Cu është një metal aktiv. Metalet. Ndërveprimi i metaleve me tretësirat alkaline
Me metale nënkuptojmë një grup elementësh, të cilët paraqiten në formën e substancave më të thjeshta. Ata kanë vetitë karakteristike, përkatësisht përçueshmëri e lartë elektrike dhe termike, pozitive koeficienti i temperaturës rezistencë, duktilitet i lartë dhe shkëlqim metalik.
Vini re se nga 118 elementët kimikë që janë zbuluar deri më tani, sa më poshtë duhet të klasifikohen si metale:
- ndër grupin e metaleve alkaline tokësore ka 6 elementë;
- midis metaleve alkali ka 6 elemente;
- midis metaleve në tranzicion 38;
- në grupin e metaleve të lehta 11;
- Ekzistojnë 7 elemente midis gjysmëmetaleve,
- 14 midis lantanideve dhe lantanit,
- 14 në grupin e aktinideve dhe anemoneve të detit,
- Beriliumi dhe magnezi janë jashtë përkufizimit.
Bazuar në këtë, 96 elementë klasifikohen si metale. Le të hedhim një vështrim më të afërt se me çfarë reagojnë metalet. Meqenëse shumica e metaleve kanë një numër të vogël elektronesh nga 1 në 3 në nivelin e jashtëm elektronik, në shumicën e reaksioneve të tyre ata mund të veprojnë si agjentë reduktues (d.m.th., ata i japin elektronet e tyre elementeve të tjerë).
Reaksionet me elementet më të thjeshta
- Përveç arit dhe platinit, absolutisht të gjitha metalet reagojnë me oksigjen. Vini re gjithashtu se reaksioni ndodh me argjendin në temperatura të larta, por oksidi i argjendit (II) nuk formohet në temperatura normale. Në varësi të vetive të metalit, oksidet, superoksidet dhe peroksidet formohen si rezultat i reagimit me oksigjen.
Këtu janë shembuj të çdo edukimi kimik:
- oksid litiumi – 4Li+O 2 =2Li 2 O;
- superoksid kaliumi – K+O 2 =KO 2;
- peroksid natriumi – 2Na+O 2 =Na 2 O 2.
Për të marrë një oksid nga një peroksid, ai duhet të reduktohet me të njëjtin metal. Për shembull, Na 2 O 2 +2Na=2Na 2 O. Me metalet me aktivitet të ulët dhe mesatar, një reagim i ngjashëm do të ndodhë vetëm kur nxehet, për shembull: 3Fe+2O 2 =Fe 3 O 4.
- Metalet mund të reagojnë me azotin vetëm me metale aktive, megjithatë, në temperaturën e dhomës vetëm litiumi mund të reagojë, duke formuar nitride - 6Li+N 2 = 2Li 3 N, megjithatë, kur nxehen, ndodh reaksioni kimik i mëposhtëm: 2Al+N 2 = 2AlN, 3Ca+N 2 =Ca 3 N 2.
- Absolutisht të gjitha metalet reagojnë me squfurin, si me oksigjenin, me përjashtim të arit dhe platinit. Vini re se hekuri mund të reagojë vetëm kur nxehet me squfur, duke formuar sulfur: Fe+S=FeS
- Vetëm metalet aktive mund të reagojnë me hidrogjen. Këto përfshijnë metale të grupeve IA dhe IIA, përveç beriliumit. Reaksione të tilla mund të ndodhin vetëm kur nxehen, duke formuar hidride.
Meqenëse gjendja e oksidimit të hidrogjenit konsiderohet 1, atëherë metalet në në këtë rast veprojnë si agjentë reduktues: 2Na+H 2 =2NaH.
- Me karbonin reagojnë edhe metalet më aktive. Si rezultat i këtij reagimi, formohen acetilenide ose metanide.
Le të shqyrtojmë se cilat metale reagojnë me ujin dhe çfarë prodhojnë ata si rezultat i këtij reagimi? Acetilenet, kur reagojnë me ujë, japin acetilen, dhe metani do të fitohet si rezultat i reagimit të ujit me metanide. Këtu janë shembuj të këtyre reagimeve:
- Acetilen – 2Na+2C= Na 2 C 2 ;
- Metan - Na 2 C 2 + 2H 2 O = 2 NaOH + C 2 H 2.
Reagimi i acideve me metalet
Metalet gjithashtu mund të reagojnë ndryshe me acidet. Me të gjitha acidet reagojnë vetëm ato metale që janë në serinë e aktivitetit elektrokimik të metaleve deri në hidrogjen.
