WWW.DOCX.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Интернет материалы
 

«1.Положение металлов в периодической таблице Если в периодической таблице элементов Д.И.Менделеева провести диагональ от бериллия к астату, то слева внизу по диагонали ...»

1.Положение металлов в периодической таблице

Если в периодической таблице элементов Д.И.Менделеева провести диагональ от бериллия к астату, то слева внизу по диагонали будут находиться элементы-металлы (к ним же относятся элементы побочных подгрупп), а справа вверху – элементы-неметаллы. Элементы, расположенные вблизи диагонали (Be, Al, Ti, Ge, Nb, Sb и др.), обладают двойственным характером.

К элементам - металлам относятся s - элементы I и II групп, все d- и f - элементы, а также p- элементы главных подгрупп: III (кроме бора), IV (Ge, Sn, Pb), V (Sb,Bi) и VI (Po). Наиболее типичные элементы – металлы расположены в начале периодов (начиная со второго).

Общие свойства металлов. Виды кристаллических решеток.

Атомная ионная металлическая

ристаллические решетки металлического типа содержат в узлах положительно заряженные ионы и нейтральные атомы; между ними передвигаются относительно свободные электроны.

Общие физические свойства

Объясняются особым строением кристаллической решетки - наличием свободных электронов ("электронного газа").

- Пластичность - способность изменять форму при ударе, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы. В ряду Au,Ag,Cu,Sn,Pb,Zn,Fe уменьшается.

- Блеск, обычно серый цвет и непрозрачность. Это связано со взаимодействием свободных электронов с падающими на металл квантами света.

- Электропроводность.Объясняется направленным движением свободных электронов от отрицательного полюса к положительному под влиянием небольшой разности потенциалов. В ряду Ag,Cu,Al,Fe уменьшается.

При нагревании электропроводность уменьшается, т.к. с повышением температуры усиливаются колебания атомов и ионов в узлах кристаллической решетки, что затрудняет направленное движение "электронного газа".

- Теплопроводность. Закономерность та же. Обусловлена высокой подвижностью свободных электронов и колебательным движением атомов, благодаря чему происходит быстрое выравнивание температуры по массе металла. Наибольшая теплопроводность - у висмута и ртути.

- Твердость. Самый твердый – хром (режет стекло); самые мягкие – щелочные металлы – калий, натрий, рубидий и цезий – режутся ножом.- Плотность. Она тем меньше, чем меньше атомная масса металла и чем больше радиус его атома (самый легкий - литий (r=0,53 г/см3); самый тяжелый – осмий (r=22,6 г/см3). Металлы, имеющие r < 5 г/см3 считаются "легкими металлами".

- Температуры плавления и кипения. Самый легкоплавкий металл – ртуть (т.пл. = -390C), самый тугоплавкий металл – вольфрам (t0пл. = 33900C).

Металлы с t0пл. выше 10000C считаются тугоплавкими, ниже – низкоплавкими.

Общие химические свойства металлов

По своим химическим свойствам все металлы являются восстановителями, все они сравнительно легко отдают валентные электроны, переходят в положительно заряженные ионы, то есть окисляются. Восстановительную активность металла в химических реакциях, протекающих в водных растворах, отражает его положение в электрохимическом ряду напряжений металлов, или ряду стандартных электродных потенциалов металлов.

Чем левее стоит металл в ряду стандартных электродных потенциалов, тем более сильным восстановителем он является, самый сильный восстановитель – металлический литий, золото – самый слабый, и, наоборот, ион золото (III) – самый сильный окислитель, литий (I) – самый слабый.

Каждый металл способен восстанавливать из солей в растворе те металлы, которые стоят в ряду напряжений после него, например, железо может вытеснять медь из растворов ее солей. Однако следует помнить, что металлы щелочных и щелочно-земельных металлов будут взаимодействовать непосредственно с водой.





Металлы, стоящее в ряду напряжений левее водорода, способны вытеснять его из растворов разбавленных кислот, при этом растворяться в них.Восстановительная активность металла не всегда соответствует его положению в периодической системе, потому что при определении места металла в ряду учитывается не только его способность отдавать электроны, но и энергия, которая затрачивается на разрушение кристаллической решетки металла, а также энергия, затрачиваемая на гидратацию ионов.

Сильные восстановители: Me0 – ne - Men+

I. Реакции с неметаллами

С кислородом: 2Mg+ O2 = 2MgO

С серой: Hg + S =HgS

С галогенами: Ni + Cl2 = NiCl2

С азотом: 3Ca + N2 = Ca3N2

С фосфором: 3Ca + 2P = Ca3P2

С углеродом: 4Al + 3C = Al4C3.

