă de săruri. Cele mai importante minerale sunt halit (sare de rocă) NaCl, mirabilite (sare Glauber) Na2SO4 *10H2O, tenardita Na2SO4, nitrat chelian NaNO3, silicați naturali, de exemplu albit Na, nefelina Na

Rusia este excepțional de bogată în zăcăminte de sare gemă (de exemplu, Solikamsk, Usolye-Sibirskoye etc.), zăcăminte mari de trona minerală din Siberia.

Proprietăți. Sodiul este un metal fuzibil alb-argintiu, p.t. 97,86 °C, bp 883,15 °C. Acesta este unul dintre cele mai ușoare metale - este mai ușor decât apa cu o densitate de 0,99 g / cm3 la 19,7 ° C). Sodiul și compușii săi colorează arzătorul în galben. Această reacție este atât de sensibilă încât dezvăluie prezența celor mai mici urme de sodiu peste tot (de exemplu, în praful din cameră sau din stradă).

Sodiul este unul dintre cele mai active elemente din tabelul periodic. Stratul de electroni exterior al atomului de sodiu conține un electron (configurația 3s1, sodiul este un element s). Sodiul donează cu ușurință singurul său electron de valență și, prin urmare, prezintă întotdeauna o stare de oxidare de +1 în compușii săi.

În aer, sodiul este oxidat activ, formând, în funcție de condiții, oxid de Na2O sau peroxid de Na2O2. Prin urmare, sodiul este depozitat sub un strat de kerosen sau ulei mineral. Reactioneaza energic cu apa, inlocuind hidrogenul:

2Na + H20 = 2NaOH + H2

O astfel de reacție are loc chiar și cu gheața la o temperatură de -80 ° C, iar cu apă caldă sau la suprafața de contact merge cu o explozie (nu degeaba se spune: „Dacă nu vrei să devii un ciudat , nu aruncați sodiu în apă”).

Sodiul reacționează direct cu toate nemetalele: la 200 °C începe să absoarbă hidrogen, formând o hidrură de NaH foarte higroscopică; cu azot într-o descărcare electrică dă nitrură Na3N sau azidă NaN3; se aprinde în atmosferă de fluor; în clor arde la o temperatură; reacţionează cu bromul numai când este încălzit:

2Na + H2 = 2NaH

6Na + N2=2Na3N sau 2Na+ 3Na2=2NaN3

2Na+ C12 = 2NaCI

La 800-900 °C, sodiul se combină cu carbonul, formând carbură de Na2C2; atunci când este triturat cu sulf, dă sulfură de Na2S și un amestec de polisulfuri (Na2S3 și Na2S4)

Sodiul se dizolvă ușor în amoniac lichid, soluția albastră rezultată are conductivitate metalică, cu amoniac gazos la 300-400 "C sau în prezența unui catalizator la răcire la -30 C dă amida NaNH2.

Sodiul formează compuși cu alte metale (compuși intermetalici), de exemplu, cu argint, aur, cadmiu, plumb, potasiu și altele. Cu mercur, dă amalgame NaHg2, NaHg4 etc. Amalgamurile lichide, care se formează prin introducerea treptată a sodiului în mercur sub un strat de kerosen sau ulei mineral, sunt de cea mai mare importanță.

Sodiul formează săruri cu acizii diluați.

Chitanța și cererea. Principala metodă de obținere a sodiului este electroliza sării comune topite. În acest caz, clorul este eliberat la anod, iar sodiul este eliberat la catod. Pentru a reduce punctul de topire al electrolitului, la sarea comună se adaugă și alte săruri: KCl, NaF, CaCl2. Electroliza se realizează în electrolizoare cu diafragmă; anozii sunt din grafit, catozii sunt din cupru sau fier.

Sodiul poate fi obținut prin electroliza unei topituri de hidroxid de NaOH, iar cantități mici pot fi obținute prin descompunerea azidei NaN3.

Sodiul metalic este folosit pentru a reduce metalele pure din compușii lor - potasiu (din KOH), titan (din TiCl4) etc. Un aliaj de sodiu și potasiu este un agent de răcire pentru reactoarele nucleare, deoarece metalele alcaline absorb neutronii slab și, prin urmare, nu împiedică fisiunea nucleelor ​​de uraniu. Vaporii de sodiu, care au o strălucire galbenă strălucitoare, sunt utilizați pentru a umple lămpile cu descărcare în gaze folosite la iluminarea autostrăzilor, porturilor de agrement, gărilor etc. Sodiul își găsește aplicație în medicină: un nuclid 24Na obținut artificial este utilizat pentru tratamentul radiologic al anumitor forme de leucemie. și în scopuri de diagnosticare.

Utilizarea compușilor de sodiu este mult mai extinsă.

Peroxid Na2O2 - cristale incolore, produs tehnic galben. Când este încălzit la 311-400 °C, începe să elibereze oxigen, iar la 540 °C se descompune rapid. Un agent oxidant puternic, datorită căruia este folosit pentru albirea țesăturilor și a altor materiale. Absoarbe CO2 în aer, eliberând oxigen și formând carbonat 2Na2O2+2CO2=2Na2Co3+O2). Această proprietate stă la baza utilizării Na2O2 pentru regenerarea aerului în spații închise și dispozitive de respirație izolatoare (submarine, măști de gaz izolatoare etc.).

hidroxid de NaOH; denumirea învechită este sodă caustică, denumirea tehnică este sodă caustică (din latină caustic - caustic, ardere); una dintre cele mai puternice baze. Produsul tehnic, pe lângă NaOH, conține impurități (până la 3% Na2CO3 și până la 1,5% NaCl). O cantitate mare de NaOH este utilizată pentru prepararea electroliților pentru bateriile alcaline, producția de hârtie, săpun, vopsele, celuloză și este folosită pentru purificarea uleiurilor și uleiurilor.