Le të japim një shembull të një reaksioni zëvendësimi që tregon se me çfarë reagojnë metalet. Në një mënyrë tjetër, ky reaksion quhet redoks: Mg+2HCl=MgCl 2 +H 2 ^.
Disa acide mund të ndërveprojnë edhe me metalet që vijnë pas hidrogjenit: Cu+2H 2 SO 4 =CuSO 4 +SO 2 ^+2H 2 O.
Vini re se një acid i tillë i holluar mund të reagojë me një metal sipas skemës klasike të dhënë më poshtë: Mg + H 2 SO 4 = MgSO 4 + H 2 ^.
Për shkak të pranisë së elektroneve të lira ("gaz elektronik") në rrjetën kristalore, të gjitha metalet shfaqin vetitë e përgjithshme karakteristike të mëposhtme:
1) Plastike– aftësia për të ndryshuar lehtësisht formën, shtrirjen në tel dhe rrokullisje në fletë të holla.
2) Shkëlqim metalik dhe turbullira. Kjo është për shkak të bashkëveprimit të elektroneve të lira me dritën që përplaset në metal.
3) Përçueshmëria elektrike. Shpjegohet me lëvizjen e drejtuar të elektroneve të lira nga poli negativ në atë pozitiv nën ndikimin e një ndryshimi të vogël potencial. Kur nxehet, përçueshmëria elektrike zvogëlohet, sepse Me rritjen e temperaturës, dridhjet e atomeve dhe joneve në nyjet e rrjetës kristal intensifikohen, gjë që ndërlikon lëvizjen e drejtimit të "gazit elektronik".
4) Përçueshmëri termike. Shkaktohet nga lëvizshmëria e lartë e elektroneve të lira, për shkak të së cilës temperatura barazohet shpejt mbi masën e metalit. Përçueshmëria më e lartë termike gjendet në bismut dhe merkur.
5) Fortësia. Më i vështiri është kromi (pret xhamin); metalet alkali më të buta - kaliumi, natriumi, rubidiumi dhe ceziumi - priten me thikë.
6) Dendësia. Sa më i vogël të jetë, aq më i vogël është masë atomike metali dhe rreze atomike më të mëdha. Më i lehtë është litiumi (ρ=0,53 g/cm3); më i rëndë është osmiumi (ρ=22,6 g/cm3). Metalet me densitet më të vogël se 5 g/cm3 konsiderohen "metale të lehta".
7) Pikat e shkrirjes dhe vlimit. Metali më i shkrirë është merkuri (mp = -39°C), metali më zjarrdurues është tungsteni (mp = 3390°C). Metalet me temperaturë shkrirjeje mbi 1000°C konsiderohen refraktare, më poshtë - me shkrirje të ulët.
Vetitë e përgjithshme kimike të metaleve
Agjentë të fortë reduktues: Me 0 – nē → Me n +
Një numër tensionesh karakterizojnë aktivitetin krahasues të metaleve në reaksionet redoks në tretësirat ujore.
1. Reaksionet e metaleve me jometalet
1) Me oksigjen:
2Mg + O 2 → 2MgO
2) Me squfur:
Hg + S → HgS
3) Me halogjene:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2
4) Me azot:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2
5) Me fosfor:
3Ca + 2P – t° → Ca 3 P 2
6) Me hidrogjen (vetëm metalet alkaline dhe alkaline tokësore reagojnë):
2Li + H 2 → 2LiH
Ca + H 2 → CaH 2
2. Reaksionet e metaleve me acidet
1) Metalet në serinë e tensionit elektrokimik deri në H reduktojnë acidet jooksiduese në hidrogjen:
Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2
2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2
6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2
2) Me acide oksiduese:
Kur acidi nitrik i çdo përqendrimi dhe acidi sulfurik i përqendruar ndërveprojnë me metalet Hidrogjeni nuk lirohet kurrë!
Zn + 2H 2 SO 4(K) → ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
4Zn + 5H 2 SO 4(K) → 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O
3Zn + 4H 2 SO 4(K) → 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O
2H 2 SO 4 (k) + Cu → Cu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O
10HNO 3 + 4Mg → 4Mg(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O
4HNO 3 (k) + Cu → Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
3. Ndërveprimi i metaleve me ujin
1) Aktive (metalet alkali dhe alkaline tokësore) formojnë një bazë të tretshme (alkali) dhe hidrogjen:
2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2
Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2
2) Metalet me aktivitet mesatar oksidohen nga uji kur nxehen në një oksid:
Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2
3) Joaktiv (Au, Ag, Pt) - mos reagon.
