Химические свойства металлов

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 1046.

Металлы – активные восстановители с положительной степенью окисления. Благодаря химическим свойствам металлы широко используются в промышленности, металлургии, медицине, строительстве.

Активность металлов

В реакциях атомы металлов отдают валентные электроны и окисляются. Чем больше энергетических уровней и меньше электронов имеет атом металла, тем легче ему отдавать электроны и вступать в реакции. Поэтому металлические свойства увеличиваются сверху вниз и справа налево в таблице Менделеева.

Рис. 1. Изменение металлических свойств в таблице Менделеева.

Активность простых веществ показана в электрохимическом ряду напряжений металлов. Слева от водорода находятся активные металлы (активность увеличивается к левому краю), справа – неактивные.

Наибольшую активность проявляют щелочные металлы, находящиеся в I группе периодической таблицы и стоящие левее водорода в электрохимическом ряду напряжений. Они вступают в реакцию со многими веществами уже при комнатной температуре. За ними идут щелочноземельные металлы, входящие во II группу. Они реагируют с большинством веществ при нагревании. Металлы, находящиеся в электрохимическом ряду от алюминия до водорода (средней активности) требуют дополнительных условий для вступления в реакции.

Рис. 2. Электрохимический ряд напряжений металлов.

Некоторые металлы проявляют амфотерные свойства или двойственность. Металлы, их оксиды и гидроксиды реагируют с кислотами и основаниями. Большинство металлов реагирует только с некоторыми кислотами, замещая водород и образуя соль. Наиболее ярко выраженные двойственные свойства проявляют:

алюминий;
свинец;
цинк;
железо;
медь;
бериллий;
хром.

Каждый металл способен вытеснять стоящий правее него в электрохимическом ряду другой металл из солей. Металлы, находящиеся слева от водорода, вытесняют его из разбавленных кислот.

Свойства

Особенности взаимодействия металлов с разными веществами представлены в таблице химических свойств металлов.

Реакция	Особенности	Уравнение
С кислородом	Большинство металлов образует оксидные плёнки. Щелочные металлы самовоспламеняются в присутствии кислорода. При этом натрий образует пероксид (Na₂O₂), остальные металлы I группы – надпероксиды (RO₂). При нагревании щелочноземельные металлы самовоспламеняются, металлы средней активности – окисляются. Во взаимодействие с кислородом не вступают золото и платина	– 4Li + O₂ → 2Li₂O; – 2Na + O₂ → Na₂O₂; – K + O₂ → KO₂; – 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃; – 2Cu + O₂ → 2CuO
С водородом	При комнатной температуре реагируют щелочные, при нагревании – щелочноземельные. Бериллий не вступает в реакцию. Магнию дополнительно необходимо высокое давление	– Sr + H₂ → SrH₂; – 2Na + H₂ → 2NaH; – Mg + H₂ → MgH₂
С азотом	Только активные металлы. Литий вступает в реакцию при комнатной температуре. Остальные металлы – при нагревании	– 6Li + N₂ → 2Li₃N; – 3Ca + N₂ → Ca₃N₂
С углеродом	Литий и натрий, остальные – при нагревании	– 4Al + 3C → Al₃C4; – 2Li+2C → Li₂C₂
С серой	Не взаимодействуют золото и платина	– 2K + S → K₂S; – Fe + S → FeS; – Zn + S → ZnS
С фосфором	При нагревании	3Ca + 2P → Ca₃P₂
С галогенами	Не реагируют только малоактивные металлы, медь – при нагревании	Cu + Cl₂ → CuCl₂
С водой	Щелочные и некоторые щелочноземельные металлы. При нагревании, в условиях кислой или щелочной среды реагируют металлы средней активности	– 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑; – Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂; – Pb + H₂O → PbO + H₂↑
С кислотами	Металлы слева от водорода. Медь растворяется в концентрированных кислотах	– Zn + 2HCl → ZnCl₂ + 2H₂↑; – Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑; – Cu + 2H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂↑ +2H₂O
Со щелочами	Только амфотерные металлы	2Al + 2KOH + 6H₂O → 2K[Al(OH)₄] + 3H₂↑
С солями	Активные замещают менее активные металлы	3Na + AlCl₃ → 3NaCl + Al

Металлы взаимодействуют между собой и образуют интерметаллические соединения – 3Cu + Au → Cu₃Au, 2Na + Sb → Na₂Sb.

Применение

Общие химические свойства металлов используются для создания сплавов, моющих средств, применяются в каталитических реакциях. Металлы присутствуют в аккумуляторах, электронике, в несущих конструкциях.

Основные отрасли применения указаны в таблице.

Отрасль	Производство	Металлы
Химическая промышленность	Катализаторы, соли, щёлочи	Pt, Fe, Ni, K
Пищевая промышленность	Поваренная соль (NaCl), сода (Na₂CO₃, NaHCO₃)	Na, Ca, Ag
Металлургия	Сплавы, покрытия, детали разной формы, проволока, облицовка, строительные материалы и инструменты	Fe, Cr, Ni, W, Mo
Приборостроение	Микросхемы, фотоэлементы, датчики	Cs, Co, Ni, Cu
Ювелирная промышленность	Украшения	Au, Pt, Ag
Медицина	Протезы	Ti, Ni, Au

Что мы узнали?

Из урока 9 класса химии узнали об основных химических свойствах металлов. Возможность взаимодействовать с простыми и сложными веществами определяет активность металлов. Чем активнее металл, тем легче он вступает в реакцию при обычных условиях. Активные металлы реагируют с галогенами, неметаллами, водой, кислотами, солями. Амфотерные металлы взаимодействуют со щелочами. Малоактивные металлы не реагируют с водой, галогенами, большинством неметаллов. Кратко рассмотрели отрасли применения. Металлы используются в медицине, промышленности, металлургии, электронике.