Położenie metali
w układzie okresowym pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejewa.
Właściwości fizyczne metali

8 klasa

Cel. Aby dać studentom wyobrażenie o właściwościach metali jako pierwiastków chemicznych i prostych substancji, w oparciu o ich wiedzę na temat natury wiązania chemicznego. Rozważ użycie prostych substancji-metali w oparciu o ich właściwości. Doskonalenie umiejętności porównywania, uogólniania, ustalania zależności między budową a właściwościami substancji. Rozwijanie aktywności poznawczej uczniów za pomocą gier edukacyjnych.

Sprzęt i odczynniki. Karty zadań, karty z symbolami metali alkalicznych (dla jednego ucznia), tabliczki, tablica „Więź metalowa”, gry „Znaki alchemiczne”, lampa spirytusowa, stare monety miedziane, woreczek kambrowy, próbki metali.

PODCZAS ZAJĘĆ

Nauczyciel. Dzisiaj będziemy badać metale jako pierwiastki chemiczne i metale jako substancje proste. Co to jest pierwiastek chemiczny?

Student. Pierwiastek to zbiór atomów o tym samym ładunku jądrowym.

Nauczyciel. Spośród 114 znanych pierwiastków chemicznych 92 to metale. Gdzie w układzie okresowym pierwiastków chemicznych znajdują się metale? Jak układają się elementy metalowe w kropki?

Pracuj nad tabelą „Układ okresowy pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejewa”.

Student. Każdy okres (z wyjątkiem pierwszego) zaczyna się od metali, a ich liczba wzrasta wraz ze wzrostem liczby okresu.

Nauczyciel. Ile elementów metalowych jest w każdym okresie?

Artykuł powstał przy wsparciu Allada School of English w Moskwie. Znajomość języka angielskiego pozwala poszerzać horyzonty, a także poznawać nowych ludzi i uczyć się wielu nowych rzeczy. Szkoła Języka Angielskiego „Allada” zapewnia wyjątkową możliwość zapisania się na kursy języka angielskiego w najlepszej cenie. Bardziej szczegółowe informacje o aktualnych cenach i promocjach znajdziesz na stronie www.allada.org.

Student. Nie ma metali w pierwszym okresie, dwa w drugim, trzy w trzecim, czternaście w czwartym, piętnaście w piątym i trzydzieści w szóstym.

Nauczyciel. W siódmym okresie trzydzieści jeden pierwiastków powinno mieć właściwości metalu. Zobaczmy ułożenie metali w grupach.

Student. Metale to pierwiastki, które tworzą główne podgrupy grup I, II, III układu okresowego (z wyjątkiem wodoru i boru), pierwiastki grupy IV - german, cyna, ołów, grupa V - antymon, bizmut, grupa VI - polon. W bocznych podgrupach wszystkich grup są tylko metale.

Nauczyciel. Metalowe elementy znajdują się po lewej stronie i na dole układu okresowego. Teraz wykonaj zadanie 1 z karty zadań w zeszytach.

Ćwiczenie 1. Wypisz z kart znaki chemiczne metali. Nazwij je. Podkreśl metale głównych podgrup.

1. wariant Na, B, Cu, Be, Se, F, Sr, Cs.

Odpowiedź. Na – sód, Cu – miedź,
Być – beryl, Sr – stront, Cs– cez.

2 wariant K, C, Fe, Mg, Ca, O, N, Rb.

Odpowiedź. k – potas, Fe – żelazo,
mg– magnez, ok – wapń, Rb – rubid.

Nauczyciel. Jakie są cechy struktury atomów metali? Twórz wzory elektroniczne atomów sodu, magnezu, glinu.

(Trzech uczniów pracuje przy tablicy, korzystając z rysunku (ryc. 1).)

Ile elektronów znajduje się na zewnętrznym poziomie tych metalowych elementów?

Student. Liczba elektronów na poziomie zewnętrznym pierwiastków głównych podgrup jest równa numerowi grupy, sód ma jeden elektron na poziomie zewnętrznym, magnez ma dwa elektrony, a aluminium ma trzy elektrony.

Nauczyciel. Atomy metali mają niewielką liczbę elektronów (przeważnie od 1 do 3) na poziomie zewnętrznym. Wyjątkiem jest sześć metali: atomy germanu, cyny i ołowiu na zewnętrznej warstwie mają 4 elektrony, atomy antymonu, bizmutu – 5, atomy polonu – 6. Teraz wykonaj drugie zadanie z karty.

Zadanie 2. Podano schematy budowy elektronowej atomów niektórych pierwiastków.

Czym są te elementy? Które z nich należą do metali? Dlaczego?

1. wariant 1 S 2 , 1S 2 2S 2 , 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 , 1S 2 2S 2 2P 3 .

Odpowiedź. Hel, beryl, magnez, azot.

2. opcja. 1 S 2 2S 1 , 1S 2 2S 2 2P 6 3S 1 , 1S 1 , 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P l

Odpowiedź. Lit, sód, wodór, aluminium.

Nauczyciel. W jaki sposób właściwości metali są związane z cechami ich struktury elektronowej?

Student. Atomy metali mają mniejszy ładunek jądrowy i większy promień w porównaniu z atomami niemetali z tego samego okresu. Dlatego siła wiązania zewnętrznych elektronów z jądrem w atomach metalu jest niewielka. Atomy metali z łatwością oddają elektrony walencyjne i zamieniają się w dodatnio naładowane jony.

Nauczyciel. Jak zmieniają się właściwości metaliczne w tym samym okresie, w tej samej grupie (głównej podgrupie)?

Student. W pewnym okresie, wraz ze wzrostem ładunku jądra atomowego, a zatem wraz ze wzrostem liczby zewnętrznych elektronów, właściwości metaliczne pierwiastków chemicznych maleją. W obrębie tej samej podgrupy, wraz ze wzrostem ładunku jądra atomowego, przy stałej liczbie elektronów na poziomie zewnętrznym, zwiększają się właściwości metaliczne pierwiastków chemicznych.

Zadanie przy tablicy(Trzech studentów pracuje).

Wskaż znakiem „” osłabienie właściwości metalicznych następujących pięciu pierwiastków. Wyjaśnij rozmieszczenie znaków.

1.	Być		2.	mg		3.	Glin
Na	mg	Glin	k	ok	sc	zn	Ga	Ge
	ok			Sr			W

Podczas gdy uczniowie pracują indywidualnie przy tablicy, pozostali wykonują zadanie 3 z karty.

Zadanie 3. Który z dwóch pierwiastków ma wyraźniejsze właściwości metaliczne? Dlaczego?

Wariant 1. Lit lub beryl.

Wariant 2. Lit lub potas.

Sprawdzanie zadań.

Nauczyciel. Tak więc te pierwiastki mają właściwości metaliczne, których atomy mają niewiele elektronów na poziomie zewnętrznym (dalekim od ukończenia). Konsekwencją małej liczby elektronów zewnętrznych jest słabe wiązanie tych elektronów z resztą atomu - jądrem, otoczonym wewnętrznymi warstwami elektronów.

Wynik podsumowuje się i zapisuje krótko na tablicy (schemat), uczniowie zapisują w zeszytach.

Schemat

Nauczyciel. Co to jest substancja prosta?

Student. Substancje proste to substancje, które składają się z atomów jednego pierwiastka.

Nauczyciel. Proste substancje-metale są „zbiorami” atomów; ze względu na elektryczną obojętność każdego atomu, cała masa metalu jest również elektrycznie obojętna, co pozwala podnosić metale i je badać.

Demonstracja próbek metali: niklu, złota, magnezu, sodu (w kolbie pod warstwą nafty).

Ale sodu nie można przyjmować gołymi rękami - ręce są mokre, w kontakcie z wilgocią tworzą się zasady, które powodują korozję skóry, tkanin, papieru i innych materiałów. Więc konsekwencje dla ręki mogą być smutne.

Zadanie 4. Określ metale spośród wydawanych: ołów, aluminium, miedź, cynk.

(Próbki metalu są ponumerowane. Odpowiedzi są zapisane na odwrocie tablicy.)

Sprawdzanie pracy.

Nauczyciel. W jakim stanie skupienia znajdują się metale w normalnych warunkach?

Student. Metale to stałe substancje krystaliczne (z wyjątkiem rtęci).

Nauczyciel. Co znajduje się w węzłach sieci krystalicznej metali, a co między węzłami?

Student. W węzłach sieci krystalicznej metali znajdują się jony dodatnie i atomy metali, pomiędzy węzłami znajdują się elektrony. Elektrony te stają się wspólne dla wszystkich atomów i jonów danego kawałka metalu i mogą swobodnie poruszać się po sieci krystalicznej.

Nauczyciel. Jak nazywają się elektrony znajdujące się w sieci krystalicznej metali?

Student. Nazywa się je swobodnymi elektronami lub „gazem elektronowym”.

Nauczyciel. Jaki rodzaj wiązania jest typowy dla metali?

Student. To jest wiązanie metaliczne.

Nauczyciel. Co to jest wiązanie metaliczne?

Student. Wiązanie między wszystkimi dodatnio naładowanymi jonami metali i swobodnymi elektronami w sieci krystalicznej metali nazywa się wiązaniem metalicznym.

Nauczyciel. Wiązanie metaliczne określa najważniejsze właściwości fizyczne metali. Metale są nieprzezroczyste, mają metaliczny połysk dzięki zdolności odbijania promieni świetlnych padających na ich powierzchnię. W największym stopniu zdolność ta przejawia się w srebrze i indzie.

Metale mają połysk w zwartym kawałku, aw stanie drobno rozproszonym większość z nich jest czarna. Jednak aluminium, magnez zachowują metaliczny połysk nawet w stanie sproszkowanym.(pokaz glinu i magnezu w proszku iw płytkach).

Wszystkie metale są przewodnikami ciepła i prądu elektrycznego. Chaotycznie poruszające się elektrony w metalu pod wpływem przyłożonego napięcia elektrycznego uzyskują ruch skierowany, tj. wytworzyć prąd elektryczny.

Czy uważasz, że przewodnictwo elektryczne metalu zmienia się wraz ze wzrostem temperatury?

Student. Wraz ze wzrostem temperatury przewodność elektryczna maleje.

Nauczyciel. Dlaczego?

Student. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta amplituda oscylacji atomów i jonów w węzłach sieci krystalicznej metalu. Utrudnia to ruch elektronów, a przewodnictwo elektryczne metalu spada.

Nauczyciel. Przewodność elektryczna metali wzrasta od hg Do Ag:

Hg, Pb, Fe, Zn, Al, Au, Cu, Ag.

Najczęściej z taką samą regularnością jak przewodność elektryczna zmienia się przewodność cieplna metali. Czy możesz podać przykład, który dowodzi przewodności cieplnej metali?

Student. Jeśli wlejesz gorącą wodę do aluminiowego kubka, nagrzeje się. Oznacza to, że aluminium przewodzi ciepło.

Nauczyciel. Co decyduje o przewodności cieplnej metali?

Student. Wynika to z dużej ruchliwości swobodnych elektronów, które zderzają się z drgającymi jonami i atomami i wymieniają z nimi energię. Dlatego następuje wyrównanie temperatury w całym kawałku metalu.

Nauczyciel. Plastyczność jest bardzo cenną właściwością metali. W praktyce objawia się to tym, że pod uderzeniami młotka metale nie są kruszone na kawałki, ale spłaszczane - są kute. Dlaczego metale są plastyczne?

Student. Oddziaływanie mechaniczne na kryształ z wiązaniem metalicznym powoduje przemieszczenie warstw jonów i atomów względem siebie, a ponieważ elektrony poruszają się po krysztale, nie dochodzi do zerwania wiązań, dlatego metale charakteryzują się plastycznością(ryc. 2, a) .

Nauczyciel. Metale ciągliwe: metale alkaliczne (lit, sód, potas, rubid, cez), żelazo, złoto, srebro, miedź. Niektóre metale - osm, iryd, mangan, antymon - są kruche. Najbardziej plastycznym z metali szlachetnych jest złoto. Jeden gram złota można wciągnąć w drut o długości dwóch kilometrów.

A co dzieje się pod wpływem zderzenia z substancjami o atomowej lub jonowej sieci krystalicznej?

Student. Substancje o sieci atomowej lub jonowej są niszczone przez uderzenie. Pod wpływem działania mechanicznego na substancję stałą o sieci atomowej poszczególne jej warstwy przemieszczają się - adhezja między nimi zostaje zerwana na skutek zerwania wiązań kowalencyjnych. Zerwanie wiązań w siatce jonowej prowadzi do wzajemnego odpychania się jonów o tym samym ładunku(Ryc. 2, b, c).

Nauczyciel. Przewodność elektryczna, przewodność cieplna, charakterystyczny metaliczny połysk, plastyczność czy ciągliwość - taka kombinacja cech jest nieodłączna tylko od metali. Cechy te przejawiają się w metalach i są specyficznymi właściwościami.

Specyficzne właściwości są odwrotnie proporcjonalne do wytrzymałości wiązania metalicznego. Pozostałe właściwości - gęstość, temperatury wrzenia i topnienia, twardość, stan skupienia - są cechami wspólnymi właściwymi dla wszystkich substancji.

Gęstość, twardość, temperatury topnienia i wrzenia metali są różne. Gęstość metalu jest tym mniejsza, im mniejsza jest jego względna masa atomowa i im większy jest promień atomu. Lit ma najniższą gęstość - 0,59 g / cm 3, osm ma najwyższą - 22,48 g / cm 3. Metale o gęstości mniejszej niż pięć nazywane są lekkimi, a metale o gęstości większej niż pięć nazywane są ciężkimi.

Najtwardszym metalem jest chrom, najmiększym metale alkaliczne.

Rtęć ma najniższą temperaturę topnienia, t pl(Hg) \u003d -39 ° С, a najwyższy - wolfram, t pl(W) = 3410 °С.