4. Zhvendosja e metaleve më pak aktive me metale më aktive nga tretësirat e kripërave të tyre:
Cu + HgCl 2 → Hg + CuCl 2
Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4
Në industri, ata shpesh përdorin jo metale të pastra, por përzierje të tyre - lidhjeve, në të cilën vetitë e dobishme të një metali plotësohen nga vetitë e dobishme të një tjetri. Kështu, bakri ka fortësi të ulët dhe është i papërshtatshëm për prodhimin e pjesëve të makinerive, ndërsa lidhjet e bakrit dhe zinkut ( tunxh) janë tashmë mjaft të forta dhe përdoren gjerësisht në inxhinierinë mekanike. Alumini ka duktilitet të lartë dhe lehtësi të mjaftueshme (densitet të ulët), por është shumë i butë. Në bazë të tij, përgatitet një aliazh me magnez, bakër dhe mangan - duralumin (duralumin), i cili, pa humbur vetitë e dobishme të aluminit, fiton fortësi të lartë dhe bëhet i përshtatshëm në ndërtimin e avionëve. Lidhjet e hekurit me karbon (dhe aditivët e metaleve të tjera) janë të njohura gjerësisht gize Dhe çeliku.
Metalet e lira janë restaurues. Megjithatë reaktiviteti disa metale janë të vogla për faktin se janë të veshura film oksid sipërfaqësor, në shkallë të ndryshme, rezistente ndaj reagentëve kimikë si uji, tretësirat e acideve dhe alkaleve.
Për shembull, plumbi është gjithmonë i mbuluar me një film oksid, kalimi i tij në tretësirë kërkon jo vetëm ekspozim ndaj një reagenti (për shembull, acidi nitrik i holluar), por edhe ngrohje. Filmi oksid në alumin parandalon reagimin e tij me ujë, por shkatërrohet nga acidet dhe alkalet. Film i lirshëm oksid (ndryshk), i formuar në sipërfaqen e hekurit në ajër të lagësht, nuk ndërhyn në oksidimin e mëtejshëm të hekurit.
Nën ndikimin të përqendruara acidet formohen në metale të qëndrueshme film oksid. Ky fenomen quhet pasivizimi. Pra, e përqendruar acid sulfurik metalet si Be, Bi, Co, Fe, Mg dhe Nb pasivohen (dhe më pas nuk reagojnë me acidin), dhe në acidin nitrik të koncentruar - metalet A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb. , Th dhe U.
Kur ndërveprojnë me agjentët oksidues në tretësirat acidike, shumica e metaleve shndërrohen në katione, ngarkesa e të cilave përcaktohet nga gjendja e qëndrueshme e oksidimit të një elementi të caktuar në komponimet (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ dhe Fe 3 +)
Aktiviteti reduktues i metaleve në një tretësirë acide transmetohet nga një sërë sforcimesh. Shumica e metaleve transferohen në tretësirë me acide sulfurik klorhidrik dhe të holluar, por Cu, Ag dhe Hg - vetëm me acide sulfurik (të koncentruar) dhe nitrik, dhe Pt dhe Au - me "vodka regia".
Korrozioni i metaleve
Një veti kimike e padëshirueshme e metaleve është korrozioni i tyre, d.m.th., shkatërrimi aktiv (oksidimi) gjatë kontaktit me ujin dhe nën ndikimin e oksigjenit të tretur në të. (korrozioni i oksigjenit). Për shembull, korrozioni i produkteve të hekurit në ujë është i njohur gjerësisht, si rezultat i të cilit formohet ndryshku dhe produktet shkërmoqen në pluhur.
Korrozioni i metaleve ndodh edhe në ujë për shkak të pranisë së gazeve të tretur CO 2 dhe SO 2; krijohet një mjedis acid, dhe kationet H + zhvendosen nga metalet aktive në formën e hidrogjenit H 2 ( korrozioni me hidrogjen).
Vendi ku dy metale të ndryshme vijnë në kontakt mund të jetë veçanërisht gërryes ( korrozioni i kontaktit). Një çift galvanik ndodh midis një metali, për shembull Fe, dhe një metali tjetër, për shembull Sn ose Cu, të vendosur në ujë. Rrjedha e elektroneve shkon nga metali më aktiv, i cili është në të majtë në serinë e tensionit (Re), në metalin më pak aktiv (Sn, Cu), dhe metali më aktiv shkatërrohet (korrodohet).
