БИЛИМ БУЛАГЫ

Общие свойства металлов

К металлам относят элементы, имеющие 1, 2, 3 электрона на внешнем уровне. (Кроме водорода, гелия и бора). Металлы располагаются в главных и побочных подгруппах ПСЭ). Им свойственны высокая тепло- и электропроводность, пластичность, т.е. они подвергаются ковке, прокатке и вытягиванию в проволоку. Все металлы при обычной температуре твердые, кроме ртути, имеют металлический блеск и окрашены в золотисто-красноватые, серебристо-серые, тона и даже с синеватым отливом.

Причина этих свойств кроется в строении атомов металлов и природы их кристаллических решеток, в узлах которых располагаются как нейтральные атомы, так и положительно заряженные ионы. А электроны, оторванные от ионов (электронный газ), располагаются в межузловом пространстве. Типичные металлы- восстановители, но могут проявлять и амфотерные свойства. Металлы объединяют по свойствам в щелочные (Li, Na, K, Rb,Cs, Fr), щелочно-земельные (Ca, Sr, Ba,Ra), цветные (Ag, Au, Cu, Mn, Co, Ni, Cr), черные Fe и его сплавы), благородные (Ag, Au, Pt,Ru, Rh,Pd, Os, Ir), легкие с плотностью ниже 5 г/см³ и тяжелые, если плотность выше. Плотность металлов колеблется в пределах 0, 53 г/см³ у лития до 22, 7 г/см³ у осмия.

Наибольшее значение приобретают сплавы металлов различного типа - смеси нескольких металлов и неметаллов, в которых резко меняются индивидуальные свойства металлов. Могут быть твердые растворы, интерметаллиды, механические смеси. Сплавы прочнее, более тугоплавки, или температура плавления сильно падает, кислото-щелочеупорные, устойчивы к истиранию или приобретают иные свойства.

Щелочные металлы

Металлы Li, Na, К , Rb, Cs, Fr называются щелочными, так как при реакции с водой атомы этих металлов образуют щелочи – растворимые в воде основания. У всех щелочных металлов заполняется S- электронный слой по 1е, поэтому проявляются только металлические свойства восстановителей, степень окисления элементов равна +1 и валентность равна 1. Температуры плавления t(пл) низки, цезий способен расплавится от тепла человеческой руки t(пл) = 28,5 ^оС.

Соли этих металлов окрашивают пламя в характерные цвета (разноцветие салюта): литий - алый, натрий - желтый, калий – фиолетовый, рубидий – красный, цезий - голубой.

Франций – радиоактивный элемент с нестабильными изотопами.

Щелочные металлы в свободном виде не встречаются из-за высокой реакционной способности, а только в виде солей. Самая распространенная из них NaCl (каменная соль, поваренная соль, галит). А вот соду (Na2CO3) человечество знало издревле, о ней упоминается даже в Библии. Огромную роль в истории человечества сыграла калийная селитра (KNO3), так как входила в состав пороха. Щелочные металлы получают электролизом расплава хлоридов или гидроксидов этих металлов.

Все щелочные металлы очень мягкие, имеют небольшую плотность. Литий (0,53 г/см³) и натрий (0,97 г/см³) легче воды и плавают на ее поверхности, реагируя с ней.

Все щелочные металлы серебристо белого цвета, хорошо проводят тепло и электрический ток. Мягкие, режутся ножом.

Все щелочные металлы очень реакционноспособны. Поэтому их хранят под слоем керосина.

Щелочные металлы реагируют с водородом, серой, углеродом и хлором. Калий и натрий с кислородом образуют пероксиды (Na₂O₂), а калий даже сверхоксид (KO₂); при реакции с водой образуют гидроксиды - щелочи (LiOH, NaOH, KOH).