Właściwości, takie jak temperatura topnienia, twardość, są bezpośrednio zależne od wytrzymałości wiązania metalu. Im silniejsze wiązanie metaliczne, tym bardziej sztywne są właściwości niespecyficzne. Uwaga: w metalach alkalicznych siła wiązania metalicznego zmniejsza się w układzie okresowym od góry do dołu, w wyniku czego temperatura topnienia naturalnie spada (promień wzrasta, wpływ ładunku jądrowego maleje, przy dużych promieniach i pojedynczy elektron walencyjny, metale alkaliczne są topliwe). Na przykład cez można stopić pod wpływem ciepła dłoni. Ale nie bierz go gołą ręką!

Gra „Kto jest szybszy”

Tabliczki są zawieszone na tablicy (ryc. 3). Na każdym biurku znajduje się zestaw kart ze znakami chemicznymi metali alkalicznych.

Ćwiczenia. Na podstawie znanych wzorców zmian temperatury topnienia metali alkalicznych umieść karty zgodnie z tymi tabliczkami.

Odpowiedź. A– Li, Na, K, Rb, Cs;
B– Cs, Rb, K, Na, Li; V– Cs, Li, Na, Rb, K.

Odpowiedzi uczniów są wyjaśnione i podsumowane.

Student (wiadomość). Metale różnią się pod względem stosunku do pól magnetycznych. Zgodnie z tą właściwością dzielą się one na trzy grupy: metale ferromagnetyczne - zdolne do dobrego namagnesowania pod wpływem słabych pól magnetycznych (na przykład żelazo, kobalt, nikiel i gadolin); metale paramagnetyczne – wykazujące słabą zdolność magnesowania (aluminium, chrom, tytan i większość lantanowców); metale diamagnetyczne - nie przyciągane przez magnes, a nawet lekko przez niego odpychane (np. bizmut, cyna, miedź).

Przestudiowany materiał jest podsumowany - nauczyciel pisze na tablicy, uczniowie piszą w zeszytach.

Właściwości fizyczne metali

Konkretny:

metaliczny połysk,

przewodnictwo elektryczne,

przewodność cieplna,

Plastikowy.

Odwrotnie proporcjonalna zależność od wytrzymałości wiązania metalicznego.

Niespecyficzne: gęstość,

T topienie,

T wrzenie,

twardość,

stan skupienia.

Bezpośrednio proporcjonalna zależność od siły wiązania metalicznego.

Nauczyciel. Właściwości fizyczne metali, wynikające z właściwości wiązania metalicznego, determinują ich różne zastosowania. Metale i ich stopy są najważniejszymi materiałami konstrukcyjnymi współczesnej techniki; idą do produkcji maszyn i obrabiarek potrzebnych w przemyśle, różnych pojazdów, konstrukcji budowlanych, maszyn rolniczych. W związku z tym stopy żelaza i aluminium są produkowane w dużych ilościach. Metale są szeroko stosowane w elektrotechnice. Z jakich metali wykonane są przewody elektryczne?

Student. W elektrotechnice, ze względu na wysoki koszt srebra, miedź i aluminium są wykorzystywane jako materiał na przewody elektryczne..

Nauczyciel. Bez tych metali niemożliwe byłoby przesyłanie energii elektrycznej na odległość setek, tysięcy kilometrów. Artykuły gospodarstwa domowego są również wykonane z metali. Dlaczego garnki są wykonane z metali?

Student. Metale przewodzą ciepło i są trwałe.

Nauczyciel. Jakie właściwości metali wykorzystuje się do wyrobu luster, reflektorów, ozdób choinkowych?

Student. Metaliczny połysk.

Nauczyciel. Metale lekkie - magnez, aluminium, tytan - są szeroko stosowane w konstrukcji samolotów. Wiele części samolotów i rakiet jest wykonanych z tytanu i jego stopów. Tarcie o powietrze przy dużych prędkościach powoduje silne nagrzewanie poszycia samolotu, a wytrzymałość metali po podgrzaniu jest zwykle znacznie zmniejszona. W tytanie i jego stopach w warunkach lotów naddźwiękowych spadek wytrzymałości prawie nie występuje.

W przypadkach, gdy potrzebny jest metal o dużej gęstości (kule, śrut), często stosuje się ołów, chociaż gęstość ołowiu (11,34 g / cm 3) jest znacznie niższa niż w przypadku niektórych cięższych metali. Ale ołów jest dość topliwy i dlatego wygodny w obróbce. Ponadto jest nieporównywalnie tańszy od osmu i wielu innych metali ciężkich. Rtęć, jako ciekły metal w normalnych warunkach, jest stosowana w przyrządach pomiarowych; wolfram - we wszystkich przypadkach, w których wymagany jest metal wytrzymujący szczególnie wysokie temperatury, na przykład na włókna żarówek. Jaki jest tego powód?

Student. Rtęć ma niską temperaturę topnienia, podczas gdy wolfram ma wysoką temperaturę topnienia.

Nauczyciel. Metale odbijają również fale radiowe, które są wykorzystywane w radioteleskopach wychwytujących emisje radiowe ze sztucznych satelitów Ziemi oraz w radarach wykrywających samoloty na duże odległości.

Metale szlachetne - srebro, złoto, platyna - wykorzystywane są do wyrobu biżuterii. Konsumentem złota jest przemysł elektroniczny: służy ono do wykonywania styków elektrycznych (w szczególności wyposażenie załogowego statku kosmicznego zawiera sporo złota).

Teraz wykonaj zadanie z karty.

Zadanie 5. Podkreśl, którego z poniższych metali jest najwięcej:

1) szeroko stosowane: złoto, srebro, żelazo;

2) ciągliwe: lit, potas, złoto;

3) ogniotrwałe: wolframowe, magnezowe, cynkowe;

4) ciężkie: rubid, osm, cez;

5) przewodzące prąd elektryczny: nikiel, ołów, srebro;

6) twarde: chrom, mangan, miedź;

7) topliwe: platyna, rtęć, lit;

8) lekkie: potas, frank, lit;

9) brylanty: potas, złoto, srebro.

Demonstracja doświadczenia

Do eksperymentu pobiera się 5-10 sztuk miedzianych (starych) monet, które zawiesza się w worku batystowym nad płomieniem lampy alkoholowej. Tkanina nie zapala się. Dlaczego?

Student. Miedź jest dobrym przewodnikiem ciepła, ciepło jest natychmiast przekazywane do metalu, a tkanina nie ma czasu się zapalić.

Nauczyciel. Metale są znane człowiekowi od dawna.

Student (wiadomość). Już w starożytności człowiek znał siedem metali. Siedem metali starożytności było skorelowanych z siedmioma znanymi wówczas planetami i oznaczonymi symbolicznymi ikonami planet. Znaki złota (słońce) i srebra (księżyc) są wyraźne bez większego wyjaśnienia. Znaki innych metali uznano za atrybuty mitologicznych bóstw: ręczne zwierciadło Wenus (miedź), tarcza i włócznia Marsa (żelazo), tron ​​Jowisza (cyna), kosa Saturna (ołów), laska Rtęć (rtęć).

Poglądy alchemików na temat związku planet z metalami bardzo skutecznie wyrażają następujące wiersze wiersza N.A. Morozowa „Z notatek alchemika”:

„Siedem metali stworzyło światło,
Według liczby siedmiu planet.
Dał nam przestrzeń na dobre
miedź, żelazo, srebro,
Złoto, cyna, ołów.
Mój synu, siarka jest ich ojcem.
I pospiesz się, mój synu, aby dowiedzieć się:
Dla nich wszystkich rtęć jest ich własną matką.

Idee te były tak silne, że antymon odkryto w średniowieczu
i nie było planet dla bizmutu, po prostu nie uważano ich za metale.

Utrzymując w tajemnicy swoje eksperymenty, alchemicy na różne sposoby szyfrowali opisy uzyskanych substancji.

Nauczyciel. A ty, używając notacji alchemicznej, wymyśliłeś w domu grę „Znaki alchemiczne”.

Stan gry: na rysunku (ryc. 4) podane są starożytne alchemiczne znaki metali. Określ, do której planety należy każdy symbol i biorąc jedną literę z nazwy, tę wskazaną na rysunku, przeczytaj nazwę metalowego elementu.

O odpowiedzi. Samar, ruten, platyna.

Uczniowie wymieniają się grami, odgadują nazwy metali.

Nauczyciel. M.V. Łomonosow mówił o metalach w ten sposób: „Metal to solidne, nieprzezroczyste i lekkie ciało, które można stopić w ogniu i wykuć na zimno” i przypisał tę właściwość metalom: złotu, srebru, miedzi, cyny, żelaza i ołowiu.

W 1789 roku francuski chemik A.L. Lavoisier w swoim podręczniku chemii podał listę prostych substancji, która obejmowała wszystkie znane wówczas 17 metali.(Sb, Ag, As, Bi, Co, Cu, Sn, Fe, Mn, Hg, Mo, Ni, Au, Pt, Pb, W, Zn) . Wraz z rozwojem chemicznych metod badawczych liczba znanych metali zaczęła gwałtownie wzrastać. W pierwszej połowie XIXw. odkryto metale platynowe; otrzymywany przez elektrolizę niektórych metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych; położono początek separacji metali ziem rzadkich; w analizie chemicznej minerałów odkryto nieznane wcześniej metale. Na początku 1860 r. za pomocą analizy spektralnej odkryto rubid, cez, ind i tal. Znakomicie potwierdziło się istnienie metali przewidywane przez Mendelejewa na podstawie jego prawa okresowości (galu, skandu i germanu). Odkrycie promieniotwórczości pod koniec XIX wieku. doprowadziły do ​​poszukiwań metali promieniotwórczych, które zostały uwieńczone pełnym sukcesem. Wreszcie metodą przemian nuklearnych, począwszy od połowy XX wieku. uzyskano metale promieniotwórcze nie występujące w przyrodzie, w tym należące do pierwiastków transuranowych. W historii kultury materialnej, dawnej i nowej, metale mają ogromne znaczenie.

Nauczyciel podsumowuje lekcję.

Praca domowa

1. Znajdź odpowiedzi na pytania.

Jaka jest różnica między budową atomów metali a budową atomów niemetali?

Wymień dwa metale, które łatwo rozstają się z elektronami na „żądanie” promieni świetlnych.

Czy można wnieść wiadro rtęci z sąsiedniego pokoju do sali chemicznej?

Dlaczego niektóre metale są plastyczne (jak miedź), a inne kruche (jak antymon)?

Jaka jest przyczyna występowania określonych właściwości w metalach?

Gdzie można znaleźć w życiu codziennym:

a) wolfram, b) rtęć, c) miedź, d) srebro?

Na jakich właściwościach fizycznych tego metalu opiera się jego zastosowanie w życiu codziennym?

Jaki metal akademik A.E. Fersman nazwał „metalem z puszki”?

2. Spójrz na ilustrację i wyjaśnij, dlaczego metale są używane w taki sposób, a nie odwrotnie.

3. Rozwiązuj zagadki.

Układanka „Pięć + dwa”.

Wpisz w poziomych rzędach nazwy następujących pierwiastków chemicznych kończące się na -y:

a) metal alkaliczny;

b) gaz szlachetny;

c) metal ziem alkalicznych;

d) pierwiastek z rodziny platynowców;

e) lantanowiec.

Jeśli nazwy elementów zostaną wpisane poprawnie, to wzdłuż przekątnych: od góry do dołu i od dołu do góry, będzie można odczytać nazwy jeszcze dwóch elementów.

O odpowiedzi. a - cez, b - hel, c - bar, d - rod, e - tul.
Po przekątnej: cer, tor.

Układanka „Klasa”.

Wpisz nazwy pięciu pierwiastków chemicznych, składające się z siedmiu liter, tak aby słowem kluczowym była KLASA.

O odpowiedzi. Wapń (kobalt), lutet,
aktyn, skand, srebro (samarium).

Układanka „Siedem liter”.

Wpisz nazwy pierwiastków chemicznych w pionowych rzędach.

Słowo klucz to KWAS.

O odpowiedzi. Potas, ind, selen, lit,
osm, tul, argon (astat).

W układzie okresowym zajętych jest ponad 3/4 miejsc: znajdują się w grupach I, II, III, w podgrupach drugorzędnych wszystkich grup. Ponadto metale są najcięższymi pierwiastkami grup IV, V, VI i VII. Należy jednak zauważyć, że wiele z nich jest amfoterycznych i czasami może zachowywać się jak niemetale.
Cechą budowy atomów metali jest niewielka liczba elektronów na zewnętrznej warstwie elektronowej, nieprzekraczająca trzech.
Atomy metali mają zwykle duże promienie atomowe. W okresach metale alkaliczne mają największe promienie atomowe. Stąd ich najwyższa aktywność chemiczna, tj. atomy metali łatwo oddają elektrony, są dobrymi środkami redukującymi. Najlepszymi środkami redukującymi są grupy I i II głównych podgrup.
W związkach metale zawsze wykazują dodatni stopień utlenienia, zwykle od +1 do +4.

Ryc. 70. Schemat powstawania wiązania metalicznego w kawałku metalu,

W związkach z niemetalami typowe metale tworzą jonowe wiązanie chemiczne. W postaci prostego atomy metalu są połączone ze sobą tzw. wiązaniem metalicznym.

Zapisz ten termin w zeszycie.

Wiązanie metaliczne to specjalny rodzaj wiązania, który jest unikalny dla metali. Jego istotą jest to, że elektrony są stale odłączane od atomów metalu, które poruszają się w masie kawałka metalu (ryc. 70). Pozbawione elektronów atomy metali zamieniają się w jony dodatnie, które ponownie przyciągają do siebie swobodnie poruszające się elektrony. Jednocześnie inne atomy metali oddają elektrony. Tak więc wewnątrz kawałka metalu stale krąży tak zwany gaz elektronowy, który mocno wiąże ze sobą wszystkie atomy metalu. Okazuje się, że elektrony są niejako uspołecznione jednocześnie przez wszystkie atomy metalu. Ten szczególny rodzaj wiązania chemicznego między atomami metali określa zarówno fizyczne, jak i chemiczne właściwości metali.

■ 1. Jak wytłumaczyć niską elektroujemność metali?
2. Jak powstaje wiązanie metaliczne?
3. Jaka jest różnica między wiązaniem metalicznym a wiązaniem kowalencyjnym?