Din sărurile de sodiu se folosește cromatul Na2CrO4 - în producția de coloranți, ca mordant în vopsirea țesăturilor și agent de tăbăcire în industria pielăriei; sulfit Na2SO3 - o componentă a fixatorilor și dezvoltatorilor în fotografie; hidrosulfit NaHSO3 - înălbitor de țesături, fibre naturale, utilizat pentru conservarea fructelor, legumelor și hranei pentru legume; tiosulfat Na2S2O3 - pentru a elimina clorul la albirea țesăturilor, ca fixator în fotografie, un antidot pentru otrăvirea cu compuși de mercur, arsenic etc., un agent antiinflamator; clorat NaClO3 - agent oxidant în diverse compoziții pirotehnice; trifosfat Na5P3O10 - aditiv în detergenți sintetici pentru dedurizarea apei.

Sodiul, NaOH și soluțiile sale provoacă arsuri grave ale pielii și mucoaselor.

Ca aspect și proprietăți, potasiul este similar cu sodiul, dar mai reactiv. Reactioneaza energic cu apa si aprinde hidrogenul. Arde în aer, formând un superoxid portocaliu CO2. La temperatura camerei, reacţionează cu halogeni, cu încălzire moderată - cu hidrogen, sulf. În aer umed, acesta devine rapid acoperit cu un strat de KOH. Potasiul este depozitat sub un strat de benzină sau kerosen.

Compușii de potasiu - hidroxid de KOH, azotat de KNO3 și carbonat de K2CO3 - găsesc cea mai mare aplicație practică.

Hidroxid de potasiu KOH (denumire tehnică - potasiu caustic) - cristale albe care se răspândesc în aerul umed și absorb dioxid de carbon (se formează K2CO3 și KHCO3). Se dizolvă foarte bine în apă cu un efect exo ridicat. Soluția apoasă este puternic alcalină.

Hidroxidul de potasiu este produs prin electroliza unei soluții de KCl (similar cu producerea de NaOH). Clorura inițială de potasiu KCl este obținută din materii prime naturale (minerale sylvin KCl și carnalit KMgC13 6H20). KOH este utilizat pentru sinteza diferitelor săruri de potasiu, săpun lichid, coloranți, ca electrolit în baterii.

Azotat de potasiu KNO3 (mineral azotat de potasiu) - cristale albe, foarte amare la gust, punct de topire scăzut (ttopire = 339 ° C). Să ne dizolvăm bine în apă (hidroliza este absentă). Când este încălzit peste punctul de topire, se descompune în nitrit de potasiu KNO2 și oxigen O2 și prezintă proprietăți oxidante puternice. Sulful și cărbunele se aprind la contactul cu topitura de KNO3, iar amestecul C + S explodează (combustia „pulberii negre”):

2КNO3 + ЗС(cărbune) + S=N2 + 3CO2 + K2S

Azotatul de potasiu este utilizat în producția de sticlă și îngrășăminte minerale.

Carbonatul de potasiu K2CO3 (denumire tehnică - potasiu) este o pulbere albă higroscopică. Este foarte solubil în apă, foarte hidrolizat de anion și creează un mediu alcalin în soluție. Folosit la fabricarea sticlei și a săpunului.

Obținerea K2CO3 se bazează pe reacțiile:

K2SO4 + Ca(OH)2 + 2CO = 2K(HCOO) + CaSO4

2K(HCOO) + O2 = K2C03 + H20 + CO2

Sulfatul de potasiu din materii prime naturale (minerale kainit KMg (SO4) Cl ZH20 și schenite K2Mg (SO4) 2 * 6H20) se încălzește cu var stins Ca (OH) 2 în atmosferă de CO (sub o presiune de 15 atm), formiat de potasiu Se obține K (HCOO), care se calcinează într-un curent de aer.

Potasiul este un element vital pentru plante și animale. Îngrășămintele cu potasiu sunt săruri de potasiu, atât naturale, cât și produsele lor prelucrate (KCl, K2SO4, KNO3); conținut ridicat de săruri de potasiu în cenușa plantelor.

Potasiul este al nouălea element cel mai abundent din scoarța terestră. Se găsește numai sub formă legată în minerale, apă de mare (până la 0,38 g de ioni K + la 1 litru), plante și organisme vii (în interiorul celulelor). Corpul uman are = 175 g de potasiu, necesarul zilnic ajunge la ~ 4 g. Izotopul radioactiv 40K (un amestec cu izotopul stabil predominant 39K) se descompune foarte lent (timp de înjumătățire este de 1 109 ani), acesta, împreună cu izotopii 238U și 232Th, are o contribuție mare la

Metalele în sistemul periodic. Structura atomilor de metal. Caracteristicile generale ale metalelor.

Na(+11): 1S 2 2S 2 2p 6 3S 1

Ca(+20): 1S 2 2S 2 2p 6 3S 2 3p 6 3d 0 4S 2

Metale alcaline (Grupa 1, subgrupa principală): ... nS 1. Alcalino-pământoase (Grupa 2, subgrupa principală): ... nS 2. Proprietățile atomilor de metal sunt în dependență periodică de localizarea lor în tabelul D.I. Mendeleev. ÎN SUBGRUPUL PRINCIPAL:

nu se schimba.

Raza atomului crește

Electronegativitatea scade.

Proprietăți de restaurare intensifica.

Proprietățile metalului intensifica.

Sarcinile nucleelor ​​atomilor crește.

