Металлы

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.

Рисунки. Металлы. Картинки.

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 (tпл) низки, цезий способен расплавится от тепла человеческой руки.

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

Франций – радиоактивный элемент с нестабильными изотопами.

Опыта №№ 10, 11

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

Опыты №№ 91,92

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

Рисунок.

Реагируют с водородом, серой и углеродом, 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.

Опыты №№ 12, 13, 14.

Опыты №№ 8, 44, 45, 46

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

https://youtu.be/vRGtnC9UVzU https://youtu.be/vRGtnC9UVzU

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 охлаждение двигателей внутреннего сгорания и питания паровых котлов, так как в них образуется накипь. При использовании жесткой воды в пищу могут образовываться камни в почках. 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 + 660^оС.

Алюминий получают электролизом Al₂O₃ в расплаве криолита

На поверхности алюминия образуется защитная пленка его оксида Al₂O₃ толщиной 5-10нм, 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), реагирует с кислородом, водородом, хлором, серой и углеродом, а также с водой.

Опыты №№ 27, 28

Как амфотерный металл алюминий реагирует с щелочью 2Al + 2NaOH + 2H₂O = 2NaAlO₂ + 3Н₂↑­, 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

Опыт № 47

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.

Опыты № № 5, 71

Для определения железа используют реактивы, дающие с ним характерную окраску, с Fe²⁺ образуется изумрудный оттенок берлинской лазури, с Fe³⁺ - комплекс синего цвета - турнбулевая синь.

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.

Рисунок завода по выплавлению железа, схема строения домны.

Полезные ссылки о щелочных металлах

В год человек потребляет 8-10 килограммов поваренной соли, поэтому, чтобы узнать человека, с ним пуд соли на двоих можно съесть за год.

0,85 % раствор NaCl –( изотонический раствор)- модель плазмы крови используется для разведения лекарств при внутривенном их введении.

Соли K, Li используются в качестве лекарств (КI)

Ионы Na+ и K+ регулируют проницаемость мембран клеток.

Натрий используются в лампах, дает желтый свет, в качестве теплоносителя в ядерных реактора, катализатор в органическом синтезе.

Опаловые стекла на основе лития пропускают ультрафиолетовые лучи.

Особенно много лития содержат бурые и красные морские водоросли.

Рубидий применяется в медицине как болеутоляющее и успокаивающее средство.

Соли цезия применяются в медицине для лечения язвенных процессов.

Полезные ссылки о щелочноземельных металлах

Суточная потребность в кальции у человека 0,7 граммов.

Ионы кальция регулируют работу сердца и свертываемость крови, предотвращая кровопотери.

Соотношение солей кровяной сыворотки, в том числе и кальция, такое же как в морской воде, где зародилась жизнь.

При исследованиях желудка больному дают бариевую «кашу», состоящую из сернокислого бария.

Полезные ссылки о железе

20. FeSO4 •7H2O – железный купорос. Употребляется для обработки растений. 21. Fe(NH4)2(SO4)2•6H2O – соль Мора- распространенный химический реактив; 22. Fe(NH4) (SO4)2•12H2O – железоаммонийные квасцы. Употребляются в косметике. 23. В организме взрослого человека содержится 4 - 5 г железа, в основном в составе крови, в гемоглобине- красном пигменте эритроцитов (65%), а также в дыхательных ферментах – цитохромах. 24. Красный цвет крови зависит от железа, входящего в состав гемоглобина. 25. Наиболее богаты железом печень и селезенка. 26. Если бледно-зеленые листья растения смазать слабым раствором железной соли или добавить ее в воду для полива, то растение зазеленеет.

Глоссарий

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. Теплопроводность - свойство тел передавать тепло. Сварка – соединение, заполнением промежутков расплавленным металлом. Сплавы – системы, состоящие из двух или более металлов и неметаллов, обладающие характерными свойствами металлов. 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

П.Р. Таубе, Е.И.Руденко.»От водорода до …?» Ь. «Высшая школа», 1964 г. Популярная библиотека химических элементов. Ред. Акад. И.В. Петрянов – Соколов. М. «Наука», 1983 г. В.А.Волков, Е.В. Вонский, Г.И. Кузнецова. «Выдающиеся химики мира», М. «Высшая школа», 1991 г. Ю.И. Соловьев,Д.Н. Трифонов, А.Н. Шамин «История химии», М. «Просвещение», 1984 г. М. Фримантл. «Химия в действии», 2 ч. М. «Мир», 1991г. 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. В.А.Крицман «Книга для чтения по неорганической химии», М. «Просвещение», 1974 г.

 Э. Гроссе,  Х. Вайсмантель  «Химия для пюбознательных»  Ленинград. «Химия» 1985 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

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