Щелочноземельные металлы

Ca, Sr, Ba, Ra называют щелочноземельными металлами, так как их гидроксиды в водном растворе обладают щелочными свойствами, а их оксиды по своей тугоплавкости сходны с оксидами тяжелых металлов, называвшихся «землями». (Mg) –магний, (Ca) – кальций, (Sr) – стронций, (Ba) – барий проявляют свойства типичных металлов. Все металлы серебристо-белого цвета, тепло- и электропроводны, их плотность увеличивается сверху вниз, а температура плавления уменьшается. Их хранят под слоем керосина, как щелочные металлы, чтобы предохранить от быстрого окисления кислородом воздуха. Металлы мягкие, режутся ножом. Окрашивают пламя в характерные цвета.

Оксид кальция при реакции с водой образует гашеную известь, широко применяемую в строительстве

Щелочноземельные металлы образуют «Жесткость воды» – совокупность свойств, обусловленных содержанием в воде катионов кальция (Ca²⁺) и магния (Mg²⁺). В жесткой воде, с высоким содержанием (Ca²⁺) и ( Mg²⁺) плохо пенится мыло, образуя нерастворимые соли высших карбоновых кислот, плохо заваривается чай и разваривается мясо. Жесткая вода не пригодна для охлаждения двигателей внутреннего сгорания и питания паровых котлов, так как в них образуется накипь. При использовании жесткой воды в пищу могут образовываться камни в почках. Умягчают жесткую воду кипячением, добавлением гашеной извести или соды. Современный способ умягчения воды основан на использовании ионно-обменных смол - катионитов, способных обменивать ионы натрия на ионы кальция и задерживать их.

Кальций – основной компонент костных тканей и зубов.

Алюминий

Алюминий (Al) - элемент - III А группы, содержащие 3е на внешнем электронном уровне проявляет валентность равную трем и степень окисления +3, электроотрицательность равную 1,5 и амфотерные свойства, то есть его соединения проявляют свойства как кислот, так и оснований. Алюминий - типичный и самый распространенный в земной коре металл (8,8%). В свободном виде в природе не встречается, а только в виде алюмосиликатов: Na₂O • AL₂O₃ • 2SiO₂ - нефелин, K₂O • Al₂O₃ • 6SiO₂ - ортоклаз (полевой шпат), Al₂O₃ • 2SiO₂ • 2H₂O - каолинит (глина), Al₂O₃ • nH₂O - боксит, Al₂O₃ - корунд (глинозем), Na₃AlF₆ - криолит.

Корунды, окрашенные солями других металлов являются драгоценными камнями, это – сапфиры, рубины.

Алюминий легкий серебристо - белый пластичный металл, очень хорошо проводящий электрический ток и тепло. С температурой плавления t(пл) = 660^оС.

Алюминий получают электролизом Al₂O₃ в расплаве криолита

На поверхности алюминия образуется защитная пленка его оксида Al₂O₃ толщиной 10^–5м, однако она столь прочна, что предохраняет алюминий от дальнейшего окисления, т. к. Al₂O₃ не реагирует с водой. Лишенный оксидной пленки, что достигается использованием амальгамы алюминия (сплава алюминия с ртутью), алюминий реагирует с кислородом, водородом, хлором, серой и углеродом, а также с водой.

Как амфотерный металл алюминий реагирует с щелочью

образуя метаалюминат натрия.

Образует AlH₃ - гидрид алюминия, Al₂O₃ - оксид алюминия, Al(OH)₃ - гидроксид алюминия.