Razele atomilor scădea.

Numărul de electroni de pe stratul exterior crește.

Electronegativitatea crește.

Proprietăți de restaurare scădea.

Proprietățile metalului slăbi.

a - cupru; b) magneziu; c) α-modificarea fierului

Atomii de metal tind să-și doneze electronii exteriori. Într-o bucată de metal, lingou sau produs metalic, atomii de metal donează electroni externi și îi trimit acestei piese, lingou sau produs, transformându-se în ioni. Electronii „smulși” se mută de la un ion la altul, se reconectează temporar cu ei în atomi, se desprind din nou, iar acest proces are loc continuu. Metalele au o rețea cristalină, în nodurile căreia se află atomi sau ioni (+); între ei se află electroni liberi (gazul de electroni). Schema de conectare în metal poate fi afișată după cum urmează:

M 0 ↔ nē + M n+,

atom - ion

Unde n este numărul de electroni externi care participă la legătura (y Na - 1, y Sa - 2 ē, y Al - 3 ē).Acest tip de legătură se observă la metale -substanțe simple-metale și în aliaje.O legătură metalică este o legătură între ionii metalici încărcați pozitiv și electronii liberi din rețeaua cristalină a metalelor.comunicarea se bazează pe socializarea electronilor (similaritate). ), toți atomii iau parte la socializarea acestor electroni (diferență). De aceea, cristalele cu o legătură metalică sunt plastice, conductoare electric și au o strălucire metalică. Cu toate acestea, în stare de vapori, atomii de metal sunt legați împreună legătură covalentă, perechile de metale constau din molecule individuale (monatomice și diatomice). caracteristici generale metale

Seria electrochimică de tensiuni ale metalelor. Proprietățile fizice și chimice ale metalelor

α-staniu sau staniu gri („ciuma de staniu” - transformarea β-staniului obișnuit în α-staniu în timpul temperaturi scăzute a provocat moartea expediției lui R. Scott către polul Sud, care a pierdut tot combustibilul, deoarece a fost depozitat în rezervoare sigilate cu cositor), este stabil la t<14°С, серый порошок. β-олово, или белое олово (t = 14 ― 161°С) очень мягкий металл, но тверже свинца, поддается литью и пайке. Используется в сплавах, например, для изготовления белой жести (луженого железа).

Cu halogeni, metalele formează săruri - halogenuri:

Cu oxigen, metalele formează oxizi:

Metalele formează săruri cu sulf - sulfuri:

Cu hidrogenul, cele mai active metale formează hidruri, de exemplu:

multe metale formează carburi cu carbon:

Metalele la începutul unei serii de tensiuni (de la litiu la sodiu), în condiții normale, înlocuiesc hidrogenul din apă și formează alcali, de exemplu:

Metalele situate într-o serie de tensiuni până la hidrogen interacționează cu acizii diluați (HCl, H 2 SO 4 etc.), în urma cărora se formează săruri și se eliberează hidrogen, de exemplu:

Metalele interacționează cu soluții de săruri ale metalelor mai puțin active, în urma cărora se formează o sare a unui metal mai activ și un metal mai puțin activ este eliberat într-o formă liberă, de exemplu:

Metalele în natură.

cărbune:

monoxid de carbon:

hidrogen:

aluminiu (aluminotermie):

magneziu:

2CuS + 3O 2 \u003d 2CuO + 2SO 2.

CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu.

Caracteristicile generale ale metalelor din grupa IA.

Metalele din subgrupul principal al primului grup (grupuri IA) includ litiu (Li), sodiu (Na), potasiu (K), rubidiu (Rb), cesiu (Cs), franciu (Fr). Aceste metale sunt numite metale alcaline, deoarece ele și oxizii lor formează alcali atunci când interacționează cu apa. Metalele alcaline sunt elemente s. Atomii de metal au un electron s (ns 1) pe stratul exterior de electroni. Potasiu, sodiu - substanțe simple

Metale alcaline în fiole:
a - cesiu; b - rubidiu; c - potasiu; g - sodiu Informații de bază despre elementele grupei IA

Obiectivele lecției:

educational - se consideră poziţia metalelor în sistemul de elemente D.I. Mendeleev, pentru a prezenta studenților proprietățile de bază ale metalelor, pentru a afla ce le cauzează, pentru a introduce conceptul de coroziune a metalelor

Educational - să fie capabil să găsească metale în tabelul PSCE, să fie capabil să compare metale și nemetale, să explice motivele proprietăților chimice și fizice ale metalelor, să dezvolte gândirea teoretică a elevilor și capacitatea acestora de a prezice proprietățile metalelor pe baza lor structura.

hrănirea - să promoveze dezvoltarea interesului cognitiv al elevilor pentru studiul chimiei

Tip de lecție: lecția de învățare a materialelor noi.

Metode de predare : verbale și vizuale

În timpul orelor:

Timpul lecției.

Moment organizatoric (1 min.)

Actualizare de cunoștințe (3 min)

Învățarea de materiale noi

1.1. Poziția în sistemul periodic. (10 minute)

1.2. Caracteristicile structurii electronice a atomilor (10 min)

1.3. Proprietățile de restaurare ale metalelor. (10 minute)

2.1. Conexiune metalica. (5 minute)

4. Eliberare emoțională 2 min

2.2. Proprietăți fizice (10 min)

3. Proprietăți chimice. (17 min)

4. Coroziunea metalelor (5 min)

Fixare (15 min)

Tema pentru acasă (3 min)

Rezumatul lecției (1 min.)

Organizarea timpului

(Salut reciproc, fixare a celor prezenți).

