Характеристика и основные химические свойства металлов. Строение валентных уровней и валентности d-металлов

Страницы работы

9 страниц (Word-файл)

Фрагмент текста работы

ЛЕКЦИЯ  15

Общие свойства металлов и сплавов. Распространение и формы нахождения металлических элементов в природе. Электронные семейства металлов. Отношение металлов к элементарным окислителям, к воде, водяному пару, к кислотам и щелочам. Способы получения металлов.

МЕТАЛЛЫ, простые вещества, обладающие в обычных условиях характерными свойствами: высокой электропроводностью и теплопроводностью, отрицательным температурным коэффициентом электропроводности, способностью хорошо отражать электромагнитные волны (блеск и непрозрачность), пластичностью. Металлы в твёрдом состоянии имеют кристаллическое строение. В парообразном состоянии металлы одноатомны.

Перечисленные выше характерные свойства металлов обусловлены их электронным строением. Атомы металлов легко отдают внешние (валентные) электроны. В кристаллической решётке металла не все электроны связаны со своими атомами. Некоторая их часть (~ 1 на атом) подвижна. Эти электроны могут более или менее свободно перемещаться по металлу. Существование свободных электронов (электронов проводимости) в металле объясняется зонной теорией. Металл можно представить себе в виде остова из положительных ионов, погружённого в «электронный газ». Последний компенсирует силы электростатического отталкивания между положительными ионами и  тем самым  связывает их в твёрдое тело (металлическая связь).

Из известных 116 химических элементов лишь 22 - неметаллы. Если в длинном или полудлинном варианте периодической системы элементов Менделеева провести прямую линию от бора до астата, то можно считать, что неметаллы расположены на этой линии и справа от неё, а металлы - слева.

Металлический блеск присущ только компактным металлическим образцам. Тончайшие листки Ag и Аu (толщиной 10÷4 мкм) просвечивают голубовато-зелёным цветом. Мельчайшие порошки металлов часто имеют чёрный или черно-серый цвет. Некоторые металлы (Zn, Sb, Bi) при комнатной температуре хрупки и становятся пластичными только при нагревании.

Некоторые свойства металлов приведены в табл. 15.1

Таблица 15.1

Характеристика и основные химические свойства металлов

Металлы –  s-элементы I и II групп, все d- и f-элементы, а также р-элементы главных подгрупп: III (кроме бора), IV (Ge,Sn,Pb), V (Sb, Bi) и VI (Po).  Проявляют только положительную окисленность – только восстановители. Связь – металлическая. Плотность – от 0,53 (Li) до 22,6 г/см3 (у Os). Температура пл. от  -38,9 °С (Hg) до 3390 °С (W). Твердость связана с переходом от чисто металлической (у щелочных металлов) к все большему содержанию ковалентной связи. Самый твердый металл - хром (режет стекло). Строение – кристаллическое (обычно кубическая решетка и гексагональная)

с Н2

Са+Н2=СаН2 (Соли щ. и щ-з. металлов, белые, кристаллические). Разлагаются при нагревании на металл и кислород. С водой: СаН2+2Н2О = Са(ОН)2+2Н2  Гидриды титана, ванадия, хрома – металлобразные (проводимость и металлический блеск, но очень хрупки). Гидриды цинка и алюминия – полимерные (водородные мостики)

c металлами

Сплавы, твердые растворы и интерметаллиды (Na2Sb, FeSbx (x=0,72¸0,92), CuZn, CuZn3, Na2Pb, Na2Pb5). AlSb и InSb используются как полупроводники

с галогенами

Са+Cl2=CaCl2; 2Fe+3Cl2(влажный)= 2FeCl3

с O2

Обычно металлы с кислородом образуют оксиды основные, когда ст. окисления металла =1,2 (кроме Be,Zn) (Li2O, CaO, FeO, NiO), амфотерные при ст. ок. = 3,4 (Al2O3, Cr2O3, PbO2), кислотные при ст. ок. 4¸7 (CrO3, Mn2O7).

Натрий при горении: 2Na+O2=Na2O2 (пероксид) Калий – K+O2=KO2 (надпероксид). Железо – 3Fe+2O2=Fe3O4 (железная окалина).

c S

Zn+S=ZnS (Сульфид). Известны полисульфиды – FeS2, Na2Sn, где n изменяется от 2 для лития до 5 для натрия и 6 для остальных щелочных металлов

c N2

6Li+N2=2Li3N (нитрид)

c P

3Са+2Р = Са3Р2 (фосфид)

c C

2Li+2C =Li2C2; Mg+2C =MgC2 (карбиды – ацетилиды)

Al+C=Al4C3 (карбид – метанид)*

c Si

6Li+2Si=Li6Si2   2Mg+Si= Mg2Si**(силициды)

с В

образуются бориды, используемые в радиоэлектронике, а также в ядерной технике в качестве материалов для регулирования нейтронного излучения и защиты от него

c H2O

2Na+2H2O=2NaOH+H2; Ca+2H2O=Ca(OH)2+H2; 3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2

со спиртом

2Na+2C2H5OH = 2C2H5ONa+H2 (алкоголяты)

с основн. и амф. оксидами.

Mg+CuO=MgO+Cu; Cr2O3+2Al=2Cr+Al2O3;

(с пероксидом) Na2O2+2Na=2Na2O

с кисл. оксид.

2Mg+CO2=2MgO+C

с основаниями

Как правило, металлы с основаниями не взаимодействуют, за исключением активных и амфотерных металлов: 2NaOH(расплав)+2Na=2Na2O+H2

2Al+2H2O+2NaOH = 2NaAlO2+3H2 (в расплаве)

2Al+10H2O+2NaOH = 2Na[Al(OH)4(H2O)2] +3H2 (в водном растворе)

с кислотами

Металлы, стоящие в ряду активности до водорода с неокислительными кислотами: Zn+2HCl=ZnCl2+H2

С окислительными кислотами: с концентрированными азотной и серной

Похожие материалы

Информация о работе