Особенно ценны сплавы алюминия, которые широко используются в авиастроении, машиностроении и судостроении: дюралюмин (Al + 5%Cu + 2%Mg), силумин (Al + Si), «Термит» - смесь оксида (Fe₃O₄) с порошком алюминия. При его использовании выделяется огромная температура, это свойство используется при термитной сварке металлов. 8Al +3Fe₃O₄ = 4Al₂O₃ + 9Fe + ΔH 853,5 кДж/моль

Железо

• Железо является четвертым элементом по распространенности среди химических элементов по массовой доле (4,7-6,0%) и вторым среди металлов, уступая лишь алюминию. Железо относится к металлам, известным с глубокой древности. Сначала с ним познакомились в Египте, Месопотамии во 2 тысячелетии до нашей эры, затем в Закавказье, Малой Азии, и Древней Греции. Самородное железо – редкость, в основном метеоритного происхождения.
• 

В природе железо находится в связанном виде, входит в состав горных пород, а также содержится в живых организмах.

Fe₂O₃ • 3H₂O – бурый железняк, лимонит ; Fe₂O₃ – красный железняк, гематит; Fe₃O₄ – магнитный железняк, магнетит; FeS₂ – железный колчедан, пирит.

Железо – серебристо-белый, пластичный, относительно мягкий металл tпл 1539^оС, плотность при 20^оС – 7,87 г/см³ При t^o ниже 768^оС железо ферромагнитно, хорошо подвергается сварке, ковке, прокатке. Проявляет степени окисления: +2, +3, +6. Во влажном воздухе железо окисляется (ржавеет),образуя соединения Fe⁺² и Fe⁺³. Железо металл амфотерный.

С разбавленными кислотами железо образует соединения со степенью окисления +2, концентрированная азотная кислота железо пассивирует, Взаимодействует с неметаллами: кислородом, хлором, серой.

Для определения железа используют реактивы, дающие с ним характерную окраску, с Fe³⁺ образуется изумрудный оттенок берлинской лазури, с Fe²⁺ - комплекс синего цвета - турнбулевая синь. С роданидом калия или аммония трехвалентное железо образует комплекс темно–красного цвета часто используемый в кино под названием «кровь дракона».

Железо и его сплавы относятся к черным металлам. Это чугун, содержащий более 2% углерода и сталь - сплав железа с содержанием углерода 0,02 – 2.0%. Различают стали, которые содержат примеси Mn, Si, S, P и др. элементов. Они повышают коррозионные свойства сталей. Процесс выплавления железа основан на способности углерода и угарного газа в специальных печах – домнах восстанавливать железо из оксидов железа.

Полезные ссылки

Глоссарий

Аквакомплексы – комплексы, включающие в состав молекулы воды – или кристаллогидраты.

«Алкали» по арабски – «зола», «щелочь».

Алюминотермия - способ получения металлов и неметаллов восстановлением их окислов металлическим алюминием.

Амфотерность - способность проявлять как кислотные, так и основные свойства.

Благородные металлы – золото, платина, серебро, рутений, родий, палладий, осмий, иридий.

Гидроксиды – неорганические соединения, содержащие в составе гидроксильную группу. Производные оксидов и воды.

Интерметаллиды – химические соединения металлов друг с другом, не подчиняющиеся законам постоянства состава.

Ковка - придавать форму ударами молота., усиливается при нагревании.

Кокс - твердый пористый продукт, полученный прокаливанием каменного угля без доступа воздуха. Применяется для выплавки чугуна.

Коррозия металлов - разрушение металлов под воздействием окружающей среды.

Металлы – простые вещества и сплавы, обладающие особым блеском, ковкостью, хорошей теплопроводностью и электропроводностью и имеющие 1,2, 3 электрона на внешнем уровне.

Намагничиваемость - магнитная восприимчивость.

Неметаллы – химически простое вещество не имеющие характерных для металлов свойств.

Основания – вещества, молекулы которых состоят из атомов металлов и одной или нескольких гидроксильных групп.

Опаловый – имеющий молочно-белый цвет с радужными оттенками.

Пассивирование металлов - образование на повехности металла защитного слоя при действии окислителя.

Пластичность - способность изменять форму под давлением при обычных и повышенных температурах не разрушаясь.

Пероксиды – химические соединения, в которых атомы кислорода связаны друг с другом и с атомом другого элемента.