Actualizare de cunoștințe. La începutul lecției, profesorul concentrează atenția elevilor asupra semnificației noii teme, determinată de rolul pe care îl joacă metalele în natură și în toate sferele activității umane.. Industrie

Profesorul citește ghicitoarea:

Sunt dur, maleabil și plastic,

Genial, toată lumea are nevoie, practic.

Ți-am dat deja un indiciu

Deci cine sunt eu...? și se oferă să noteze răspunsul într-un caiet sub forma unui subiect de lecție?

Învățarea de materiale noi

Planul cursului.

1. Caracteristicile elementului metalic.

1.2. Caracteristicile structurii electronice a atomilor.

1.3. Proprietățile de restaurare ale metalelor.

2. Caracteristicile unei substanțe simple.

2.1. Conexiune metalica.

2.2. proprietăți fizice.

3. Proprietăți chimice.

4. Coroziunea metalelor.

1.1. Poziția în sistemul periodic.

Limita condiționată dintre elementele metalice și elementele nemetalice se desfășoară de-a lungul diagonalei B (bor) - (siliciu) - Si (arsen) - Te (telur) - As (astatina) (urmăriți-o în tabelul lui D. I. Mendeleev) ..

Elementele inițiale se formeazăsubgrupul principal al grupului I și se numesc metale alcaline . Și-au primit numele de la numele hidroxizilor lor corespunzători, care sunt foarte solubili în apă - alcaline.

Dintre elementele principalelor subgrupe ale următoarelor grupe, metalele includ: în grupa IV germaniu, staniu, plumb (32.50.82) (primele două elemente sunt carbon și siliciu - nemetale), în grupa V antimoniu și bismut ( 51.83) (primele trei elemente sunt nemetale), în grupa VI doar ultimul element - poloniul (84) - este un metal pronunțat. În principalele subgrupe ale grupelor VII și VIII, toate elementele sunt nemetale tipice.

În ceea ce privește elementele subgrupurilor secundare, toate sunt metale.

Atomii de metale alcaline conțin doar un electron la nivelul energiei externe, pe care îl donează cu ușurință în timpul interacțiunilor chimice, prin urmare sunt cei mai puternici agenți reducători. Este clar că, în conformitate cu creșterea razei atomului, proprietățile reducătoare ale metalelor alcaline cresc de la litiu la franciu.

Urmând metalele alcaline, elementele care alcătuiescsubgrupul principal al grupului II, sunt de asemenea metale tipice cu o puternică capacitate reducătoare (atomii lor conțin doi electroni la nivelul exterior).Dintre aceste metale, calciul, stronțiul, bariul și radiul sunt numite metale alcalino-pământoase. . Aceste metale au primit acest nume deoarece oxizii lor, pe care alchimiștii i-au numit „pământ”, formează alcalii atunci când sunt dizolvați în apă.

Metalele includ și elementesubgrupul principal al grupului III, excluzând borul.

Grupa 3 include metale numite subgrup de aluminiu.

1.2 Caracteristici ale structurii electronice a metalelor.

Pe baza cunoștințelor acumulate, elevii înșiși formulează definiția „metalului”

Metalele sunt elemente chimice ai căror atomi donează electroni din stratul de electroni exterior (și uneori pre-exterior), transformându-se în ioni pozitivi. Metalele sunt agenți reducători. Acest lucru se datorează numărului mic de electroni din stratul exterior, razei mari a atomilor, drept urmare acești electroni sunt slab reținuți cu nucleul.Atomii de metal au dimensiuni (razele) relativ mari, prin urmare, electronii lor exteriori sunt, de asemenea, îndepărtați semnificativ din nucleu și sunt slab legați de acesta. Și a doua caracteristică care este inerentă atomilor celor mai active metale esteprezenţa a 1-3 electroni la nivelul energiei externe.
Atomii de metal au asemănări în structura stratului exterior de electroni, care este format dintr-un număr mic de electroni (în mare parte nu mai mult de trei).
Această afirmație poate fi ilustrată prin exemplele de Na, aluminiu Al și zinc Zn. Întocmind diagrame ale structurii atomilor, dacă doriți, puteți întocmi formule electronice și puteți da exemple de structură a elementelor de perioade mari, cum ar fi zincul.

Datorită faptului că electronii stratului exterior al atomilor de metal sunt legați slab de nucleu, ei pot fi „dați departe” altor particule, ceea ce se întâmplă în timpul reacțiilor chimice:

Proprietatea atomilor de metal de a dona electroni este proprietatea lor chimică caracteristică și indică faptul că metalele prezintă proprietăți reducătoare.

1.3 Proprietăţi reducătoare ale metalelor.

Cum se modifică puterea de oxidare a elementelorIIIperioadă?

(Proprietățile oxidative cresc în perioade, iar proprietățile de reducere slăbesc. Motivul modificării acestor proprietăți este o creștere a numărului de electroni în ultimul orbital.)

Cum se modifică proprietățile oxidante ale elementelor grupului al 4-lea al subgrupului principal?(de jos în sus, proprietățile oxidante sunt îmbunătățite. Motivul modificării acestor proprietăți este o scădere a razei atomului (este mai ușor de acceptat decât de dat)

Pe baza poziției metalelor în sistemul periodic, ce concluzie se poate trage despre proprietățile redox ale elementelor metalice?

(Metalele sunt agenți reducători în reacțiile chimice, deoarece își donează electronii de valență)

Elevii răspund că puterea legăturii dintre electronii de valență și nucleu depinde de doi factori:sarcina nucleului și raza atomului. .

(înregistrând concluzia în caietele elevilor) în perioadele cu creșterea încărcăturii nucleului, proprietățile restauratoare scad.