Ryż. 71. Porównanie temperatur topnienia różnych metali

Metale mają wiele podobnych właściwości fizycznych, które odróżniają je od niemetali. Im więcej elektronów walencyjnych ma metal, tym silniejsze jest wiązanie metaliczne, tym silniejsza jest sieć krystaliczna, tym mocniejszy i twardszy metal, tym wyższa jest jego temperatura topnienia i wrzenia itp. Cechy właściwości fizycznych metali omówiono poniżej.
Wszystkie mają mniej lub bardziej wyraźny połysk, który potocznie nazywany jest metalicznym. Metaliczny połysk jest charakterystyczny dla całego kawałka metalu. Proszek zawiera metale o ciemnym zabarwieniu, z wyjątkiem magnezu i aluminium, które zachowują srebrzystobiałą barwę, dlatego też pył aluminiowy jest używany do wytwarzania „srebrzystej” farby. Wiele niemetali ma tłusty lub szklisty połysk.
Kolor metali jest raczej jednolity: jest albo srebrzystobiały ( , ), albo srebrnoszary ( , ). Tylko żółty, ale czerwony. Niemetale mają bardzo zróżnicowany kolor: - cytrynowożółty, - czerwono-brązowy, - czerwony lub biały, - czarny.

Tak więc według koloru metale są warunkowo podzielone na żelazne i nieżelazne. Metale żelazne również go obejmują. Wszystkie inne metale nazywane są nieżelaznymi.

W normalnych warunkach metale są ciałami stałymi o strukturze krystalicznej. Wśród niemetali są zarówno stałe ( , ) jak i ciekłe () oraz gazowe ( , ) .
Wszystkie metale, z wyjątkiem rtęci, są ciałami stałymi, więc ich temperatura topnienia jest wyższa od zera, tylko temperatura topnienia rtęci wynosi -39 °. Najbardziej ogniotrwałym metalem jest temperatura topnienia 3370 °. Temperatura topnienia innych metali mieści się w tych granicach (ryc. 71).
Temperatury topnienia niemetali są znacznie niższe niż metali, np. tlen -219°, wodór -259,4°, fluor -218°, chlor -101°, brom -5,7°.

Ryż. 72. Porównanie twardości metali z twardością diamentu.

Metale mają różną twardość, którą porównuje się z twardością diamentu. Wskaźnik twardości metalu określa specjalne urządzenie - twardościomierz. W tym przypadku w masę metalu wciskana jest kulka stalowa lub w przypadku metalu o większej twardości diamentowy stożek. Twardość metalu zależy od siły nacisku i głębokości uformowanego otworu.
Najtwardszy metal to . Miękkie metale -, - można łatwo ciąć nożem. Twardość poszczególnych metali zgodnie z ogólnie przyjętą dziesięciopunktową skalą, twardość pokazano na ryc. 72.

Metale w większym lub mniejszym stopniu mają plastyczność (ciągliwość). Niemetale nie mają tej właściwości. Najbardziej plastyczny metal jest. Można z niego wykuć złotą folię o grubości 0,0001 mm - 500 razy cieńszą od ludzkiego włosa. Jednocześnie jest bardzo delikatny; można go nawet zmielić w moździerzu na proszek.
Plastyczność to zdolność do silnego odkształcania bez naruszania wytrzymałości mechanicznej. Plastyczność metali wykorzystywana jest podczas ich walcowania, gdy ogromne gorące wlewki metalowe są przepuszczane między wałami zaciskającymi, przygotowując z nich arkusze, podczas ciągnienia, wyciągania z nich drutu, podczas prasowania, tłoczenia, pod działaniem

Ryż. 73. Porównanie metali według gęstości.

pod ciśnieniem nagrzany metal otrzymuje określony kształt, który zachowuje po schłodzeniu. Plastyczność zależy od struktury sieci krystalicznej metali.
Wszystkie metale są nierozpuszczalne w wodzie, ale rozpuszczają się w innych stopach. Stały roztwór jednego metalu w drugim nazywa się stopem.

Według gęstości metale dzielą się na ciężkie i lekkie. Za ciężkie uważa się te, których gęstość jest większa niż 3 g / cm3 (ryc. 73). Najcięższym metalem jest . Najlżejsze metale - , .- mają gęstość nawet mniejszą od jedności. Metale lekkie – i znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle.
Metale charakteryzują się wysokim przewodnictwem elektrycznym i cieplnym (ryc. 74), podczas gdy niemetale mają te właściwości w słabym stopniu. Ma najwyższą przewodność elektryczną i cieplną, zajmuje drugie miejsce. Te właściwości są dość wysokie w przypadku aluminium.

Ryż. 74. Porównanie przewodnictwa elektrycznego i cieplnego różnych metali

Należy zauważyć, że metale o wysokiej przewodności elektrycznej mają również wysoką przewodność cieplną.
Metale wykazują właściwości magnetyczne. Jeśli w kontakcie z magnesem metal jest do niego przyciągany, a następnie sam staje się magnesem, mówimy, że metal jest namagnesowany. Dobrze namagnesowane i one. Takie metale nazywane są ferromagnetykami. Niemetale nie mają właściwości magnetycznych.

■ 4. Sporządź i uzupełnij poniższą tabelę:

Właściwości chemiczne metali. Korozja

Chemiczne i fizyczne właściwości metali są określone przez strukturę atomową i cechy wiązania metalicznego. Wszystkie metale wyróżniają się zdolnością do łatwego oddawania elektronów walencyjnych. Pod tym względem wykazują one wyraźne właściwości regenerujące. Stopień redukującej aktywności metali odzwierciedla szereg elektrochemiczny napięć (patrz Załącznik III, pkt 6).
Znając pozycję metalu w tym szeregu, można wyciągnąć wniosek o porównywalnej wartości energii wydatkowanej na oderwanie elektronów walencyjnych od atomu. Im bliżej początku rzędu, tym metal łatwiej się utlenia. Najbardziej aktywne metale są wypierane z wody w normalnych warunkach wraz z tworzeniem zasad:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Mniej aktywne metale są wypierane z wody w postaci przegrzanej pary wodnej i tworzą się
2Fe + 4Н2О = Fe3О4 + 4H2
reagują z kwasami rozcieńczonymi i beztlenowymi, wypierając z nich wodór:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
Metale stojące za wodorem nie mogą go wyprzeć z wody i kwasów, ale wchodzą w reakcje redoks z kwasami bez wypierania wodoru:
Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + H2O
Wszystkie poprzednie metale wypierają kolejne z ich soli:
Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

Fe0 + Cu2+ = Fe2+ + Cu0
We wszystkich przypadkach reagujące metale są utleniane. Utlenianie metali obserwuje się również w bezpośrednim oddziaływaniu metali z niemetalami:
2Na + S = Na2S
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
Większość metali aktywnie reaguje z tlenem, tworząc różne składy (patrz str. 38).

■ 5. Jak można scharakteryzować aktywność redukcyjną metalu za pomocą zakresu naprężeń?

6. Podaj przykłady metali reagujących z wodą np. sód, żelazo. Poprzyj swoją odpowiedź równaniami reakcji.

7. Porównaj oddziaływanie metali aktywnych i aktywnych niemetali z wodą.
8. Wypisz właściwości chemiczne metali, popierając swoją odpowiedź równaniami reakcji.
9. Z którą z następujących substancji żelazo będzie reagować: a), b) wapno gaszone, c) węglan miedzi, d), e) siarczan cynku, e)?
10. Jaki gaz iw jakiej objętości można otrzymać przez działanie 5 kg mieszaniny miedzi i tlenku miedzi ze stężonym kwasem azotowym, jeśli tlenek miedzi w mieszaninie 20%?

Utlenianie metali często prowadzi do ich zniszczenia. Niszczenie metali pod wpływem środowiska nazywa się korozją.

Zapisz w zeszycie definicję korozji.

Zachodzi pod wpływem tlenu, wilgoci i dwutlenku węgla, a także tlenków azotu itp. Korozja spowodowana bezpośrednim oddziaływaniem metalu z substancją jego otoczenia nazywana jest korozją chemiczną lub gazową. Na przykład w przemyśle chemicznym metal czasami wchodzi w kontakt z tlenem, chlorem, tlenkami azotu itp., co powoduje powstawanie soli i metali:
2Сu + О2 = 2СuО
Oprócz korozji gazowej lub chemicznej istnieje również korozja elektrochemiczna, która jest znacznie bardziej powszechna. Aby zrozumieć schemat korozji elektrochemicznej, rozważ parę galwaniczną -.

Weź płytki cynkowe i miedziane (ryc. 75) i opuść je do roztworu kwasu siarkowego, który, jak wiemy, jest zawarty w roztworze w postaci jonów:
H2SO4 \u003d 2H + + SO2 4 -
Łącząc płytki cynkowe i miedziane przez galwanometr wykryjemy obecność prądu elektrycznego w obwodzie. Wyjaśnia to fakt, że atomy cynku, oddając elektrony, przechodzą do roztworu w postaci jonów:
Zn 0 - 2 mi— → Zn+2
Elektrony przechodzą przez przewodnik do miedzi, a z miedzi do jonów wodoru:
H++ mi— → H0

Wodór w postaci neutralnych atomów jest uwalniany na miedzianej płytce i stopniowo się rozpuszcza. Tak więc miedź, jakby odciągając elektrony od cynku, powoduje szybsze rozpuszczanie tego ostatniego, czyli sprzyja utlenianiu. Jednocześnie całkowicie czysty może być przez pewien czas w kwasie, całkowicie niewrażliwy na jego działanie.

Ryż. 75. Schemat tworzenia się pary galwanicznej podczas korozji elektrochemicznej. 1 - cynk; 2 - miedź; 3 - pęcherzyki wodoru na elektrodzie miedzianej; 4 - galwanometr

Według tego samego schematu zachodzi korozja metalu takiego jak żelazo, tyle że jest on elektrolitem w powietrzu, a zanieczyszczenia żelazem pełnią rolę drugiej elektrody pary galwanicznej. Te opary są mikroskopijne, więc niszczenie metalu jest znacznie wolniejsze. Bardziej aktywny metal jest zwykle niszczony. Zatem korozja elektrochemiczna to utlenianie metalu, któremu towarzyszy pojawienie się par galwanicznych. powoduje wielkie szkody w gospodarce narodowej.

12. Zdefiniuj korozję.
11. Czy można uznać za korozję to, co szybko utlenia się w powietrzu, oddziaływanie cynku z kwasem chlorowodorowym, oddziaływanie aluminium z tlenkiem żelaza podczas spawania termitem, wytwarzanie wodoru w wyniku oddziaływania żelaza z przegrzaną parą wodną.

13. Jaka jest różnica między korozją chemiczną a elektrochemiczną?
Istnieje wiele sposobów walki z korozją. Metale (w szczególności żelazo) są powlekane farbą olejną, która tworzy gęstą warstwę na powierzchni metalu, która nie przepuszcza pary wodnej. Możliwe jest pokrycie metali, takich jak drut miedziany, lakierem, który zarówno chroni metal przed korozją, jak i służy jako izolator.

Niebielenie to proces, w którym żelazo poddawane jest działaniu silnych utleniaczy, w wyniku czego metal pokrywa się nieprzepuszczalną dla gazów warstwą tlenków, chroniącą go przed działaniem środowiska zewnętrznego. Najczęściej jest to tlenek magnetyczny Fe304, który jest głęboko osadzony w warstwie metalu i chroni go przed utlenianiem lepiej niż jakakolwiek farba. Blacha dachowa Ural, poddana oksydowaniu, przetrwała na dachu bez rdzewienia przez ponad 100 lat. Im lepiej metal jest wypolerowany, tym gęstsza i mocniejsza jest warstwa tlenku utworzona na jego powierzchni.

Emaliowanie to bardzo dobry rodzaj ochrony antykorozyjnej różnych przyborów kuchennych. Emalia jest odporna nie tylko na działanie tlenu i wody, ale także na silne kwasy i zasady. Niestety szkliwo jest bardzo delikatne i dość łatwo pęka pod wpływem uderzenia i gwałtownych zmian temperatury.
Niklowanie i cynowanie to bardzo ciekawe sposoby ochrony metali przed korozją.
- jest to powłoka metalu z warstwą cynku (w ten sposób głównie zabezpieczane jest żelazo). Przy takiej powłoce, w przypadku naruszenia warstwy powierzchniowej cynku, cynk najpierw ulega korozji jako bardziej aktywny metal, ale cynk jest dobrze odporny na korozję, ponieważ jego powierzchnia jest pokryta ochronną warstwą tlenku nieprzepuszczalną dla wody i tlenu.
W niklowaniu (niklowanie) i cynowaniu (cynowanie) rdzewienie żelaza nie występuje, dopóki nie zostanie zerwana pokrywająca je warstwa metalu. Żelazo, jako najbardziej aktywny metal, gdy tylko zostanie naruszone, zaczyna korodować. Ale - metal, który koroduje stosunkowo mało, więc jego film utrzymuje się na powierzchni przez bardzo długi czas. Najczęściej przedmioty miedziane są cynowane, a wtedy galwaniczna para miedzi zawsze prowadzi do korozji cyny, a nie miedzi, która jest mniej aktywna jako metal. Gdy żelazo jest cynowane, uzyskuje się „blachę białą” dla przemysłu konserwowego.

Aby zabezpieczyć się przed korozją, można oddziaływać nie tylko na metal, ale także na otaczające go środowisko. Jeśli pewna ilość chromianu sodu zostanie zmieszana z kwasem chlorowodorowym, to reakcja kwasu solnego z żelazem spowolni się tak bardzo, że w praktyce kwas może być transportowany w żelaznych zbiornikach, co zwykle jest niemożliwe. Substancje, które spowalniają korozję, a czasem prawie całkowicie ją zatrzymują, nazywane są inhibitorami - opóźniaczami (od łacińskiego słowa inhibere - spowolnić).