Për shkak të kësaj, sipërfaqja e konservuar e kanaçeve (hekuri i veshur me kallaj) ndryshket kur ruhet në një atmosferë të lagësht dhe trajtohet pa kujdes (hekuri shembet shpejt pasi shfaqet edhe një gërvishtje e vogël, duke lejuar që hekuri të bie në kontakt me lagështinë). Përkundrazi, sipërfaqja e galvanizuar e një kovë hekuri nuk ndryshket për një kohë të gjatë, pasi edhe nëse ka gërvishtje, nuk gërryhet hekuri, por zinku (metal më aktiv se hekuri).
Rezistenca ndaj korrozionit për një metal të caktuar rritet kur është i veshur me një metal më aktiv ose kur ato shkrihen; Kështu, veshja e hekurit me krom ose krijimi i një lidhjeje hekuri dhe kromi eliminon korrozionin e hekurit. Hekur dhe çelik i kromuar që përmban krom ( çelik inox), kanë rezistencë të lartë korrozioni.
KUJTOJE!!!
Metalet alkali - ky është grupi I, A është nëngrupi kryesor - Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
Metalet alkaline të tokës - ky është grupi II, A - nëngrupi kryesor (Be, Mg nuk bëjnë pjesë) - Ca, Sr, Ba, Ra
n I
Bazat Unë (OH) n
OH – grup hidroksil, me valencë (I)
Alkalet - këto janë baza të tretshme në ujë (shih TABELA E TRETSHMËRISË)
I n
Acidet - këto janë substanca komplekse me formulë e përgjithshme N n (KO)
(KO) – mbetje acidike
V - VII
Oksid acid – neMe x O y Dhe Lesh x O y
I, II
Oksidet bazë – Lesh x O y
I. Ndërveprimi i ujit me metalet.
Në varësi të aktivitetit të metalit, reaksioni ndodh në kushte të ndryshme dhe formohen produkte të ndryshme.
1). Ndërveprimi me metalet më aktive , duke qëndruar në tabelën periodike në I A dhe I I A grupet (metalet alkali dhe alkaline tokësore) dhe alumini . Në serinë e aktivitetit, këto metale janë të vendosura deri në alumin (përfshirë)
Reaksioni vazhdon në kushte normale, duke prodhuar alkali dhe hidrogjen.
Unë unë
2Li + 2 H 2 O = 2 Li OH + H 2
hidroksid HOH
litium
I II
Ba + 2 H 2 O = Ba (OH) 2 + H 2
2 Al + 6 H 2 O = 2Al (OH) 3 + 3 H 2
hidroksid
alumini
OH është një grup hidrokso, ai është gjithmonë njëvalent
PËRFUNDIM - metale aktive - Li, Na, K, Rb, Cs, At, Ca, Sr, Ba, Ra+ Al - reagon kështu
|
Me + H2O =Me(OH) n + H2( r. zëvendësim) Baza |
2) Ndërveprimi me metale më pak aktive, të cilat ndodhen në serinë e aktivitetit nga alumini në hidrogjen.
Reagimi ndodh vetëm me ujin me avull, d.m.th. kur nxehet.
Në këtë rast formohen: oksidi i këtij metali dhe hidrogjeni.
I II I
Fe + H 2 O = FeO + H 2 (ndodh reaksioni i zëvendësimit)
oksid
gjëndër
Ni + H 2 O = NiO + H 2
(Valenca e një metali mund të përcaktohet lehtësisht nga seria e aktivitetit të metaleve; mbi simbolin e tyre ka një vlerë, për shembull +2, kjo do të thotë se valenca e këtij metali është 2).
PËRFUNDIM – metale me aktivitet mesatar, në serinë e aktivitetit deri në (H 2) – Bëhu, Mg, Fe, Pb, Cr, Ni, Mn, Zn - reagon kështu
3) Metalet në serinë e aktivitetit pas hidrogjenit nuk reagojnë me ujin.
Cu + H 2 O = nuk ka reaksion
Unë I. Ndërveprimi me oksidet (bazik dhe acid)
Vetëm ato okside që reagojnë me ujin reagojnë me ujin për të prodhuar një produkt të tretshëm në ujë (acid ose alkali).
1). Ndërveprimi me oksidet bazë.
Vetëm oksidet kryesore të metaleve aktive, të cilat ndodhen në grupet I A dhe I I A, ndërveprojnë me ujin, përveç Be dhe Mg (oksidi i aluminit nuk reagon, sepse është amfoterik). Reagimi vazhdon në kushte normale dhe formohet vetëm një alkali.
I II
Na 2 O + H 2 O = 2 NaOHBaO + H 2 O = Ba (OH) 2 (ndodh një reaksion kompleks)
2) Ndërveprimi i oksideve të acidit me ujin.