Pentru elementele - metale ale subgrupurilor secundare, proprietățile sunt ușor diferite.

Profesorul se oferă să compare activitatea elementelor subgrupei secundare.Cu, Ag, Au – activitateb elemente - picături de metale. Acest model este observat și în elementele celui de-al doilea subgrup secundarZn, CD, hg.Creșterea electronilor la nivelul exterior, deci proprietățile reducătoare sunt slăbite

Pentru elementele subgrupurilor secundare - acestea sunt elemente de 4-7 perioade 31-36, 49-54 - cu o creștere a elementului ordinal, raza atomilor se va schimba puțin, iar valoarea sarcinii nucleului crește semnificativ , prin urmare, puterea legăturii electronilor de valență cu nucleul crește, proprietățile reducătoare slăbesc.

2.1. Conexiune metalica.

Legătura metalică se realizează prin atracția reciprocă a ionilor atomici și a electronilor relativ liberi.

Poza 1.
Structura rețelei cristaline a metalelor

În metale, electronii de valență sunt ținuți de atomi extrem de slab și sunt capabili să migreze. Atomii rămași fără electroni externi capătă o sarcină pozitivă. Ele formează o rețea cristalină metalică.

Un set de electroni de valență socializați (gazul de electroni), încărcați negativ, dețin ioni metalici pozitivi în anumite puncte din spațiu - nodurile rețelei cristaline, de exemplu, metalul argintiu.

Electronii externi se pot mișca liber și aleatoriu, prin urmare metalele se caracterizează printr-o conductivitate electrică ridicată (în special aur, argint, cupru, aluminiu).

Legătura chimică implică un anumit tip de rețea cristalină. Legătura chimică metalică favorizează formarea de cristale cu o rețea cristalină metalică. La nodurile rețelei cristaline sunt ioni atomici ai metalelor, iar între ei se află electroni care se mișcă liber. Legătura metalică diferă de cea ionică, deoarece fără anioni, deși există cationi. Se deosebește și de cel covalent, deoarece nu se formează perechi de electroni împărtășiți.

Descărcare emoțională

Absența a ce metal a fost descrisă de academicianul A.E. Fersman?

Pe străzi ar fi o groază de distrugere: nu ar exista șine, vagoane, locomotive cu abur, mașini, chiar și pietre de pavaj s-ar transforma în praf de lut, iar plantele ar începe să se ofilească și să moară fără acest metal. Distrugerea de către un uragan ar fi trecut peste întregul Pământ, iar moartea omenirii ar fi devenit inevitabilă. Cu toate acestea, o persoană nu ar fi trăit până la acest moment, pentru că, după ce a pierdut trei grame din acest metal în corpul său și în sânge, ar fi încetat să mai existe înainte ca evenimentele trase să se fi desfășurat (Răspuns: Toți oamenii ar fi murit , după ce au pierdut fier în sânge)

Denumiți metalul falsificatorului

Numele metalului a fost dat de conchistadorii spanioli, care la mijlocul secolului al XVI-lea. întâlnit pentru prima dată în America de Sud (pe teritoriul Columbiei moderne) cu un nou metal care arată ca argintul. Numele metalului înseamnă literal „argint mic”, „argint”.

O astfel de denumire disprețuitoare se explică prin refractaritatea excepțională a metalului, care nu era susceptibil de topire, nu și-a găsit aplicație multă vreme și era prețuit la jumătate decât argintul. Ei au folosit acest metal pentru a face monede contrafăcute.

Astăzi, acest metal, folosit ca catalizator și în bijuterii, este unul dintre cele mai scumpe.

Nu există în forma sa pură în natură. Platina nativă este de obicei un aliaj natural cu alte metale nobile (paladiu, iridiu, rodiu, ruteniu, osmiu) și de bază (fier, cupru, nichel, plumb, siliciu). Pentru a-l obține, nuggetele sunt încălzite în cazane cu „aqua regia” (un amestec de acid azotic și clorhidric) și apoi „terminate” prin numeroase reacții chimice, încălzire și topire.

Astfel, rețeaua cristalină depinde și este determinată de tipul de legătură chimică, dar în același timp este cauza proprietăților fizice.

2.2. proprietăți fizice.

Profesorul subliniază că proprietățile fizice ale metalelor sunt determinate tocmai de structura lor.

A)duritate Toate metalele, cu excepția mercurului, sunt solide în condiții normale. Cele mai blânde sunt sodiul, potasiul. Se pot tăia cu un cuțit; cel mai dur crom - zgârieturi de sticlă

b)densitate. Metalele sunt împărțite în moi (5g/cm³) și grele (mai puțin de 5g/cm³).

V)fuzibilitatea. Metalele sunt împărțite în fuzibile și refractare.

G)conductivitate electrică, conductivitate termică metalele se datorează structurii lor. Electronii care se mișcă haotic sub influența unei tensiuni electrice capătă o mișcare direcționată, rezultând un curent electric.

Odată cu creșterea temperaturii, amplitudinea mișcării atomilor și ionilor localizați în nodurile rețelei cristaline crește brusc, iar acest lucru interferează cu mișcarea electronilor, iar conductivitatea electrică a metalelor scade.