Charakter działania inhibitorów jest inny. Tworzą warstwę ochronną na powierzchni metalu lub zmniejszają agresywność środowiska. Pierwszy rodzaj obejmuje np. NaNO2, który spowalnia korozję stali w wodzie i roztworach soli, spowalnia korozję aluminium w kwasie siarkowym, drugi - związek organiczny CO (NH2) 2 - mocznik, który znacznie spowalnia korozję rozpuszczanie miedzi i innych metali w kwasie azotowym. Białka zwierzęce mają właściwości hamujące, niektóre suszone rośliny - glistnik, jaskier itp.
Czasami w celu zwiększenia odporności metalu na korozję, a także nadania mu cenniejszych właściwości, wykonuje się z niego stopy z innymi metalami.

■ 14. Zapisz w zeszycie wymienione metody zabezpieczania metalu przed korozją.
15. Co decyduje o wyborze metody zabezpieczenia metalu przed korozją?
16. Co to jest inhibitor? Czym różni się inhibitor od katalizatora?

Metody wytapiania metali z rud

Metale w przyrodzie można znaleźć w stanie natywnym. To w zasadzie np. Pozyskuje się go poprzez mechaniczne wypłukiwanie z otaczających skał. Jednak zdecydowana większość metali występuje w przyrodzie w postaci związków. Jednak nie każdy naturalny minerał nadaje się do pozyskiwania zawartego w nim metalu. W związku z tym nie każdy minerał można nazwać rudą metalu.
Skała lub minerał zawierający jeden lub inny metal w ilości, która sprawia, że ​​​​jego produkcja przemysłowa jest ekonomicznie korzystna, nazywana jest rudą tego metalu.

Zapisz definicję rudy.

Metale uzyskuje się z rud na różne sposoby.
1. Jeśli ruda jest tlenkiem, to jest redukowana przez jakiś środek redukujący - najczęściej węgiel lub tlenek węgla CO, rzadziej wodór, na przykład:
FesO4 + 4СО = 3Fe + 4CO2
2. Jeśli ruda jest związkiem siarki, najpierw jest spalana:
2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2
następnie powstały tlenek redukuje się węglem drzewnym:
РbО + С = РbО + CO
Metale są izolowane z chlorków przez elektrolizę ze stopów. Na przykład, gdy chlorek sodu NaCl topi się, następuje dysocjacja termiczna substancji.
NaCl ⇄ Na + + Cl -
Gdy przez ten stop przepływa stały prąd elektryczny, zachodzą następujące procesy:
a) na katodzie:
Na + + mi— → Na 0
b) na anodzie
Cl - - mi— → Сl 0
Metodę tę można również wykorzystać do otrzymywania metali z innych soli.
4. Czasami metale można odtworzyć z tlenków przez wypieranie ich w wysokiej temperaturze przez inny, bardziej aktywny metal. Ta metoda jest szczególnie rozpowszechniona w redukcji metali za pomocą aluminium i dlatego po raz pierwszy została nazwana aluminotermią:
2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2Fe.
Aluminotermia zostanie omówiona bardziej szczegółowo poniżej.
W wielu przypadkach rudę można mieszać z dużą ilością skały płonnej, której usuwanie, czyli „wzbogacanie” rudy, prowadzi się różnymi metodami, w szczególności metodą flotacji pianowej. W tym celu stosuje się oleje mineralne, które mają właściwość selektywnej adsorpcji. Oznacza to, że pochłaniają cząstki rudy, ale nie skałę płonną. W ogromnych kadziach z wodą umieszcza się pokruszoną rudę i olej mineralny wraz ze skałą płonną. Następnie woda jest silnie spieniona powietrzem. Olej otacza pęcherzyki powietrza, tworząc na nich film. Okazuje się, że stabilna piana. Cząstki, rudy są adsorbowane i wraz z pęcherzykami powietrza unoszą się do góry. Piana łączy się z rudą, a skała odpadowa pozostaje na dnie kadzi. Następnie ruda jest łatwo uwalniana z ropy, która jest ponownie wykorzystywana do flotacji.

■ 17. Co to jest piana?
18. Jakie właściwości musi mieć metal, aby być w naturze w stanie rodzimym?
19. Czy jakikolwiek minerał lub skała zawierająca ten lub inny metal można nazwać rudą?
20. Wymień znane Ci rodzaje rud metali.
21. Cynk występuje naturalnie jako mineralna mieszanka cynku zawierająca siarczek cynku. Zaproponuj metodę otrzymywania cynku z blendy cynkowej.
22. Z 2 ton magnetycznej rudy żelaza zawierającej 80% magnetycznego tlenku żelaza Fe3O4 otrzymano 1,008 tony żelaza. Oblicz praktyczną wydajność żelaza.
23. Jakie metale można otrzymać przez elektrolizę roztworów soli?
24. Z żelaza otrzymanego przez redukcję 5 ton magnetycznej rudy żelaza zawierającej 13% zanieczyszczeń przygotowano stop zawierający 4% węgla. Ile masz stopu?
25. Ile cynku i kwasu siarkowego można uzyskać z 242,5 ton blendy cynkowej ZnS zawierającej 20% skały płonnej?

31

Uzasadnienie układu okresowego pierwiastków Ponieważ elektrony w atomie znajdują się na różnych poziomach energii i tworzą warstwy kwantowe, logiczne jest założenie, że ...

Druga grupa układu okresowego

Pierwiastki tworzące proste substancje - metale, zajmują lewą dolną część układu okresowego (dla jasności możemy powiedzieć, że znajdują się one na lewo od przekątnej łączącej Be i polon, nr 84), zawierają również elementy podgrup drugorzędowych (B).

Atomy metali charakteryzują się małą liczbą elektronów na poziomie zewnętrznym. Tak więc sód ma 1 elektron na poziomie zewnętrznym, magnez ma 2, a aluminium ma 3 elektrony. Elektrony te są stosunkowo słabo związane z jądrem, co powoduje charakterystyczne fizyczny właściwości metali:

• przewodnictwo elektryczne,
• dobra przewodność cieplna,
• ciągliwość, plastyczność.
• Metale mają również charakterystyczny metaliczny połysk.

W chemiczny reakcje, metale zachowują się jak środki redukujące:

1. Podczas interakcji z tlenem metale tworzą tlenki, na przykład magnez spala się, tworząc tlenek magnezu:
   2Mg + O2 \u003d 2MgO

Najbardziej aktywne metale (alkalia) tworzą nadtlenki podczas spalania w powietrzu:

2Na + O 2 = Na 2 O 2 (nadtlenek sodu)

1. Aktywne metale, takie jak sód, reagują z wodą, tworząc wodorotlenki:
   2Na + 2HOH = 2NaOH + H2

lub tlenki, takie jak magnez po podgrzaniu:

Mg + H2O \u003d MgO + H2

1. Metale znajdujące się w elektrochemicznym szeregu napięć na lewo od wodoru (H) wypierają wodór z kwasów (z wyjątkiem kwasu azotowego). Tak więc cynk reaguje z kwasem chlorowodorowym, tworząc chlorek cynku i wodór:
   Zn + 2HCl \u003d ZnCl2 + H2

Metale, w tym te znajdujące się na prawo od wodoru, z wyjątkiem złota i platyny, reagują z kwasem azotowym, tworząc różne związki azotu:

Cu + 4HNO 3 (stęż.) = Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O + 2NO 2

Współczynniki w tych równaniach łatwiej ułożyć metodą wagi elektronicznej. Zapisujemy stopnie utlenienia:

Cu 0 + 4HN +5 O 3 (stęż.) = Cu +2 (NO 3) 2 + 2H 2 O + 2N +4 O 2

Zapisujemy pierwiastki o zmienionym stopniu utlenienia:

* najmniejsza wspólna wielokrotność Dla dodane i odebrane elektrony

** współczynnik dla substancji zawierającej ten pierwiastek otrzymuje się dzieląc najmniejszą wspólną wielokrotność przez liczbę elektronów dodanych lub odebranych (z tego atomu)

2. Doświadczenie. Pozyskiwanie i gromadzenie tlenu. Dowód na obecność tlenu w naczyniu

W szkolnym laboratorium tlen częściej uzyskuje się przez rozkład nadtlenku wodoru w obecności tlenku manganu (IV):

2H2O2 \u003d 2H2O + O2

lub rozkład nadmanganianu potasu po podgrzaniu:

2KMnO 4 \u003d K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

W celu zebrania gazu naczynie zamyka się korkiem z rurką wylotową gazu.

Aby udowodnić obecność tlenu w naczyniu, wprowadza się do niego tlącą się drzazgę - jasno się rozbłyska.

B O Większość znanych pierwiastków chemicznych tworzy proste substancje, metale.

Metale obejmują wszystkie pierwiastki podgrup drugorzędowych (B), a także pierwiastki podgrup głównych znajdujących się poniżej przekątnej „beryl – astat” (ryc. 1). Ponadto pierwiastki chemiczne metale tworzą grupy lantanowców i aktynowców.

Ryż. 1. Lokalizacja metali wśród pierwiastków podgrup A (zaznaczone na niebiesko)

W porównaniu z atomami niemetali, atomy metali mają b O Większe rozmiary i mniej zewnętrznych elektronów, zwykle 1-2. W konsekwencji zewnętrzne elektrony atomów metali są słabo związane z jądrem, metale łatwo je oddają, wykazując właściwości redukujące w reakcjach chemicznych.

Rozważ wzorce zmian niektórych właściwości metali w grupach i okresach.

W okresachZ Wraz ze wzrostem ładunku jądrowego promień atomowy maleje. Jądra atomów coraz bardziej przyciągają zewnętrzne elektrony, dlatego elektroujemność atomów wzrasta, właściwości metaliczne maleją. Ryż. 2.

Ryż. 2. Zmiana właściwości metali w okresach

W głównych podgrupach od góry do dołu w atomach metali liczba warstw elektronów wzrasta, dlatego zwiększa się promień atomów. Wtedy zewnętrzne elektrony będą słabiej przyciągane do jądra, więc następuje spadek elektroujemności atomów i wzrost właściwości metalicznych. Ryż. 3.

Ryż. 3. Zmiana właściwości metalicznych w podgrupach

Te prawidłowości są również charakterystyczne dla elementów podgrup drugorzędowych, z nielicznymi wyjątkami.

Atomy pierwiastków metali mają tendencję do oddawania elektronów. W reakcjach chemicznych metale działają tylko jako czynniki redukujące, oddają elektrony i zwiększają stopień utlenienia.

Elektrony mogą być odbierane z atomów metali przez atomy tworzące substancje proste, niemetale, a także atomy wchodzące w skład substancji złożonych, które są w stanie obniżyć swój stopień utlenienia. Na przykład:

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

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

Nie wszystkie metale mają taką samą aktywność chemiczną. Niektóre metale w normalnych warunkach praktycznie nie wchodzą w reakcje chemiczne, nazywane są metalami szlachetnymi. Do metali szlachetnych zaliczamy: złoto, srebro, platynę, osm, iryd, pallad, ruten, rod.

Metale szlachetne występują bardzo rzadko w przyrodzie i prawie zawsze występują w stanie rodzimym (ryc. 4). Pomimo dużej odporności na korozję-utlenianie, metale te nadal tworzą tlenki i inne związki chemiczne, na przykład znany wszystkim chlorek srebra i sole azotanowe.

Ryż. 4. Samorodek złota

Podsumowanie lekcji

Na tej lekcji zbadałeś pozycję pierwiastków chemicznych metali w układzie okresowym pierwiastków, a także cechy strukturalne atomów tych pierwiastków, które decydują o właściwościach substancji prostych i złożonych. Dowiedziałeś się, dlaczego istnieje znacznie więcej pierwiastków chemicznych metali niż niemetali.

Bibliografia

1. Orżekowski P.A. Chemia: klasa 9: podręcznik do nauczania ogólnego. inst. / PA Orżekowski, LM Meshcheryakova, M.M. Szałaszowa. - M.: Astrel, 2013. (§28)
2. Rudzitis GE Chemia: nieorganiczna. chemia. Organ. chemia: podręcznik. na 9 komórek. / GE Rudzitis, F.G. Feldmana. - M .: Oświecenie, JSC „Podręczniki moskiewskie”, 2009. (§34)
3. Chomczenko I.D. Zbiór zadań i ćwiczeń z chemii dla liceum. - M .: RIA „Nowa fala”: Wydawca Umerenkov, 2008. (s. 86-87)
4. Encyklopedia dla dzieci. Tom 17. Chemia / Rozdział. wyd. VA Wołodin, prowadzący. naukowy wyd. I. Leensona. - M.: Avanta +, 2003.

1. Pojedynczy zbiór cyfrowych zasobów edukacyjnych (doświadczenia wideo na ten temat) ().
2. Elektroniczna wersja czasopisma „Chemia i życie” ().

Praca domowa

1. Z. 195-196 nr 7, A1-A4 z podręcznika P.A. Orzhekovsky „Chemia: klasa 9” / P.A. Orżekowski, LM Meshcheryakova, M.M. Szałaszowa. - M.: Astrel, 2013.
2. Jakie właściwości (utleniające lub redukujące) może mieć jon Fe 3+? Zilustruj swoją odpowiedź równaniami reakcji.
3. Porównaj promień atomowy, elektroujemność i właściwości redukujące sodu i magnezu.

Wstęp

Metale to proste substancje, które w normalnych warunkach posiadają charakterystyczne właściwości: wysoką przewodność elektryczną i cieplną, zdolność dobrego odbijania światła (co powoduje ich blask i nieprzezroczystość), zdolność do przyjmowania pożądanego kształtu pod wpływem sił zewnętrznych (plastyczność). Istnieje inna definicja metali - są to pierwiastki chemiczne charakteryzujące się zdolnością oddawania elektronów zewnętrznych (walencyjnych).

Ze wszystkich znanych pierwiastków chemicznych około 90 to metale. Większość związków nieorganicznych to związki metali.

Istnieje kilka rodzajów klasyfikacji metali. Najbardziej przejrzysta jest klasyfikacja metali zgodnie z ich pozycją w układzie okresowym pierwiastków chemicznych - klasyfikacja chemiczna.