С водородом (реагируют только щелочные и щелочноземельные металлы): образуют ионные гидриды – солеподобные вещества, в которых водород имеет степень окисления -1.

2Li + H2 = 2LiH Ca + H2 =CaH2

II. Реакции с кислотами

Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до H восстанавливают кислоты-неокислители до водорода:

Mg + 2HCl = MgCl2 + H2

2Al+ 6HCl =2AlCl3 + 3H2

6Na + 2H3PO4 =2Na3PO4 + 3H2

III. Взаимодействие с водой

Активные (щелочные и щелочноземельные металлы) образуют растворимое основание и водород:

2Na+ 2H2O = 2NaOH + H2 Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2

Металлы средней активности окисляются водой при нагревании до оксида:

Zn + H2O = ZnO + H2

Неактивные (Au, Ag, Pt) - не реагируют.

Вытеснение более активными металлами менее активных металлов из растворов их солей: Fe+ CuSO4= Cu + FeSO4

Металлы могут растворяться друг в друге при высокой температуре без взаимодействия, образуя сплавы.

Коррозия металлов

Металл служит примером прочности. Недаром, когда хотят подчеркнуть это свойство, говорят: «Прочный как сталь». С понятием «металл» связано представление о чем-то неизменном, прочном, твердом. Но это не всегда так. Под влиянием внешней среды металлы окисляются и в результате разрушаются. Это и называется коррозией.

Какова же причина разрушения металлов? Все они, за исключением золота, серебра и платины, встречаются в природе в виде соединений, которые образуют минералы и горные породы. Существование металлов в свободном состоянии энергетически менее выгодно. Чтобы получить их в чистом виде, необходимо затратить энергию, в основном тепловую. Из естественного природного состояния их переводят в металлическое. Металлы, корродируя, возвращаются в энергетически выгодное состояние оксидов.Коррозия бывает двух видов: химическая и электрохимическая.

Химическая коррозия

Кислород воздуха взаимодействует с поверхностным слоем металла, при этом образуется оксидная пленка. Она образуется в условиях сухого воздуха и при комнатной температуре, и при нагревании. Такую коррозию называют химической. Пленка может быть прочной и препятствовать дальнейшему процессу коррозии. Такие прочные пленки образуются на поверхности алюминия и цинка. Но есть и рыхлые пленки, которые не предохраняют металл от разрушения, как, например, у оксидов щелочных металлов. Так, поверхность только что отрезанного кусочка натрия на глазах мутнеет, образуется рыхлая, с трещинами пленка, свободно пропускающая к поверхности металла кислород воздуха, а также другие газы и пары воды.

Быстрое окисление на воздухе металлического натрия или кальция – пример химической коррозии.

Проведем опыт по исследованию пленок. Очистим поверхность металлической пластинки и начнем нагревать. Постепенно на поверхности появляются так называемые цвета побежалости, т. е. поверхность пластинки окрашивается во все цвета радуги. Это появляются пленки различной толщины, они по-разному преломляют свет.

Протекающие при химической коррозии окислительно-восстановительные процессы осуществляются путем непосредственного перехода электронов на окислитель. Примерами химической коррозии являются реакции металлов с кислородом, хлором, оксидами серы.

В результате такой коррозии сильно разрушаются многие важные детали инженерных конструкций (газовые турбины, сопла ракетных двигателей, арматура печей и т. д.).

Электрохимическая коррозия

Этот вид коррозии проходит в среде, проводящей электрический ток.

Многие металлические предметы, которые мы используем в быту, не подвергаются видимой коррозии, в то время как потерянный ключ быстро ржавеет. Следовательно, электрохимическая коррозия зависит от внешних условий (состава и концентрации электролита). Скорость разрушения разных металлов различна.

Электрохимическая коррозия наблюдается и в том случае, когда контактируют металлы, находящиеся в ряду напряжений на некотором расстоянии друг от друга. Так, если при изготовлении изделия из листового железа используют медные заклепки, то в присутствии влаги они будут играть роль катода, а железный лист станет анодом и, следовательно, будет разрушаться.

Коррозионное разрушение металла в растворах электролитов можно рассматривать как результат работы большого количества микроскопических гальванических элементов, у которых катодами служат посторонние примеси в металле, а анодом сам металл.

Для работы гальванического элемента необходимо наличие двух металлов различной химической активности и среды, проводящей электрический ток, – электролита. При этом сила проявляющегося тока тем больше, чем дальше стоят металлы в ряду напряжений друг от друга. Поток электронов идет от более активного металла к менее активному, являющемуся катодом. В этих случаях химическая энергия окислительно-восстановительных процессов гальванического элемента переходит в электрическую.