Trebuie remarcat faptul că în unele nemetale, odată cu creșterea temperaturii, conductivitatea electrică crește, de exemplu, în grafit, în timp ce odată cu creșterea temperaturii, unele legături covalente sunt distruse, iar numărul de electroni care se mișcă liber crește.

e)luciu metalic - Electronii care umplu spațiul interatomic reflectă razele de lumină și nu transmit ca sticla. Ele cad pe nodurile rețelei cristaline. Prin urmare, toate metalele în stare cristalină au un luciu metalic. Pentru majoritatea metalelor, toate razele părții vizibile a spectrului sunt împrăștiate în mod egal, deci au o culoare alb-argintie. Doar aurul și cuprul absorb lungimi de undă scurte în mare măsură și reflectă lungimi de undă lungi ale spectrului luminos, deci au o culoare galbenă. Cele mai strălucitoare metale sunt mercurul, argintul, paladiul. Toate metalele sub formă de pulbere, cu excepțiaAlȘimg, își pierd strălucirea și sunt de culoare neagră sau gri închis.

e)plastic

Efectul mecanic asupra unui cristal cu o rețea metalică determină doar o deplasare a straturilor de atomi și nu este însoțit de ruperea legăturilor și, prin urmare, metalul se caracterizează printr-o plasticitate ridicată.

3. Proprietăți chimice.

Conform proprietăților lor chimice, toate metalele sunt agenți reducători, toate renunță la electroni de valență relativ ușor, trec în ioni încărcați pozitiv, adică sunt oxidați . Activitatea reducătoare a unui metal în reacțiile chimice care au loc în soluții apoase reflectă poziția sa în seria electrochimică a tensiunilor metalice (descoperită și compilată de Beketov)

Cu cât un metal se află mai la stânga în seria electrochimică a tensiunilor metalice, cu atât agentul reducător este mai puternic, cel mai puternic agent reducător este litiu-metal, aurul este cel mai slab și, invers, ionul de aur (III) este cel mai puternic. agent oxidant, litiul (I) este cel mai slab.

Fiecare metal este capabil să restabilească din sărurile în soluție acele metale care se află într-o serie de tensiuni după el, de exemplu, fierul poate înlocui cuprul din soluțiile sărurilor sale. Cu toate acestea, trebuie amintit că metalele alcaline și alcalino-pământoase vor interacționa direct cu apa.

Metalele, aflate în seria de tensiuni la stânga hidrogenului, sunt capabile să-l înlocuiască din soluțiile de acizi diluați, în timp ce se dizolvă în ele.

Activitatea reducătoare a unui metal nu corespunde întotdeauna cu poziția sa în sistemul periodic, deoarece atunci când se determină locul unui metal într-o serie, se ia în considerare nu numai capacitatea sa de a dona electroni, ci și energia cheltuită pentru distrugere. a rețelei cristaline metalice, precum și energia cheltuită pentru hidratarea ionilor.

Interacțiunea cu substanțe simple

CUoxigen majoritatea metalelor formează oxizi - amfoteri și bazici:

4Li+O 2 = 2Li 2 O

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 .

Metalele alcaline, cu excepția litiului, formează peroxizi:

2Na+O 2 = Na 2 O 2 .

CUhalogeni metalele formează săruri ale acizilor hidrohalici, de exemplu,

Cu + Cl 2 = CuCl 2 .

CUhidrogen cele mai active metale formează hidruri ionice - substanțe asemănătoare sărurilor în care hidrogenul are o stare de oxidare de -1.

2Na+H 2 = 2NaH.

CUgri metalele formează sulfuri - săruri ale acidului hidrosulfurat:

Zn + S = ZnS.

CUazot unele metale formează nitruri, reacția are loc aproape întotdeauna când sunt încălzite:

3Mg+N 2 =Mg 3 N 2 .

CUcarbon se formează carburi.

4Al + 3C = Al 3 C 4 .

CUfosfor - fosfuri:

3Ca + 2P = Ca 3 P 2 .

Metalele pot interacționa între ele pentru a se formacompuși intermetalici :

2Na + Sb = Na 2 sb,

3Cu + Au = Cu 3 Au.

Metalele se pot dizolva unele în altele la temperatură ridicată fără interacțiune, formând aliaje.

Raportul dintre metale și acizi.

Cel mai adesea în practica chimică acizi puternici precum H sulfuric 2 ASA DE 4 , HCI clorhidric și HNO azotic 3 .

Cuacid clorhidric

Ionii de hidrogen H s-au format în acest proces + acționează ca un agent oxidantmetale din seria de activitate la stânga hidrogenului . Interacțiunea se desfășoară conform schemei:

Pe mine + acid clorhidric - sare + H 2

2 Al + 6 acid clorhidric → 2 AlCl 3 + 3 H 2

2│Al 0 – 3 e - → Al 3+ - oxidare

3│2H + + 2 e - → H 2 - recuperare

„Aqua regia” (numită anterior acizi de vodcă) este un amestec de un volum de acid azotic și trei până la patru volume de acid clorhidric concentrat, care are o activitate oxidativă foarte mare. Un astfel de amestec este capabil să dizolve unele metale slab active care nu interacționează cu acidul azotic. Printre ei se numără „regele metalelor” - aurul. Acest efect al „acva regia” se explică prin faptul că acidul azotic oxidează acidul clorhidric cu eliberarea de clor liber și formarea de oxid de clor de azot (III) sau clorură de nitrozil - NOCl:

Reacțiile de oxidare a aurului se desfășoară conform următoarelor ecuații:

Au + HNO3 + 4 HCl → H + NO + 2H2O

Dacă acizii pot interacționa cu baze și oxizi bazici, iar elementul cheie în compoziția lor este un metal, atunci este posibil ca metalele să interacționeze cu acizii. Să verificăm experimental.

Magneziul interacționează cu acidul în condiții normale, zincul - când este încălzit, cuprul - nu interacționează.