Jeśli w „długiej” wersji układu okresowego pierwiastków boru i astatu poprowadzona zostanie linia prosta, to metale będą znajdować się na lewo od tej linii, a niemetale na prawo od niej.

Z punktu widzenia budowy atomu metale dzielą się na nieprzechodnie i przejściowe. Metale nieprzejściowe znajdują się w głównych podgrupach układu okresowego i charakteryzują się tym, że w ich atomach następuje sekwencyjne wypełnianie poziomów elektronowych s i p. Metale nieprzejściowe obejmują 22 pierwiastki głównych podgrup a: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb , Sb, Bi, Po.

Metale przejściowe znajdują się w bocznych podgrupach i charakteryzują się wypełnieniem poziomów d- lub f-elektronowych. Pierwiastki d obejmują 37 metali drugorzędowych podgrup 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.

Pierwiastki f obejmują 14 lantanowców (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) i 14 aktynowców (Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr).

Wśród metali przejściowych wyróżnia się również metale ziem rzadkich (Sc, Y, La i lantanowce), platyny (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt), metale transuranowe (Np i pierwiastki o większej masie atomowej).

Oprócz chemicznej istnieje również, choć nie ogólnie przyjęta, ale od dawna ustalona techniczna klasyfikacja metali. Nie jest tak logiczny jak chemiczny - opiera się na jednej lub innej praktycznie ważnej właściwości metalu. Żelazo i oparte na nim stopy są klasyfikowane jako metale żelazne, wszystkie inne metale są nieżelazne. Istnieją metale lekkie (Li, Be, Mg, Ti itp.) I ciężkie (Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Hg, Sn, Pb itp.), a także grupy materiałów ogniotrwałych ( Ti, Zr , Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Re), metale szlachetne (Ag, Au, platyny) i radioaktywne (U, Th, Np, Pu itp.). W geochemii rozróżnia się również metale rozproszone (Ga, Ge, Hf, Re itp.) i rzadkie (Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Re itp.). Jak widać, nie ma wyraźnych granic między grupami.

Odniesienie historyczne

Pomimo faktu, że życie społeczności ludzkiej bez metali jest niemożliwe, nikt nie wie dokładnie, kiedy i jak dana osoba zaczęła ich używać. Najstarsze pisma, które do nas dotarły, opowiadają o prymitywnych warsztatach, w których wytapiano metal i wytwarzano z niego wyroby. Oznacza to, że człowiek opanował metale wcześniej niż pismo. Prowadząc wykopaliska w starożytnych osadach, archeolodzy znajdują narzędzia pracy i polowania, których ludzie używali w tamtych odległych czasach - noże, topory, groty strzał, igły, haczyki na ryby i wiele innych. Im starsze osady, tym bardziej surowe i prymitywne były wytwory rąk ludzkich. Najstarsze wyroby metalowe znaleziono podczas wykopalisk osad, które istniały około 8 tysięcy lat temu. Była to głównie biżuteria ze złota i srebra oraz groty strzał i włócznie wykonane z miedzi.

Greckie słowo „metallon” pierwotnie oznaczało kopalnie, kopalnie, stąd pochodzi termin „metal”. W czasach starożytnych wierzono, że istnieje tylko 7 metali: złoto, srebro, miedź, cyna, ołów, żelazo i rtęć. Liczba ta korelowała z liczbą znanych wtedy planet - Słońce (złoto), Księżyc (srebro), Wenus (miedź), Jowisz (cyna), Saturn (ołów), Mars (żelazo), Merkury (rtęć) (patrz rysunek ). Zgodnie z koncepcjami alchemicznymi metale powstały w trzewiach ziemi pod wpływem promieni planet i stopniowo ulepszały się, zamieniając się w złoto.

Człowiek najpierw opanował rodzime metale - złoto, srebro, rtęć. Pierwszym sztucznie uzyskanym metalem była miedź, potem udało się opanować produkcję stopu miedzi z soleniem - brązem, a dopiero później - żelazem. W 1556 r. W Niemczech opublikowano książkę niemieckiego metalurga G. Agricoli „O górnictwie i hutnictwie” - pierwszy szczegółowy przewodnik po pozyskiwaniu metali, który do nas dotarł. To prawda, że ​​\u200b\u200bw tamtym czasie ołów, cyna i bizmut były nadal uważane za odmiany tego samego metalu. W 1789 r. Francuski chemik A. Lavoisier w swoim podręczniku chemii podał listę prostych substancji, która obejmowała wszystkie znane wówczas metale - antymon, srebro, bizmut, kobalt, cynę, żelazo, mangan, nikiel, złoto, platynę , ołów, wolfram i cynk. Wraz z rozwojem chemicznych metod badawczych liczba znanych metali zaczęła gwałtownie wzrastać. w XVIII wieku W XIX wieku odkryto 14 metali. - 38, w XX wieku. - 25 metali. W pierwszej połowie XIX wieku odkryto satelity platyny, metale alkaliczne i metale ziem alkalicznych otrzymano przez elektrolizę. W połowie stulecia za pomocą analizy spektralnej odkryto cez, rubid, tal i ind. Znakomicie potwierdziło się istnienie metali przewidywanych przez D. I. Mendelejewa na podstawie jego prawa okresowości (są to gal, skand i german). Odkrycie promieniotwórczości pod koniec XIX wieku. doprowadził do poszukiwania metali radioaktywnych. Wreszcie metodą przemian nuklearnych w połowie XX wieku. uzyskano metale promieniotwórcze nie występujące w przyrodzie, w szczególności pierwiastki transuranowe.

Właściwości fizyczne i chemiczne metali.

Wszystkie metale są ciałami stałymi (z wyjątkiem rtęci, która w normalnych warunkach jest cieczą), różnią się od niemetali specjalnym rodzajem wiązania (wiązanie metaliczne). Elektrony walencyjne są luźno związane z określonym atomem, a wewnątrz każdego metalu znajduje się tak zwany gaz elektronowy. Większość metali ma strukturę krystaliczną, a metal można traktować jako „sztywną” sieć krystaliczną jonów dodatnich (kationów). Te elektrony mogą mniej więcej poruszać się wokół metalu. Kompensują siły odpychania między kationami i w ten sposób wiążą je w zwarte ciało.

Wszystkie metale mają wysoką przewodność elektryczną (tj. Są przewodnikami, w przeciwieństwie do niedielektrycznych niemetali), zwłaszcza miedź, srebro, złoto, rtęć i aluminium; przewodność cieplna metali jest również wysoka. Charakterystyczną właściwością wielu metali jest ich plastyczność (ciągliwość), w wyniku czego można je zwijać w cienkie arkusze (folia) i wciągać w drut (cyna, aluminium itp.), Jednak są też metale dość kruche ( cynk, antymon, bizmut).

W przemyśle często stosuje się nie czyste metale, ale ich mieszaniny, zwane stopami. W stopie właściwości jednego składnika zwykle z powodzeniem uzupełniają właściwości innego. Tak więc miedź ma niską twardość i jest mało przydatna do produkcji części maszyn, podczas gdy stopy miedzi z cynkiem, zwane mosiądzem, są już dość twarde i są szeroko stosowane w inżynierii mechanicznej. Aluminium ma dobrą ciągliwość i wystarczającą lekkość (mała gęstość), ale jest zbyt miękkie. Na jego bazie przygotowuje się stop ayuraluminium (duraluminium), zawierający miedź, magnez i mangan. Duraluminium, nie tracąc właściwości swojego aluminium, uzyskuje wysoką twardość i dlatego jest stosowane w technice lotniczej. Stopy żelaza z węglem (i dodatkami innych metali) są dobrze znanym żeliwem i stalą.

Metale różnią się znacznie gęstością: dla litu jest to prawie połowa gęstości wody (0,53 g / cm 3), a dla osmu jest ponad 20 razy wyższa (22,61 g / cm 3). Metale różnią się także twardością. Najdelikatniejsze - metale alkaliczne, można je łatwo ciąć nożem; najtwardszy metal - chrom - tnie szkło. Różnica w temperaturach topnienia metali jest duża: rtęć jest cieczą w normalnych warunkach, cez i gal topią się w temperaturze ludzkiego ciała, a najbardziej ogniotrwały metal, wolfram, ma temperaturę topnienia 3380 ° C. Metale, których temperatura topnienia jest wyższa niż 1000 ° C, są klasyfikowane jako metale ogniotrwałe, poniżej - jako topliwe. W wysokich temperaturach metale są zdolne do emitowania elektronów, co jest wykorzystywane w elektronice i generatorach termoelektrycznych do bezpośredniej konwersji energii cieplnej na energię elektryczną. Żelazo, kobalt, nikiel i gadolin po umieszczeniu w polu magnetycznym są w stanie trwale utrzymywać stan namagnesowania.

Metale mają również pewne właściwości chemiczne. Atomy metali stosunkowo łatwo oddają elektrony walencyjne i przechodzą w dodatnio naładowane jony. Dlatego metale są środkami redukującymi. W rzeczywistości jest to ich główna i najczęstsza właściwość chemiczna.

Oczywiście metale jako środki redukujące będą reagować z różnymi utleniaczami, wśród których mogą znajdować się substancje proste, kwasy, sole mniej aktywnych metali i niektóre inne związki. Związki metali z halogenami nazywane są halogenkami, z siarką - siarczkami, z azotem - azotkami, z fosforem - fosforkami, z węglem - węglikami, z krzemem - krzemkami, z borem - borkami, z wodorkami - wodorkami itp. Wiele z tych związków znalazł ważne zastosowania w nowej technologii. Na przykład borki metali są stosowane w radioelektronice, a także w technice jądrowej jako materiały do ​​regulacji i ochrony przed promieniowaniem neutronowym.

Pod działaniem stężonych kwasów utleniających na niektórych metalach tworzy się również stabilna warstwa tlenku. Zjawisko to nazywane jest pasywacją. I tak w stężonym kwasie siarkowym metale takie jak Be, Bi, Co, Fe, Mg i Nb ulegają pasywacji (i nie reagują z nim), aw stężonym kwasie azotowym - metale Al, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb, Th i U.

Im bardziej na lewo od metalu w tym rzędzie, tym większe ma właściwości redukujące, tzn. łatwiej utlenia się i przechodzi do roztworu w postaci kationu, ale trudniej jest go odzyskać z kationu do wolny stan.

Jeden niemetal, wodór, umieszcza się w szeregu napięć, ponieważ pozwala to określić, czy metal ten będzie reagował z kwasami - czynnikami nieutleniającymi w roztworze wodnym (dokładniej będzie utleniany przez kationy wodoru H +). Na przykład cynk reaguje z kwasem solnym, ponieważ w szeregu napięć znajduje się po lewej stronie (przed) wodorem. Wręcz przeciwnie, srebro nie jest przenoszone do roztworu przez kwas solny, ponieważ znajduje się w szeregu napięć po prawej (po) wodorze. Metale zachowują się podobnie w rozcieńczonym kwasie siarkowym. Metale, które znajdują się w szeregu napięć po wodorze, nazywane są metalami szlachetnymi (Ag, Pt, Au itp.)

Niepożądaną właściwością chemiczną metali jest ich korozja elektrochemiczna, czyli aktywne niszczenie (utlenianie) metalu w kontakcie z wodą i pod wpływem rozpuszczonego w niej tlenu (korozja tlenowa). Na przykład powszechnie znana jest korozja produktów żelaznych w wodzie.

Szczególnie korozyjne może być miejsce styku dwóch różnych metali – korozja kontaktowa. Pomiędzy jednym metalem, takim jak Fe, a innym metalem, takim jak Sn lub Cu, umieszczonym w wodzie, pojawia się para galwaniczna. Przepływ elektronów przebiega od metalu bardziej aktywnego, znajdującego się na lewo w szeregu napięciowym (Fe), do metalu mniej aktywnego (Sn, Cu), a metal bardziej aktywny ulega zniszczeniu (koroduje).

Z tego powodu ocynowana powierzchnia puszek (żelazo ocynowane) rdzewieje, gdy jest przechowywana w wilgotnej atmosferze i nieostrożnie obsługiwana (żelazo szybko zapada się po pojawieniu się nawet niewielkiej rysy, umożliwiając kontakt żelaza z wilgocią). Wręcz przeciwnie, ocynkowana powierzchnia żelaznego wiadra długo nie rdzewieje, bo nawet jeśli są rysy, to nie żelazo koroduje, a cynk (bardziej aktywny metal niż żelazo).

Odporność na korozję danego metalu wzrasta, gdy jest on pokryty bardziej aktywnym metalem lub gdy są one stopione; na przykład powlekanie żelaza chromem lub wytwarzanie stopów żelaza z chromem eliminuje korozję żelaza. Chromowane żelazo i stale zawierające chrom (stale nierdzewne) mają wysoką odporność na korozję.

Ogólne metody otrzymywania metali:

Elektrometalurgia, czyli otrzymywanie metali przez elektrolizę stopów (najbardziej aktywnych metali) lub roztworów ich soli;

pirometalurgia, czyli odzyskiwanie metali z ich rud w wysokiej temperaturze (np. produkcja żelaza w procesie wielkopiecowym);

Hydrometalurgia, tj. wyodrębnianie metali z roztworów ich soli z bardziej aktywnymi metalami (na przykład wytwarzanie miedzi z roztworu CuSO 4 przez wypieranie cynku, żelaza

lub aluminium).

W naturze metale występują czasami w postaci wolnej, takiej jak rodzima rtęć, srebro i złoto, a częściej w postaci związków (rudy metali). Najbardziej aktywne metale występują oczywiście w skorupie ziemskiej tylko w postaci związanej.

Lit (z gr. Lithos - kamień), Li, pierwiastek chemiczny podgrupy Ia układu okresowego; liczba atomowa 3, masa atomowa 6,941; należy do metali alkalicznych.

