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.

ОПЫТ № 80

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

«Алкали» по арабски – «зола», «щелочь». Алюминотермия- способ получения металлов и неметаллов восстановлением их окислов металлическим алюминием. 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.