În practică se utilizează o gamă de tensiuni pentru o evaluare comparativă a activității chimice a metalelor în reacțiile cu soluții apoase de săruri și acizi și pentru evaluarea proceselor catodice și anodice în timpul electrolizei:

Metalele din stânga sunt agenți reducători mai puternici, decât metalele din dreapta:le înlocuiesc pe acestea din urmă din soluţiile sărate . Metalele din rândul din stânga hidrogenului înlocuiesc hidrogenul atunci când interacționează cu soluții apoase de acizi neoxidanți; cele mai active metale (până și aluminiu inclusiv) - și atunci când interacționează cu apa.

Metalele din rândul din dreapta hidrogenului nu interacționează cu soluțiile apoase de acizi neoxidanți în condiții normale.

În timpul electrolizei, metalele din dreapta hidrogenului sunt eliberate la catod; reducerea metalelor cu activitate moderată este însoțită de eliberarea de hidrogen; cele mai active metale (până la aluminiu) nu pot fi izolate din soluții apoase de săruri în condiții normale.

4. Coroziunea metalelor – interacțiune fizico-chimică sau chimică între un metal (aliaj) și un mediu, conducând la o deteriorare a proprietăților funcționale ale metalului (aliajului), mediului sau sistemului tehnic care le include.

Cuvântul coroziune provine din latinescul „corrodo” – „rosă” (latina târzie „corrosio” înseamnă „coroziune”).

Coroziunea este cauzată de reacția chimică a unui metal cu substanțele din mediu care apar la interfața dintre metal și mediu. Cel mai adesea, aceasta este oxidarea unui metal, de exemplu, cu oxigenul atmosferic sau acizii conținuti în soluții cu care metalul intră în contact. Metalele situate în seria de tensiune (seria de activitate) la stânga hidrogenului, inclusiv fierul, sunt deosebit de susceptibile la acest lucru.

Ca urmare a coroziunii, fierul rugineste. Acest proces este foarte complex și include mai multe etape. Poate fi descris prin ecuația generală:

4Fe + 6H 2 O (umiditate) + 3O 2 (aer) = 4Fe(OH) 3

Hidroxidul de fier (III) este foarte instabil, pierde rapid apă și se transformă în oxid de fier (III). Acest compus nu protejează suprafața fierului de oxidarea ulterioară. Drept urmare, obiectul de fier poate fi complet distrus.

Pentru a încetini coroziunea, pe suprafața metalică se aplică lacuri și vopsele, uleiuri minerale și grăsimi. Structurile subterane sunt acoperite cu un strat gros de bitum sau polietilenă. Suprafețele interioare ale țevilor și rezervoarelor din oțel sunt protejate cu acoperiri ieftine de ciment.

Pentru produsele din oțel, așa-numitele convertoare de rugină care conțin acid fosforic (H 3 RO 4 ) și sărurile sale. Ele dizolvă resturile de oxizi și formează o peliculă densă și durabilă de fosfați, care este capabilă să protejeze suprafața produsului pentru o perioadă de timp. Apoi metalul este acoperit cu un strat de grund, care ar trebui să se potrivească bine pe suprafață și să aibă proprietăți de protecție (de obicei se folosește plumb roșu sau cromat de zinc). Abia atunci se poate aplica lac sau vopsea.

Fixare (15 min)

Profesor:

Acum, pentru a o repara, să facem un test.

Rezolva sarcinile de testare

1.Selectați un grup de elemente care conține doar metale:

A) Al, As, P;B) Mg, Ca, Si;ÎN) K, Ca, Pb

2. Selectați un grup în care există doar substanțe simple - nemetale:

A) K 2 Oh, păi 2 , SiO 2 ; B) H 2 , Cl 2 , eu 2 ; ÎN)Ca, Ba, HCI;

3. Indicați ce este comun în structura atomilor de K și Li:

A) 2 electroni pe ultimul strat de electroni;

B) 1 electron pe ultimul strat de electroni;

C) același număr de straturi electronice.

4. Calciul metalic prezintă proprietăți:

a) un agent oxidant

B) agent reducător;

C) un agent oxidant sau reducător, în funcție de condiții.

5. Proprietățile metalice ale sodiului sunt mai slabe decât cele ale -

A) magneziu; B) potasiu; B) litiu.

6. Metalele inactive includ:

A) aluminiu, cupru, zinc; B) mercur, argint, cupru;

C) calciu, beriliu, argint.

7. Ce proprietate fizică nu este comună tuturor metalelor:

A) conductivitate electrică, B) conductivitate termică,

C) stare solidă de agregare în condiții normale,

D) luciu metalic

8. Metalele, atunci când interacționează cu nemetale, prezintă următoarele proprietăți:

a) oxidant;

b) recuperare;

c) atât oxidant, cât şi reducător;

d) nu participă la reacții redox.

9. În sistemul periodic sunt localizate metalele tipice

a) vârful

b) fund

în colțul din dreapta sus

d) colțul din stânga jos

Partea B. Răspunsul la sarcinile acestei părți este un set de litere care ar trebui notate

Stabiliți o potrivire.

Odată cu creșterea numărului ordinal al unui element din subgrupa principală a grupei II a sistemului periodic, proprietățile elementelor și substanțele pe care le formează se modifică după cum urmează:

1) numărul de electroni din nivelul exterior

A) crește

3) electronegativitatea

4) proprietăți de restaurare

B) scade

B) nu se modifică

(Răspunsuri: 1 -D, 2 -A, 3 -C, 4-B, 5-D)

SARCINI DE INFORTARE

№1. Finalizați ecuațiile reacțiilor practic fezabile, denumiți produșii de reacție

Li + H 2 O=

Cu + H 2 O=Cu( Oh) 2 + H 2

Ba+H 2 O=

Mg + H 2 O=

Ca+HCI=

2 Na+2 H 2 ASA DE 4 ( LA)= N / A 2 ASA DE 4 + Așa 2 + 2 ore 2 O

HCI + Zn =

H 2 ASA DE 4 ( La)+ Cu=CuSO 4 + Așa 2 + H 2 O

H 2 S + Mg \u003d MgS + H 2

HCl + Cu =

Teme pentru acasă: note în caiete, rapoarte despre utilizarea metalelor.