Zawartość litu w skorupie ziemskiej wynosi 6,5-10-3% wagowych. Znaleziono go w ponad 150 minerałach, z których około 30 to lit.Główne minerały to spodumen LiAl, lepidolit KLi 1,5 Al 1,5 (F.0H) 2 i petalit (LiNa). Skład tych minerałów jest złożony, wiele z nich należy do klasy glinokrzemianów, które są bardzo powszechne w skorupie ziemskiej. Obiecującymi źródłami surowców do produkcji litu są solanki (solanki) złóż solanonośnych oraz wody podziemne. Największe złoża związków litu znajdują się w Kanadzie, USA, Chile, Zimbabwe, Brazylii, Namibii i Rosji.

Co ciekawe, minerał spodumen występuje w przyrodzie w postaci dużych, kilkutonowych kryształów. W kopalni Etta w Stanach Zjednoczonych znaleziono kryształ w kształcie igły o długości 16 mi wadze 100 ton.

Pierwsze informacje na temat litu pochodzą z 1817 roku. Szwedzki chemik A. Arfvedson, analizując minerał petalitu, odkrył w nim nieznaną zasadę. Nauczyciel Arfvedsona J. Berzelius nadał mu nazwę „lit” (z gr. liteos – kamień), ponieważ w przeciwieństwie do wodorotlenków potasu i sodu, które otrzymywano z popiołu roślinnego, w minerale znaleziono nową zasadę. Nazwał także metal, który jest „podstawą” tej zasady, litem. W 1818 r. angielski chemik i fizyk G. Davy uzyskał lit przez elektrolizę wodorotlenku LiOH.

Nieruchomości. Lit jest srebrzystobiałym metalem; poseł. 180,54°C, wrz 1340"C; najlżejszy ze wszystkich metali, jego gęstość wynosi 0,534 g/cm - jest 5 razy lżejszy od aluminium i prawie dwukrotnie lżejszy od wody. Lit jest miękki i ciągliwy. Związki litu barwią płomień na piękny karminowy kolor Ta bardzo czuła metoda jest wykorzystywana w analizie jakościowej do wykrywania litu.

Konfiguracja zewnętrznej warstwy elektronowej atomu litu to 2s 1 (element s). W związkach wykazuje stopień utlenienia +1.

Lit jest pierwszym w elektrochemicznym szeregu napięć i wypiera wodór nie tylko z kwasów, ale także z wody. Jednak wiele reakcji chemicznych litu jest mniej energicznych niż reakcje innych metali alkalicznych.

Lit praktycznie nie reaguje ze składnikami powietrza przy całkowitym braku wilgoci w temperaturze pokojowej. Po podgrzaniu w powietrzu powyżej 200°C tworzy się tlenek Li 2 O jako główny produkt (obecne są tylko śladowe ilości nadtlenku Li 2 O 2). W wilgotnym powietrzu wytwarza głównie azotek Li 3 N, przy wilgotności powietrza powyżej 80% - wodorotlenek LiOH i węglan Li 2 CO 3. Azotek litu można również uzyskać przez ogrzewanie metalu w strumieniu azotu (lit jest jednym z nielicznych pierwiastków, które łączą się bezpośrednio z azotem): 6Li + N 2 \u003d 2Li 3 N

Lit łatwo tworzy stopy z prawie wszystkimi metalami i jest dobrze rozpuszczalny w rtęci. Łączy się bezpośrednio z halogenami (z jodem - po podgrzaniu). W temperaturze 500 ° C reaguje z wodorem, tworząc wodorek LiH, podczas interakcji z wodą - wodorotlenek LiOH, z rozcieńczonymi kwasami - solami litu, z amoniakiem - amidem LiNH 2, na przykład:

2Li + H2 \u003d 2LiH

2Li + 2H2O \u003d 2LiOH + H2

2Li + 2HF = 2LiF + H 2

2Li + 2NH3 \u003d 2LiNH2 + H2

wodorek LiH - bezbarwne kryształy; stosowany w różnych dziedzinach chemii jako środek redukujący. Podczas interakcji z wodą uwalnia dużą ilość wodoru (2820 l H 2 otrzymuje się z 1 kg LiH):

LiH + H2O \u003d LiOH + H2

Umożliwia to wykorzystanie LiH jako źródła wodoru do napełniania balonów i sprzętu ratowniczego (pontony, pasy itp.), a także swoistego „magazynu” do przechowywania i transportu łatwopalnego wodoru (w tym przypadku jest to niezbędne do ochrony LiH przed najmniejszymi śladami wilgoci).

Mieszane wodorki litu są szeroko stosowane w syntezie organicznej, na przykład wodorek litowo-glinowy LiAlH 4 jest selektywnym środkiem redukującym. Otrzymuje się go w wyniku interakcji LiH z chlorkiem glinu A1C13

Wodorotlenek LiOH jest mocną zasadą (zasadą), jego wodne roztwory niszczą szkło, porcelanę; nikiel, srebro i złoto są na nią odporne. LiOH stosowany jest jako dodatek do elektrolitu baterii alkalicznych, co zwiększa ich żywotność 2-3 krotnie i pojemność o 20%. Na bazie LiOH i kwasów organicznych (zwłaszcza kwasu stearynowego i palmitynowego) produkowane są smary mrozoodporne i żaroodporne (litole) do ochrony metali przed korozją w zakresie temperatur od -40 do +130 "C.

Wodorotlenek litu jest również stosowany jako pochłaniacz dwutlenku węgla w maskach gazowych, łodziach podwodnych, samolotach i statkach kosmicznych.

Odbiór i wniosek. Surowcem do produkcji litu są jego sole, które pozyskiwane są z minerałów. W zależności od składu minerały rozkłada się kwasem siarkowym H 2 SO 4 (metoda kwasowa) lub spiekanie z tlenkiem wapnia CaO i jego węglanem CaCO3 (metoda alkaliczna), z siarczanem potasu K 2 SO 4 (metoda solna), z wapniem węglan i jego chlorek CaCl (metoda z solą alkaliczną). Metodą kwasową otrzymuje się roztwór siarczanu Li 2 SO 4 [ten ostatni uwalnia się od zanieczyszczeń przez traktowanie wodorotlenkiem wapnia Ca (OH) 2 i sodą Na 2 Co 3]. Plamkę powstałą innymi metodami rozkładu minerałów wypłukuje się wodą; jednocześnie przy metodzie alkalicznej LiOH przechodzi do roztworu, przy metodzie solnej - Li 2 SO 4, przy soli alkalicznej - LiCl. Wszystkie te metody, z wyjątkiem alkalicznych, polegają na uzyskaniu gotowego produktu w postaci węglanu Li 2 CO 3. który jest wykorzystywany bezpośrednio lub jako źródło do syntezy innych związków litu.

Lit metaliczny otrzymuje się przez elektrolizę stopionej mieszaniny LiCl i chlorku potasu KCl lub chlorku baru BaCl 2 z dalszym oczyszczaniem z zanieczyszczeń.

Zainteresowanie litem jest ogromne. Wynika to przede wszystkim z faktu, że jest źródłem przemysłowej produkcji trytu (ciężkiego nuklidu wodoru), który jest głównym składnikiem bomby wodorowej i głównym paliwem do reaktorów termojądrowych. Reakcja termojądrowa zachodzi między nuklidem 6 Li a neutronami (cząstkami obojętnymi o liczbie masowej 1); produkty reakcji - tryt 3 H i hel 4 He:

6 3 Li + 1 0 n= 3 1 H + 4 2 He

Duże ilości litu są wykorzystywane w metalurgii. Stop magnezu z 10% zawartością litu jest mocniejszy i lżejszy niż sam magnez. Stopy aluminium i litu - scleron i aeron, zawierające tylko 0,1% litu, oprócz lekkości, mają wysoką wytrzymałość, plastyczność i zwiększoną odporność na korozję; są używane w lotnictwie. Dodatek 0,04% litu do stopów łożyskowych ołowiowo-wapniowych zwiększa ich twardość i zmniejsza współczynnik tarcia.

Halogenki i węglany litu są wykorzystywane do produkcji szkieł optycznych, kwasoodpornych i innych specjalistycznych, a także żaroodpornej porcelany i ceramiki, różnego rodzaju szkliwa i emalii.

Małe okruchy litu powodują chemiczne oparzenia mokrej skóry i oczu. Sole litu podrażniają skórę. Podczas pracy z wodorotlenkiem litu należy zachować środki ostrożności, tak jak podczas pracy z wodorotlenkami sodu i potasu.

Sód (z arabskiego, natrun, greckiego nitron – naturalna soda, pierwiastek chemiczny podgrupy Ia układu okresowego; liczba atomowa 11, masa atomowa 22,98977; należy do metali alkalicznych. Występuje w przyrodzie w postaci jednego stabilnego nuklidu 23 Na.

Już w starożytności znane były związki sodu - sól kuchenna (chlorek sodu) NaCl, zasady żrące (wodorotlenek sodu) NaOH i soda (węglan sodu) Na2CO3. Ostatnia substancja, którą starożytni Grecy nazywali „nitronem”; stąd współczesna nazwa metalu - „sód”. Jednak w Wielkiej Brytanii, USA, Włoszech, Francji zachowało się słowo sód (od hiszpańskiego słowa „soda”, które ma takie samo znaczenie jak w języku rosyjskim).

Po raz pierwszy o produkcji sodu (i potasu) poinformował angielski chemik i fizyk G. Davy na spotkaniu Towarzystwa Królewskiego w Londynie w 1807 r. Udało mu się rozłożyć żrące zasady KOH i NaOH działaniem prądu elektrycznego i izolować nieznane wcześniej metale o niezwykłych właściwościach. Metale te utleniały się bardzo szybko w powietrzu i unosiły się na powierzchni wody, uwalniając z niej wodór.

dystrybucja w przyrodzie. Sód jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków w przyrodzie. Jego zawartość w skorupie ziemskiej wynosi 2,64% wagowych. W hydrosferze występuje w postaci rozpuszczalnych soli w ilości około 2,9% (przy całkowitym stężeniu soli w wodzie morskiej 3,5-3,7%). Obecność sodu została potwierdzona w atmosferze słonecznej i przestrzeni międzygwiezdnej. Sód naturalnie występuje tylko w postaci soli. Najważniejsze minerały to halit (sól kamienna) NaCl, mirabilit (sól Glaubera) Na 2 SO 4 * 10H 2 O, thenardyt Na 2 SO 4, saletra chelyan NaNO 3, naturalne krzemiany, takie jak albit Na, nefelin Na

Rosja jest wyjątkowo bogata w złoża soli kamiennej (np. Solikamsk, Usolje-Sibirskoje itp.), Duże złoża mineralnej trony na Syberii.

Nieruchomości. Sód jest srebrzystobiałym topliwym metalem, t.t. 97,86°C, wrz 883,15°C. Jest to jeden z najlżejszych metali – jest lżejszy od wody o gęstości 0,99 g/cm3 w temperaturze 19,7°C). Sód i jego związki barwią płomień palnika na żółto. Ta reakcja jest tak czuła, że ​​wszędzie (na przykład w pokoju lub kurzu ulicznym) ujawnia obecność najmniejszych śladów sodu.

Sód jest jednym z najbardziej aktywnych pierwiastków w układzie okresowym. Zewnętrzna warstwa elektronowa atomu sodu zawiera jeden elektron (konfiguracja 3s 1, sód jest pierwiastkiem s). Sód z łatwością przekazuje swój jedyny elektron walencyjny i dlatego zawsze wykazuje stopień utlenienia +1 w swoich związkach.

W powietrzu sód jest aktywnie utleniany, tworząc w zależności od warunków tlenek Na 2 O lub nadtlenek Na 2 O 2. Dlatego sód jest przechowywany pod warstwą nafty lub oleju mineralnego. Reaguje energicznie z wodą, wypierając wodór:

2Na + H20 \u003d 2NaOH + H2

Taka reakcja zachodzi nawet w przypadku lodu o temperaturze -80 ° C, a przy ciepłej wodzie lub na powierzchni styku następuje eksplozja (nie bez powodu mówią: „Jeśli nie chcesz zostać dziwakiem , nie wrzucaj sodu do wody”).

Sód reaguje bezpośrednio ze wszystkimi niemetalami: w temperaturze 200 ° C zaczyna absorbować wodór, tworząc bardzo higroskopijny wodorek NaH; z azotem w wyładowaniu elektrycznym daje azotek Na3N lub azydek NaN3; zapala się w atmosferze fluoru; w chlorze pali się w temperaturze; reaguje z bromem tylko po podgrzaniu:

2Na + H2 \u003d 2NaH

6Na + N 2 \u003d 2Na 3 N lub 2Na + 3Na 2 \u003d 2NaN 3

2Na + C1 2 \u003d 2NaCl

W temperaturze 800-900 ° C sód łączy się z węglem, tworząc węglik Na 2 C 2; po roztarciu z siarką daje siarczek Na 2 S i mieszaninę polisiarczków (Na 2 S 3 i Na 2 S 4)

Sód łatwo rozpuszcza się w ciekłym amoniaku, powstały niebieski roztwór ma metaliczne przewodnictwo, z gazowym amoniakiem w 300-400 "C lub w obecności katalizatora, po schłodzeniu do -30 C daje amid NaNH 2 .

Sód tworzy związki z innymi metalami (związki międzymetaliczne), na przykład ze srebrem, złotem, kadmem, ołowiem, potasem i niektórymi innymi. Z rtęcią daje to amalgamaty NaHg 2 , NaHg 4 itd. Największe znaczenie mają amalgamaty ciekłe, które powstają w wyniku stopniowego wprowadzania sodu do rtęci pod warstwą nafty lub oleju mineralnego.

Sód tworzy sole z rozcieńczonymi kwasami.

Odbiór i wniosek. Główną metodą otrzymywania sodu jest elektroliza stopionej soli kuchennej. W tym przypadku chlor jest uwalniany na anodzie, a sód na katodzie. Aby obniżyć temperaturę topnienia elektrolitu, do zwykłej soli dodaje się inne sole: KCl, NaF, CaCl2. Elektrolizę przeprowadza się w elektrolizerach z przeponą; anody wykonane są z grafitu, katody z miedzi lub żelaza.

Sód można otrzymać przez elektrolizę stopionego wodorotlenku NaOH, a niewielkie ilości można otrzymać przez rozkład azydku NaN3.