Плотность - отношение массы к объему.

Прокатка – горячая обработка металла путем давления, обжима его между вращающимися валами в особых станах для придания ему нужной формы.

Реакционноспособный - характеристика относительной химической активности молекул, атомов, ионов.

Сварка – соединение, заполнением промежутков расплавленным металлом.

Сплавы – системы, состоящие из двух или более металлов и неметаллов, обладающие характерными свойствами металлов.

Теплопроводность - свойство тел передавать тепло.

Ферромагнитный материал — магнитный материал Металлический материал в твердом состоянии, способный намагничиваться под действием внешнего магнитного поля и частично сохранять приобретенную намагниченность после удаления внешнего поля.

Щелочные металлы называют так, потому что при реакции с водой они образуют щелочи - растворимые основания.

Щелочи - растворимые основания.

Щелочноземельные металлы – от слов «щелочной», «землями» называли руды металлов.

Электролиз – разложение веществ при прохождении через них постоянного электрического тока.

Электропроводность – способность проводить электричество.

Библиография

Справочники

• Химическая энциклопедия, ред. И.Л. Кнунянц, Изд. «Советская энциклопедия», 1-5 т., М., 1988 г.
• Р.А. Лидин Справочник по общей и неорганической химии. М. «Просвещение» 1997г.
• И.Т. Гороновский, Ю.П. Назаренко, Е.Ф. Некряч. Киев, «Наукова думка», 1974г.
• Джейн Верзейм, Крис Окслейд и д-р Джон Ватерхаус .Химия. Школьный иллюстрированный справочник (пер. с англ.), М. «Росмэн», 1995г.
• Л.Л.Андреева, Д.Ю. Добротин, О.С. Габриелян и др. ХИМИЯ, «Большой справочник для школьников и поступающих в вузы», М. «Дрофа», 2004г.
• Химия. Справочник школьника. Центр гуманитарных наук при факультете журналистики МГУ им. М.В. Ломоносова. М. 1997 г.
• «Хочу все знать» Сб. Ленинград»Детская литература».1987 г.
• «Что такое. Кто такой». Изд. «Педагогика» М. 1990 г.
• «Энциклопедия для детей». Химия т. 17 Изд. дом «Аванта».2000г.

Книги

• В.А.Волков, Е.В. Вонский, Г.И. Кузнецова. «Выдающиеся химики мира», М. «Высшая школа», 1991 г.
• В.А.Крицман «Книга для чтения по неорганической химии», М. «Просвещение», 1974 г.
• Варкентина Н.А., Дженлода Р.Х. «Химические элементы в школьном курсе химии». «Азиятехнографика». Бишкек, 2010 г.
• Книга для чтения по химии. 1 ч. Гос. Изд. Минпроса РСФСР, М. 1960 г.
• Книга для чтения по химии. 2 ч. Гос. Изд. Минпроса РСФСР, М. 1961 г.
• М. Фримантл. «Химия в действии», 2 ч. М. «Мир», 1991г.
• П.Р. Таубе, Е.И.Руденко. «От водорода до …?» «Высшая школа», 1964 г.
• Популярная библиотека химических элементов. Ред. Акад. И.В. Петрянов – Соколов. М. «Наука», 1983 г.
• Э. Гроссе, Х. Вайсмантель «Химия для пюбознательных» Ленинград. «Химия» 1985 г.
• Ю.И. Соловьев,Д.Н. Трифонов, А.Н. Шамин «История химии», М. «Просвещение», 1984 г.
• «Я познаю мир». Детская энциклопедия. Химия. М. АСТ 1995 г.

Учебные пособия

• Химия. Пособие-репетитор для поступающих в вузы. Ред. В.Н. Чернышов, А.С.Егоров, Ростов-на-Дону, «Феникс»,1997г.

Методические пособия

• М.В. Горский. Обучение основам общей химии. М. «Просвещение», 1991 г.