Profesorul se oferă să creeze un syncwin pe subiect.

Rândul 1: Substantiv (unul pe subiect) (Metale)

Rândul 2: două adjective

a treia linie: trei verbe

4 rând: patru cuvinte combinate într-o propoziție

Rândul 5: un cuvânt care exprimă esența acestui subiect.

Rezumatul lecției

Profesor : Și așa, am examinat structura și proprietățile fizice ale metalelor, poziția lor în sistemul periodic al elementelor chimice D.I. Mendeleev.

B O Majoritatea elementelor chimice cunoscute formează substanțe simple, metale.

Metalele includ toate elementele subgrupurilor secundare (B), precum și elementele subgrupurilor principale situate sub diagonala "beriliu - astatin" (Fig. 1). În plus, elementele chimice metale formează grupuri de lantanide și actinide.

Orez. 1. Localizarea metalelor între elementele subgrupelor A (evidențiate cu albastru)

Comparativ cu atomii nemetalici, atomii metalici au b O Dimensiuni mai mari și mai puțini electroni exteriori, de obicei 1-2. În consecință, electronii exteriori ai atomilor de metal sunt legați slab de nucleu; metalele îi cedează cu ușurință, prezentând proprietăți reducătoare în reacțiile chimice.

Luați în considerare modelele de schimbare a unor proprietăți ale metalelor în grupuri și perioade.

În perioadeCu Pe măsură ce sarcina nucleară crește, raza atomică scade. Nucleele atomilor atrag din ce în ce mai mult electronii exteriori, prin urmare, electronegativitatea atomilor crește, proprietățile metalice scad. Orez. 2.

Orez. 2. Modificarea proprietăților metalice în perioade

În principalele subgrupe de sus în jos în atomii de metal, numărul de straturi de electroni crește, prin urmare, raza atomilor crește. Atunci electronii exteriori vor fi atrași mai slab de nucleu, deci are loc o scădere a electronegativității atomilor și o creștere a proprietăților metalice. Orez. 3.

Orez. 3. Modificarea proprietăților metalice în subgrupe

Aceste regularități sunt și caracteristice elementelor subgrupurilor secundare, cu rare excepții.

Atomii elementelor metalice tind să doneze electroni. În reacțiile chimice, metalele acționează doar ca agenți reducători, donează electroni și își măresc starea de oxidare.

Electronii pot fi primiți de la atomii de metal de către atomii care alcătuiesc substanțe simple, nemetale, precum și atomii care fac parte din substanțe complexe care sunt capabile să-și scadă starea de oxidare. De exemplu:

2Na 0 + S 0 = Na + 1 2 S -2

Zn 0 + 2H +1 Cl \u003d Zn +2 Cl 2 + H 0 2

Nu toate metalele au aceeași activitate chimică. Unele metale în condiții normale practic nu intră în reacții chimice, ele sunt numite metale nobile. Metalele nobile includ: aur, argint, platină, osmiu, iridiu, paladiu, ruteniu, rodiu.

Metalele nobile sunt foarte rare în natură și se găsesc aproape întotdeauna în stare nativă (Fig. 4). În ciuda rezistenței ridicate la coroziune-oxidare, aceste metale încă formează oxizi și alți compuși chimici, de exemplu, sărurile de clorură de argint și nitrat sunt cunoscute de toată lumea.

Orez. 4. Pepită de aur

Rezumând lecția

În această lecție, ați examinat poziția elementelor chimice ale metalelor în Tabelul periodic, precum și caracteristicile structurale ale atomilor acestor elemente, care determină proprietățile substanțelor simple și complexe. Ați învățat de ce există mult mai multe elemente chimice ale metalelor decât nemetale.

Bibliografie

1. Orjekovski P.A. Chimie: clasa a IX-a: manual pentru învăţământul general. inst. / P.A. Orjekovski, L.M. Meshcheryakova, M.M. Shalashova. - M.: Astrel, 2013. (§28)
2. Rudzitis G.E. Chimie: anorganice. chimie. Organ. chimie: manual. pentru 9 celule. / GE. Rudzitis, F.G. Feldman. - M.: Iluminismul, SA „Manuale de la Moscova”, 2009. (§34)
3. Hhomcenko I.D. Culegere de probleme și exerciții de chimie pentru liceu. - M.: RIA „New Wave”: Editura Umerenkov, 2008. (p. 86-87)
4. Enciclopedie pentru copii. Volumul 17. Chimie / Capitolul. ed. V.A. Volodin, conducător. științific ed. I. Leenson. - M.: Avanta +, 2003.

1. O singură colecție de resurse educaționale digitale (experiențe video pe această temă) ().
2. Versiunea electronică a revistei „Chimie și viață” ().

Teme pentru acasă

1. Cu. 195-196 nr 7, A1-A4 din manualul de P.A. Orzhekovsky „Chimie: clasa a IX-a” / P.A. Orjekovski, L.M. Meshcheryakova, M.M. Shalashova. - M.: Astrel, 2013.
2. Ce proprietăți (oxidante sau reducătoare) poate avea un ion Fe 3+? Ilustrați răspunsul dvs. cu ecuații de reacție.
3. Comparați raza atomică, electronegativitatea și proprietățile reducătoare ale sodiului și magneziului.