Sód metaliczny służy do redukcji czystych metali z ich związków - potasu (z KOH), tytanu (z TiCl 4) itp. Stop sodu i potasu jest chłodziwem w reaktorach jądrowych, ponieważ metale alkaliczne słabo absorbują neutrony i dlatego nie zapobiegać rozszczepianiu jąder uranu. Pary sodu, które mają jaskrawożółtą poświatę, służą do napełniania gazowych lamp wyładowczych stosowanych do oświetlania autostrad, przystani, dworców itp. Sód znajduje zastosowanie w medycynie: sztucznie otrzymany nuklid 24 Na służy do radiologicznego leczenia niektórych form białaczki oraz w celach diagnostycznych.

Zastosowanie związków sodu jest znacznie szersze.

Nadtlenek Na 2 O 2 - bezbarwne kryształy, żółty produkt techniczny. Po podgrzaniu do 311-400 °C zaczyna uwalniać tlen, aw temperaturze 540 °C szybko się rozkłada. Silny utleniacz, dzięki czemu stosowany jest do wybielania tkanin i innych materiałów. Absorbuje CO2 w powietrzu, uwalniając tlen i tworząc węglan 2Na 2 O 2 + 2CO 2 \u003d 2Na 2 Co 3 + O 2). Na tej właściwości opiera się zastosowanie Na 2 O 2 do regeneracji powietrza w pomieszczeniach zamkniętych i izolujących aparatach oddechowych (okręty podwodne, izolujące maski gazowe itp.).

wodorotlenek NaOH; przestarzała nazwa to soda kaustyczna, nazwa techniczna to soda kaustyczna (z łac. kaustyczny - żrący, płonący); jedna z najsilniejszych baz. Produkt techniczny oprócz NaOH zawiera zanieczyszczenia (do 3% Ka 2 CO3 i do 1,5% NaCl). Dużą ilość NaOH wykorzystuje się do przygotowania elektrolitów do baterii alkalicznych, do produkcji papieru, mydła, farb, celulozy oraz do oczyszczania oleju i olejów.

Z soli sodowych chromian Na 2 CrO 4 wykorzystywany jest - do produkcji barwników, jako zaprawa do barwienia tkanin oraz garbnik w przemyśle skórzanym; siarczyn Na 2 SO 3 jest składnikiem utrwalaczy i wywoływaczy w fotografii; wodorosiarczyn NaHSO 3 - wybielacz tkanin, włókien naturalnych, stosowany do konserwowania owoców, warzyw i pasz warzywnych; tiosiarczan Na 2 S 2 O 3 - do usuwania chloru podczas wybielania tkanin, jako utrwalacz w fotografii, antidotum na zatrucia związkami rtęci, arsenu itp., środek przeciwzapalny; chloran NaClO 3 - środek utleniający w różnych kompozycjach pirotechnicznych; trifosforan Na 5 P 3 O 10 - dodatek w syntetycznych detergentach do zmiękczania wody.

Sód, NaOH i ich roztwory powodują poważne oparzenia skóry i błon śluzowych.

Z wyglądu i właściwości potas jest podobny do sodu, ale bardziej reaktywny. Reaguje energicznie z wodą i zapala wodór. Spala się na powietrzu, tworząc pomarańczowy nadtlenek KO 2 . W temperaturze pokojowej reaguje z halogenami, przy umiarkowanym ogrzewaniu - z wodorem, siarką. W wilgotnym powietrzu szybko pokrywa się warstwą KOH. Potas jest przechowywany pod warstwą benzyny lub nafty.

Największe praktyczne zastosowanie znajdują związki potasu - wodorotlenek KOH, azotan KNO 3 i węglan K 2 CO 3.

Wodorotlenek potasu KOH (nazwa techniczna - żrący potaż) - białe kryształy, które rozprzestrzeniają się w wilgotnym powietrzu i pochłaniają dwutlenek węgla (powstają K 2 CO 3 i KHCO 3). Bardzo dobrze rozpuszcza się w wodzie z wysokim efektem exo. Wodny roztwór jest silnie zasadowy.

Wodorotlenek potasu jest wytwarzany przez elektrolizę roztworu KCl (podobnie jak produkcja NaOH). Wyjściowy chlorek potasu KCl otrzymuje się z surowców naturalnych (minerałów sylwin KCl i karnalit KMgC1 3 6H 2 0). KOH służy do syntezy różnych soli potasowych, mydła w płynie, barwników, jako elektrolit w akumulatorach.

Azotan potasu KNO 3 (mineralny azotan potasu) - białe kryształy, bardzo gorzki smak, niska temperatura topnienia (t pl \u003d 339 ° C). Dobrze rozpuśćmy w wodzie (nie ma hydrolizy). Po podgrzaniu powyżej temperatury topnienia rozkłada się na azotyn potasu KNO 2 i tlen O 2 oraz wykazuje silne właściwości utleniające. Siarka i węgiel drzewny zapalają się w kontakcie ze stopionym KNO 3, a mieszanina C + S eksploduje (spalanie „czarnego prochu”):

2KNO 3 + ZS (węgiel) + S \u003d N 2 + 3CO 2 + K 2 S.

Saletra potasowa wykorzystywana jest do produkcji szkła i nawozów mineralnych.

Węglan potasu K 2 CO 3 (nazwa techniczna - potaż) to biały higroskopijny proszek. Jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie, silnie hydrolizowany przez anion i tworzy w roztworze środowisko zasadowe. Używany do produkcji szkła i mydła.

Otrzymywanie K 2 CO 3 opiera się na reakcjach:

K2SO4 + Ca (OH) 2 + 2CO \u003d 2K (HCOO) + CaSO4

2K (HCOO) + O 2 \u003d K 2 C0 3 + H 2 0 + C0 2

Siarczan potasu z surowców naturalnych (minerały kainit KMg (SO 4) Cl ZN 2 0 i schenit K 2 Mg (SO 4) 2 * 6H 2 0) jest podgrzewany z wapnem gaszonym Ca (OH) 2 w atmosferze CO (w temp. pod ciśnieniem 15 atm) otrzymuje się mrówczan potasu K(HCOO), który kalcynuje się w strumieniu powietrza.

Potas jest pierwiastkiem niezbędnym dla roślin i zwierząt. Nawozy potasowe to sole potasowe, zarówno naturalne, jak i ich przetworzone produkty (KCl, K 2 SO 4, KNO 3); wysoka zawartość soli potasowych w popiołach roślin.

Potas jest dziewiątym najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej. Występuje tylko w postaci związanej w minerałach, wodzie morskiej (do 0,38 g jonów K+ w 1 litrze), roślinach i organizmach żywych (wewnątrz komórek). Organizm człowieka ma = 175 g potasu, dzienne zapotrzebowanie sięga ~4 g. Izotop promieniotwórczy 40 K (domieszka do dominującego stabilnego izotopu 39 K) rozpada się bardzo wolno (okres półtrwania 1 10 9 lat), wraz z izotopami 238 U i 232 Th stanowi duży wkład w zasoby geotermalne naszej planeta (wewnętrzne ciepło wnętrza ziemi).

Z (łac. Cuprum), Cu, pierwiastek chemiczny z podgrupy 16 układu okresowego; liczba atomowa 29, masa atomowa 63,546 odnosi się do metali przejściowych. Naturalna miedź jest mieszaniną nuklidów o liczbach masowych 63 (69,1%) i 65 (30,9%).

dystrybucja w przyrodzie. Średnia zawartość miedzi w skorupie ziemskiej wynosi 4,7-10 ~ 3% wagowych.

W skorupie ziemskiej miedź występuje zarówno w postaci bryłek, jak i różnych minerałów. Bryłki miedzi, czasem znacznych rozmiarów, pokryte są zielonym lub niebieskim nalotem i są niezwykle ciężkie w porównaniu z kamieniem; największa bryłka o wadze około 420 ton została znaleziona w Stanach Zjednoczonych w regionie Wielkich Jezior (ryc.). Zdecydowana większość miedzi występuje w skałach w postaci związków. Znanych jest ponad 250 minerałów zawierających miedź. Znaczenie przemysłowe mają: chalkopiryt (piryt miedzi) CuFeS 2, kowelin (miedź indygo) Cu 2 S, chalkozyna (połysk miedzi) Cu 2 S, kupryt Cu 2 O, malachit CuCO3 * Cu (OH) 2 i azuryt 2CuCO3 * Cu ( O ) 2 . Prawie wszystkie minerały miedzi są jaskrawo i pięknie zabarwione, na przykład chalkopiryt rzuca złoto, miedziany połysk ma niebieskawo-stalowy kolor, azuryt jest ciemnoniebieski ze szklistym połyskiem, a kawałki koweliny są odlewane we wszystkich kolorach tęczy. Wiele minerałów miedzi to ozdobne i cenne kamienie szlachetne; wysoko ceniony malachit i turkus СuА1 6 (PO 4) 4 (OH) 8 * 5Н 2 O. Największe złoża rud miedzi znajdują się w Ameryce Północnej i Południowej (główna próbka w USA, Kanadzie, Chile, Peru, Meksyku) , Afryka (Zambia, RPA), Azja (Iran, Filipiny, Japonia). W Rosji na Uralu i Ałtaju występują złoża rud miedzi.

Rudy miedzi są zwykle polimetaliczne: oprócz miedzi zawierają Fe, Zn, Pb, Sn, Ni, Mo, Au, Ag, Se, metale platynowe itp.

Odniesienie historyczne. Miedź jest znana od niepamiętnych czasów i jest jednym z „siedmiu wspaniałych” najstarszych metali używanych przez ludzkość - są to złoto, srebro, miedź, żelazo, cyna, ołów i rtęć. Według danych archeologicznych miedź była znana ludziom już 6000 lat temu. Okazało się, że był to pierwszy metal, który zastąpił kamień w prymitywnych narzędziach starożytnego człowieka. To był początek tzw. wieku miedzi, który trwał około dwóch tysięcy lat. Siekiery, noże, maczugi, artykuły gospodarstwa domowego wykuwano z miedzi, a następnie wytapiano. Według legendy starożytny bóg kowal Hefajstos wykuł tarczę z czystej miedzi dla niezwyciężonego Achillesa. Kamienie do 147-metrowej piramidy Cheopsa również zostały wydobyte i ociosane miedzianym narzędziem.

Starożytni Rzymianie eksportowali rudę miedzi z wyspy Cypr, stąd łacińska nazwa miedzi – „cuprum”. Rosyjska nazwa „miedź” najwyraźniej kojarzy się ze słowem „smida”, które w starożytności oznaczało „metal”.

W rudach wydobywanych na półwyspie Synaj natrafiano czasem na rudy z domieszką cyny, co doprowadziło do odkrycia stopu miedzi i cyny z brązem. Brąz okazał się bardziej topliwy i twardszy niż sama miedź. Odkrycie brązu zapoczątkowało długą epokę brązu (IV-I tysiąclecie pne).

Nieruchomości. Miedź to czerwony metal. więc pl. 1083 "C, temperatura wrzenia 2567 ° C, gęstość 8,92 g / cm. Jest to ciągliwy, ciągliwy metal, można z niego zwijać liście 5 razy cieńsze niż bibułka. Miedź dobrze odbija światło, doskonale przewodzi ciepło i elektryczność, druga dopiero do srebra.

Konfiguracja zewnętrznych warstw elektronowych atomu miedzi to 3d 10 4s 1 (element d). Chociaż miedź i metale alkaliczne należą do tej samej grupy I, ich zachowanie i właściwości są bardzo różne. Z metalami alkalicznymi miedź łączy tylko zdolność do tworzenia kationów jednowartościowych. Podczas tworzenia związków atom miedzi może stracić nie tylko zewnętrzny s-elektron, ale także jeden lub dwa d-elektrony poprzedniej warstwy, wykazując przy tym wyższy stopień utlenienia. Dla miedzi stopień utlenienia +2 jest bardziej charakterystyczny niż +1.

Miedź metaliczna jest nieaktywna, stabilna w suchym i czystym powietrzu. W wilgotnym powietrzu zawierającym CO 2 na jego powierzchni tworzy się zielonkawy film Cu (OH) 2 * CuCO3, zwany patyną. Patyna nadaje wyrobom wykonanym z miedzi i jej stopów piękny „stary” wygląd; ciągła powłoka patyny dodatkowo chroni metal przed dalszym niszczeniem. Gdy miedź jest podgrzewana w czystym i suchym tlenie, powstaje czarny tlenek CuO; ogrzewanie powyżej 375°C prowadzi do powstania czerwonego tlenku Cu 2 O. W normalnej temperaturze tlenki miedzi są stabilne w powietrzu.

W szeregu napięć miedź znajduje się na prawo od wodoru, a zatem nie wypiera wodoru z wody i nie wypiera wodoru w kwasach beztlenowych. Miedź może rozpuszczać się w kwasach tylko wtedy, gdy jest jednocześnie utleniana, na przykład w kwasie azotowym lub stężonym kwasie siarkowym:

ZCu + 8HNO 3 \u003d ZCu (NO 3) 2 + 2NO + 4H 2O

Cu + 2H2S04 \u003d CuSO4 + SO2 + 2H2O

Fluor, chlor i brom reagują z miedzią, tworząc odpowiednie dihalogenki, na przykład:

Cu + Cl2 = CuCl2

Gdy podgrzany proszek miedzi reaguje z jodem, otrzymuje się jodek Cu(I) lub monojodek miedzi:

2Cu + I 2 \u003d 2CuI

Miedź spala się w oparach siarki, tworząc monosiarczek CuS. W normalnych warunkach nie wchodzi w interakcję z wodorem. Jeśli jednak próbki miedzi zawierają mikrozanieczyszczenia tlenku Cu 2 O, to w atmosferze zawierającej wodór, metan lub tlenek węgla tlenek miedzi ulega redukcji do metalu:

Cu2O + H2 \u003d 2Cu + H2O

Cu2O + CO \u003d 2Cu + CO2

Uwolnione opary wody i CO 2 powodują pojawienie się pęknięć, co gwałtownie pogarsza właściwości mechaniczne metalu („choroba wodorowa”). Jednowartościowe sole miedzi - chlorek CuCl, siarczyn Cu 2 SO3, siarczek Cu 2 S i inne - z reguły są słabo rozpuszczalne w wodzie. W przypadku miedzi dwuwartościowej istnieją sole prawie wszystkich znanych kwasów; najważniejsze z nich to siarczan CuSO 4, chlorek CuCl 2, azotan Cu (NOz) 2. Wszystkie dobrze rozpuszczają się w wodzie, a po uwolnieniu z niej tworzą krystaliczne hydraty, na przykład CuCl 2 * 2H 2 O, Cu (NO3 ) 2 * 6H 2 O, Cu80 4 -5H 2 0. Kolor soli jest od zielonego do niebieskiego, ponieważ jon Cu w wodzie jest uwodniony i ma postać niebieskiego jonu wodnego [Cu (H 2 O) 6 ] 2+, która określa barwę roztworów soli miedzi dwuwartościowej.