Примеры коррозии

1. Консервная банка (луженое железо) представляет собой гальваническую пару железо–олово. Пока банка герметически закрыта, контактная пара не находится в среде, проводящей электрический ток, и банка может не подвергаться коррозии длительное время. Известен случай, когда консервная банка пролежала в земле около ста лет и не подверглась коррозии. Но стоит банку вскрыть, как незамедлительно начинается всепожирающий процесс коррозии. При этом электроны от железа, как более активного металла, переходят на олово. Между поверхностью оловянного покрытия и раствором возникает разность потенциалов. Ионы водорода из воды или кислоты собираются на поверхности малоактивного металла, где восстанавливаются с помощью электронов, идущих от растворяющегося железа. Чем более кислый раствор, тем коррозия интенсивней. В этом случае «работает» гальванический элемент. Железо служит растворимым анодом, а олово – катодом:

анод: Fe0 – 2e = Fe2+, катод: 2Н+ + 2e = Н2.

Ржавление железа – сложный процесс, в результате которого на поверхности образуется ржавчина. Упрощенный состав ржавчины, рыхлой массы красно-коричневого цвета, – гидроксид железа(III): Fe2+ + 2OH– = Fe(OH)2, 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3.

2. Основа оцинкованного ведра – железо, поверхность – серебристо-белый блестящий металл. По мере использования поверхность ведра покрывается буровато-беловатыми пятнами, разводами. Цинк в данной гальванической паре, как более активный металл, будет являться анодом и в присутствии среды, проводящей электрический ток, будет разрушаться, железо же не ржавеет. Поэтому оцинкованные ведра сравнительно недороги и служат долго.

Состав бело-бурых пятен – в основном гидроксид цинка. Химизм процесса:

анод: Zn0 – 2e = Zn2+, катод: 2Н+ + 2e = Н2. Zn2+ + 2OH– = Zn(OH)2.

«Стригущий лишай цинковых покрытий» – это картина одного из видов коррозии цинка, внешне очень похожая на известное грибковое заболевание. Замечено, что в помещениях цинк корродирует быстрее, чем на открытой ветрам и дождям оцинкованной крыше. Происходит это потому, что продукты коррозии (оксид, гидроксид и карбонат цинка) не смываются дождями. Образовавшиеся отложения «белой ржавчины» впитывают влагу, и на оцинкованной поверхности разрастаются светлые пятна. Интересно еще одно обстоятельство: мягкая вода вызывает более сильную коррозию этого металла, чем вода, содержащая в большом количестве соли жесткости. Жесткая вода действует менее агрессивно, т. к. осадок карбонатов образует на цинковой поверхности довольно прочное защитное покрытие.

Исходя из положения элемента в периодической системе, можно заранее сказать, какими химическими, а следовательно, и коррозионными свойствами он обладает. Под термином «коррозионные свойства» понимается, как легко данный элемент окисляется, какова устойчивость образующихся оксидов по отношению к воде, растворам солей и различных газов.

Так, в I группе в побочной подгруппе расположены металлы, весьма стойкие в коррозионном отношении. Это медь, серебро, золото, причем их коррозионная стойкость повышается с увеличением атомной массы.

Во II группе также более устойчивы металлы побочной подгруппы: цинк, кадмий, ртуть. На их поверхности в присутствии кислорода образуется тонкая, довольно прочная пленка оксидов, предохраняющая от дальнейшего процесса разрушения.

В III группе из технически важных металлов находится алюминий – это химически активный металл. Он легко окисляется кислородом воздуха, вследствие чего на его поверхности образуется тонкая стекловидная пленка. Но эта пленка обладает высокими защитными свойствами.

В IV группе находятся коррозионностойкие металлы – олово, свинец, стойкость которых тоже объясняется образованием прочных защитных пленок.

Металлы, находящиеся в четных рядах больших периодов, в V, VI и VII группах, обладают высокой способностью к пассивации, а следовательно, большой коррозийной стойкостью. Это ванадий, хром, кобальт и др.

Наиболее коррозионностойкие металлы находятся в VIII группе, причем чем больше их атомная масса, тем больше их устойчивость. Следовательно, из металлов VIII группы наиболее коррозионностойкие осмий, иридий и платина.

Коррозия приводит к техногенному засорению нашей планеты. В настоящее время на земном шаре ежегодно выплавляется более 0,7 млрд т стали, а уничтожается коррозией от 10 до 25% этой величины. Средняя продолжительность жизни стальных изделий составляет около 15 лет. Таков же средний возраст изделий из многих цветных и черных металлов.