Jedną z najważniejszych soli miedzi - siarczan - otrzymuje się przez rozpuszczenie metalu w podgrzanym rozcieńczonym kwasie siarkowym podczas przedmuchiwania powietrzem:

2Сu + 2Н 2 SO 4 + O 2 = 2СuSO 4 + 2Н 2 O

Bezwodny siarczan jest bezbarwny; dodając wodę zamienia się w siarczan miedzi CuSO 4 -5H 2 O - lazurowe przezroczyste kryształy. Ze względu na zdolność siarczanu miedzi do zmiany koloru po zwilżeniu, służy do wykrywania śladowych ilości wody w alkoholach, eterach, benzynach itp.

Gdy sól dwuwartościowej miedzi oddziałuje z zasadą, powstaje objętościowy osad o niebieskim zabarwieniu - wodorotlenek Cu (OH) 2. Jest amfoteryczny: rozpuszcza się w stężonych zasadach, tworząc sól, w której miedź występuje w postaci anionu, na przykład:

Cu (OH) 2 + 2KOH \u003d K 2 [Cu (OH) 4]

W przeciwieństwie do metali alkalicznych miedź charakteryzuje się tendencją do tworzenia kompleksów - jony Cu i Cu 2+ w wodzie mogą tworzyć jony złożone z anionami (Cl -, CN -), cząsteczkami obojętnymi (NH 3) i niektórymi związkami organicznymi. Kompleksy te z reguły są jaskrawo zabarwione i łatwo rozpuszczalne w wodzie.

Odbiór i wniosek. W XIX wieku miedź była wytapiana z rud zawierających co najmniej 15% metalu. Obecnie bogate rudy miedzi są praktycznie wyczerpane, więc miedź Ch. arr. otrzymywany z rud siarczkowych zawierających tylko 1-7% miedzi. Wytapianie metali to długi i wieloetapowy proces.

Po flotacyjnej obróbce pierwotnej rudy, koncentrat zawierający siarczki żelaza i miedzi umieszczany jest w piecach płomiennych huty miedzi nagrzanych do 1200°C. Koncentrat topi się, tworząc tzw. kamień zawierający stopioną miedź, żelazo i siarkę, a także stałe żużle krzemianowe, które wypływają na powierzchnię. Wytopiony kamień w postaci CuS zawiera około 30% miedzi, reszta to siarczek żelaza i siarka. Kolejnym etapem jest przemiana matowego w tzw. miedź konwertorowa, która jest przeprowadzana w poziomych piecach konwertorowych przedmuchiwanych tlenem. FeS jest najpierw utleniany; w celu związania powstałego tlenku żelaza do konwertora dodaje się kwarc - w tym przypadku powstaje łatwo oddzielający się żużel krzemianowy. Następnie CuS utlenia się, zamieniając w metaliczną miedź i uwalnia się SO2:

CuS + O 2 \u003d Cu + SO 2

Po usunięciu SO 2 powietrzem pozostała w konwertorze miedź konwertorowa, zawierająca 97-99% miedzi, wlewana jest do form, a następnie poddawana czyszczeniu elektrolitycznemu. W tym celu wlewki miedzi konwertorowej, mające postać grubych płyt, zawiesza się w kąpielach elektrolitycznych zawierających roztwór siarczanu miedzi z dodatkiem H 2 SO 4 . Cienkie arkusze czystej miedzi są zawieszone w tych samych kąpielach. Służą one jako katody, podczas gdy odlewy z miedzi konwertorowej służą jako anody. Podczas przepływu prądu na anodzie miedź rozpuszcza się, a na katodzie - jej uwalnianie:

Cu - 2e = Cu 2+

Cu 2+ + 2e = Cu

Zanieczyszczenia, w tym srebro, złoto, platyna opadają na dno wanny w postaci mulistej masy (szlamu). Oddzielenie metali szlachetnych od osadu zwykle opłaca się za cały ten energochłonny proces. Po takiej rafinacji otrzymany metal zawiera 98-99% miedzi.

Miedź była od dawna stosowana w budownictwie: starożytni Egipcjanie budowali miedziane rury wodociągowe; dachy średniowiecznych zamków i kościołów pokrywano blachą miedzianą, np. słynny zamek królewski w Elsinore (Dania) pokryty jest blachą miedzianą. Monety i biżuteria zostały wykonane z miedzi. Ze względu na niski opór elektryczny miedź jest głównym metalem elektrotechniki: ponad połowa produkowanej miedzi jest wykorzystywana do produkcji przewodów elektrycznych do przesyłu wysokiego napięcia i kabli niskoprądowych. Nawet nieznaczne zanieczyszczenia miedzi prowadzą do wzrostu jej oporności elektrycznej i dużych strat energii elektrycznej.

Wysoka przewodność cieplna i odporność na korozję umożliwiają wytwarzanie z miedzi części wymienników ciepła, lodówek, aparatów próżniowych, rurociągów do pompowania olejów i paliw itp. Miedź jest również szeroko stosowana w galwanizacji przy nakładaniu powłok ochronnych na wyroby stalowe. Na przykład podczas niklowania lub chromowania przedmiotów stalowych wstępnie osadza się na nich miedź; w tym przypadku powłoka ochronna utrzymuje się dłużej i jest bardziej skuteczna. Miedź jest również wykorzystywana w galwanoplastyce (tj. podczas replikacji produktów poprzez uzyskanie ich lustrzanego odbicia), na przykład do produkcji metalowych matryc do drukowania banknotów, reprodukcji wyrobów rzeźbiarskich.

Znaczna ilość miedzi jest zużywana do produkcji stopów, które tworzy z wieloma metalami. Główne stopy miedzi są ogólnie podzielone na trzy grupy: brązy (stopy z cyną i innymi metalami innymi niż cynk i nikiel), mosiądze (stopy z cynkiem) i stopy miedziowo-niklowe. W encyklopedii znajdują się osobne artykuły na temat brązów i mosiądzów. Najbardziej znane stopy miedzi z niklem to miedzionikl, srebro niklowe, konstantan, manganin; wszystkie zawierają do 30-40% niklu i różne dodatki stopowe. Stopy te są stosowane w przemyśle stoczniowym, do produkcji części pracujących w podwyższonych temperaturach, w urządzeniach elektrycznych, a także do metalowych wyrobów gospodarstwa domowego zamiast srebra (sztućce).

Związki miedzi były i są wykorzystywane na różne sposoby. Tlenek i siarczan miedzi dwuwartościowej stosuje się do produkcji niektórych rodzajów włókien sztucznych oraz do wytwarzania innych związków miedzi; CuO i Cu 2 O są wykorzystywane do produkcji szkła i emalii; Сu(NOz) 2 - druk perkalu; СuСl 2 - składnik farb mineralnych, katalizator. Farby mineralne zawierające miedź znane są od czasów starożytnych; na przykład analiza starożytnych fresków w Pompejach i malowideł ściennych na Rusi wykazała, że ​​skład farb zawierał zasadowy octan miedzi Cu (OH) 2 * (CH3COO) 2 Cu 2, to on pełnił funkcję jasnego zielona farba, zwana w Rosji verdigris.

Miedź należy do tzw. biopierwiastki niezbędne do prawidłowego rozwoju roślin i zwierząt. W przypadku braku lub niedoboru miedzi w tkankach roślin zmniejsza się zawartość chlorofilu, liście żółkną, rośliny przestają owocować i mogą zamierać. Dlatego wiele soli miedzi jest zawartych w nawozach miedziowych, na przykład siarczan miedzi, nawozy miedziowo-potasowe (siarczan miedzi zmieszany z KSD). Sole miedzi są również wykorzystywane do zwalczania chorób roślin. Od ponad stu lat używa się do tego celu płynu Bordeaux, zawierającego zasadowy siarczan miedzi [Cu (OH) 2 ]3CuSO 4; weź to z reakcji:

4CuSO 4 + 3Ca(OH) 2 = CuSO 4 * 3Cu(OH) 2 + 3CaSO 4

Galaretowaty osad tej soli dobrze pokrywa liście i utrzymuje się na nich przez długi czas, chroniąc roślinę. Cu 2 O, chlorek miedzi 3Cu (OH) 2 * CuCl 2, a także fosforan miedzi, boran i arsenian miedzi mają podobne właściwości.

W organizmie człowieka miedź wchodzi w skład niektórych enzymów i bierze udział w procesach hematopoezy i utleniania enzymatycznego; średnia zawartość miedzi w ludzkiej krwi wynosi około 0,001 mg/l. W organizmach zwierząt niższych miedzi jest znacznie więcej, np. hemocyjanina, barwnik krwi mięczaków i skorupiaków, zawiera do 0,26% miedzi. Średnia zawartość miedzi w organizmach żywych wynosi 2-10 - 4% wagowych.

Dla ludzi związki miedzi są w większości toksyczne. Pomimo faktu, że miedź jest częścią niektórych preparatów farmaceutycznych, jeśli dostanie się do żołądka z wodą lub pokarmem w dużych ilościach, może spowodować poważne zatrucie. Osoby pracujące przez długi czas przy wytapianiu miedzi i jej stopów często zapadają na „gorączkę miedziową” – temperatura wzrasta, pojawiają się bóle żołądka, zmniejsza się czynność życiowa płuc. Jeśli sole miedzi dostaną się do żołądka, przed przybyciem lekarza należy go natychmiast przepłukać i zażyć środek moczopędny.

Wniosek.

Metale służą jako główny materiał konstrukcyjny w inżynierii mechanicznej i produkcji instrumentów. Wszystkie mają wspólne tak zwane właściwości metaliczne, ale każdy pierwiastek wykazuje je zgodnie ze swoją pozycją w układzie okresowym D. I. Mendelejewa, tj. zgodnie z cechami strukturalnymi swojego atomu.

Metale aktywnie oddziałują z utleniaczami elementarnymi o wysokiej elektroujemności (halogeny, tlen, siarka itp.), dlatego rozważając ogólne właściwości pierwiastków metalicznych, należy wziąć pod uwagę ich aktywność chemiczną w stosunku do niemetali, ich rodzaje składu związków i form wiązań chemicznych, ponieważ determinuje to nie tylko przebieg procesów metalurgicznych podczas ich wytwarzania, ale także zachowanie się metali w warunkach eksploatacji.

Dziś, gdy gospodarka rozwija się w szybkim tempie, istnieje zapotrzebowanie na budynki prefabrykowane, które nie wymagają znacznych inwestycji. Jest to niezbędne głównie do budowy pawilonów handlowych, centrów rozrywki, magazynów. Dzięki zastosowaniu konstrukcji metalowych takie budynki można teraz nie tylko łatwo i szybko postawić, ale równie łatwo zdemontować po zakończeniu okresu najmu lub przenieść w inne miejsce. Co więcej, nie jest trudno doprowadzić komunikację, ogrzewanie i światło do tak łatwo wznoszonych budynków. Budynki wykonane z konstrukcji metalowych wytrzymują trudne warunki natury, nie tylko pod względem warunków temperaturowych, ale także, co nie mniej ważne z punktu widzenia aktywności sejsmologicznej, gdzie budowanie konstrukcji murowanych nie jest łatwe i nie jest bezpieczne.

Asortyment konstrukcji metalowych oferowanych obecnie przez przemysł jest łatwy w transporcie i może być podnoszony przez dowolne dźwigi. Połączenie i montaż takich konstrukcji można wykonać zarówno za pomocą śrub, jak i spawania. Wygląd lekkich konstrukcji metalowych, które są produkowane i dostarczane w kompleksie, odgrywają dużą pozytywną rolę w budowie budynków użyteczności publicznej w porównaniu z budową budynków żelbetowych i znacznie skracają czas pracy.

Bibliografia.

1. Chomczenko GP Podręcznik do chemii dla studentów. - 3. wydanie-M .: New Wave Publishing LLC, ONIKS Publishing House CJSC, 1999.-464 s.

2. A.S. Jegorowa. Chemia. Przewodnik dla kandydatów na uniwersytety - wydanie 2 - Rostów n / D: wydawnictwo "Phoenix", 1999. - 768 s.

3. Frołow V.V. Chemia: Podręcznik dla specjalnych uniwersytetów inżynierskich. - wydanie trzecie, poprawione. i dodatkowe - M.: Szkoła Wyższa, 1986.-543 s.

Wzmacnia swoją aprobatą błędną lub nie do końca trafną odpowiedź ucznia. 1.2 Doskonalenie szkolnego eksperymentu chemicznego w nauczaniu problemowym 1.2.1 Zasady opracowywania systemu metodycznego i treści eksperymentów z chemii w systemie nauczania problemowego Cechą charakterystyczną uczenia rozwojowego jest powszechne stosowanie podejście, które obejmuje stworzenie...

obiektywnie istniejący związek między pierwiastkami chemicznymi. Dlatego został nazwany przez Mendelejewa „naturalnym” systemem elementów. Prawo okresowości nie ma sobie równych w historii nauki. Zamiast oddzielnych, niezwiązanych ze sobą substancji, nauka miała do czynienia z jednym harmonijnym systemem, który łączył wszystkie pierwiastki chemiczne w jedną całość. Mendelejew wskazał drogę ukierunkowanych poszukiwań w chemii...