Знаменитая Эйфелева башня (7,3 тыс. т металлических конструкций) давно была бы уничтожена коррозией, если бы каждые 7 лет ее не покрывали краской. На окраску уже затрачены средства, превышающие стоимость самого сооружения.

Коррозия, подобно ненасытному дракону, сжирает миллиарды тонн железа и приносит громадный ущерб во всех странах. Никакие предохранительные покрытия, смазки, лаки, краски, использование сплавов не могут предотвратить болезни металлов – окисление, распыление, ржавление

Все применяемые методы защиты металлов можно разделить на три группы:

1) различные покрытия;

2) обработка среды, в которой металлы находятся;

3) электрохимические методы защиты.

Способы получения металлов

Существуют различные способы обогащения руды. Один из них флотация.

Для получения металлов из руд необходимо перевести металлы из руд в какую-нибудь единую форму, чаще всего в форму оксидов.

2CuS +3 O2 =2CuO + 2SO2 4FeS2 +11O2 =2Fe2O3 + 8SO2

Полученные оксиды можно восстанавливать несколькими способами.

1. Один из основных - это металлотермия.

- Алюмотермия ( алюминотермия)

Cr2O3 +2 Al = 2Al2O3 + 2Cr

- Магниетермия.

Fe2O3 +3Mg =3MgO + 2Fe

Можно проводить восстановление и другими веществами.

CuO + C Cu + CO

NiO + H2 Ni + H2O

2. Термическое разложение соединений металлов.

2AlH3 = 2Al + 3H2

Fe(CO)5 = Fe + 5 CO

TiI4 = Ti + 2I2

Этот метод применяется для получения высокочистых металлов.

3. Электролитическое получение металлов.

Металлы, особенно, активные можно получить при электролизе расплавов электролитов. Для щелочных металлов- это единственный способ их получения. Возможно получение металлов при электролизе водных растворов солей. Катионы металлов, расположенных в электрохимическом ряду напряжений до водорода, разряжаются на катоде в той или иной степени одновременно с молекулами воды. А в случае солей металлов, расположенных правее водорода, на катоде получается только соответствующий металл.

4. Более активный металл вытесняет менее активный из раствора его соли.

CuSO4 + Fe FeSO4 + Cu

В таких реакциях нельзя использовать щелочные и щелочноземельные металлы, потому что они реагируют с водой.




Похожие работы:

«Зарегистрировано в Минюсте России 25 июля 2012 г. N 25000МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИПРИКАЗ от 3 июля 2012 г. N 130ОБ УТВЕРЖДЕНИИ АДМИНИСТРАТИВНОГО РЕГЛАМЕНТАПРЕДОСТАВЛЕНИЯ МИНИСТЕРСТВОМ ЮСТИЦИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИГОСУДАРСТВЕННОЙ УСЛУГИ ПО ПРОСТАВЛЕНИЮ АПОСТИЛЯ НА...»

«Форсированный режим от первого лица Стрельба на бегу При обычных обстоятельствах Змей (Solid Snake – так зовут главного героя игры) может стрелять, только остановившись. Но если зажать одновременно клавиши "Fire" и "Crouch", то Змей будет...»

«АНАЛИЗ cтатьи, опубликованной в журнале "Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика" №7, 2015 Самоконтроль и самодиагностика резервированных цифро-аналоговых преобразователей и их моделирование М.Н. Селуянов, канд. техн. наук,...»

«Урок обобщения, систематизации и проверки знаний по теме: "Африка" 7 класс Цель: Обобщить, проверить и закрепить знания учащихся по теме: "Африка".Воспитание интереса к географии, любви к природе, формирование навыков работы с картой, учебником и другими источниками географических знаний. Тип урока: комбинированный с элементами аукциона, игры-пут...»

«Edward Yourdon Death March The Complete Software Developer's Guide to Surviving Mission Impossible Projects Prentice Hall, 1997, ISBN 0-13-748310-4 Эдвард Йордан "Смертельный марш" Полное руководство для разрабо...»

«Новые поступления книг и препринтов в библиотеку ИЯИ Выпуск № 3 (04.07.2017). КНИГИ 030 Б79 Большая российская энциклопедия. 30 : Сен-Жерменский мир 1679 – Социальное обеспечение. – 2015. – 66 с. : и...»

«Тарифы на перевод "Золотая Корона" без открытия счета Утверждены Решением Совета директоров АО "Altyn Bank" (ДБ АО "Народный Банк Казахстана") протокол заседания от 30 марта 2016 года № 30/03/16, Решением Комитета по управлению активами и пассивами АО "Altyn Bank" (ДБ АО "Народный Банк Казахстана") протокол заседания от 18 мая 20...»







 
2017 www.docx.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - интернет материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.