Të gjitha oksidet acide reagojnë me ujin. Përjashtimi i vetëm është SiO 2.
Kjo prodhon acide. Në të gjitha acidet, hidrogjeni vjen i pari, kështu që ekuacioni i reaksionit shkruhet si më poshtë:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 P 2 O 5 + H 2 O = 2 HPO 3
SO 3 ftohtë
+H2O P2O5
H2SO4 + H2O
H2P2O6
P 2 O 5 +3 H 2 O = 2 H 3 PO 4
nxehtë
P2O5
+ H 6 O 3
H6P2O8
Ju lutemi vini re që në varësi të temperaturës së ujit, kur ndërveprojnë me P 2 O 5, formohen produkte të ndryshme.
IVNdërveprimi i ujit cjometalet
Shembuj: Cl 2 +H 2 O =HCl +HClO
C +H2O =CO +H2
dioksid karboni
Si +2H2O =SiO2 +2H2.
Metalet ndryshojnë shumë në aktivitetin e tyre kimik. Aktiviteti kimik i një metali mund të gjykohet përafërsisht nga pozicioni i tij në.
Metalet më aktive janë të vendosura në fillim të kësaj rreshti (në të majtë), më pak aktive janë në fund (në të djathtë).
Reagimet me substanca të thjeshta. Metalet reagojnë me jometalet për të formuar komponime binare. Kushtet e reagimit, dhe nganjëherë produktet e tyre, ndryshojnë shumë për metale të ndryshme.
Për shembull, metalet alkali reagojnë në mënyrë aktive me oksigjenin (përfshirë ajrin) në temperaturën e dhomës për të formuar okside dhe perokside
4Li + O 2 = 2Li 2 O;
2Na + O 2 = Na 2 O 2
Metalet me aktivitet mesatar reagojnë me oksigjen kur nxehen. Në këtë rast, formohen oksidet:
2Mg + O 2 = t 2MgO.
Metalet me aktivitet të ulët (për shembull, ari, platini) nuk reagojnë me oksigjen dhe për këtë arsye praktikisht nuk e ndryshojnë shkëlqimin e tyre në ajër.
Shumica e metaleve, kur nxehen me pluhur squfuri, formojnë sulfidet përkatëse:
Reagimet me substanca komplekse. Komponimet e të gjitha klasave reagojnë me metale - okside (përfshirë ujin), acide, baza dhe kripëra.
Metalet aktive reagojnë dhunshëm me ujin në temperaturën e dhomës:
2Li + 2H2O = 2LiOH + H2;
Ba + 2H 2 O = Ba(OH) 2 + H 2.
Sipërfaqja e metaleve si magnezi dhe alumini mbrohet nga një film i dendur i oksidit përkatës. Kjo parandalon që reaksioni të ndodhë me ujë. Sidoqoftë, nëse ky film hiqet ose integriteti i tij prishet, atëherë këto metale gjithashtu reagojnë në mënyrë aktive. Për shembull, magnezi pluhur reagon me ujë të nxehtë:
Mg + 2H 2 O = 100 °C Mg(OH) 2 + H 2.
Në temperatura të larta, me ujin reagojnë edhe metalet më pak aktive: Zn, Fe, Mil etj. Në këtë rast formohen oksidet përkatëse. Për shembull, kur kaloni avujt e ujit mbi fijet e hekurit të nxehtë, ndodh reagimi i mëposhtëm:
3Fe + 4H 2 O = t Fe 3 O 4 + 4H 2.
Metalet në serinë e aktivitetit deri në hidrogjen reagojnë me acidet (përveç HNO 3) për të formuar kripëra dhe hidrogjen. Metalet aktive (K, Na, Ca, Mg) reagojnë me tretësira acide shumë dhunshëm (me shpejtësi të lartë):
Ca + 2HCl = CaCl2 + H2;
2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2.
Metalet me aktivitet të ulët janë shpesh praktikisht të pazgjidhshëm në acide. Kjo është për shkak të formimit të një filmi kripe të patretshme në sipërfaqen e tyre. Për shembull, plumbi, i cili është në serinë e aktivitetit para hidrogjenit, është praktikisht i pazgjidhshëm në acidet sulfurik dhe klorhidrik të holluar për shkak të formimit të një filmi kripërash të patretshme (PbSO 4 dhe PbCl 2) në sipërfaqen e tij.
Duhet të aktivizoni JavaScript për të votuarVetitë kimike karakteristike të substancave të thjeshta - metaleve
Shumica e elementeve kimike klasifikohen si metale - 92 nga 114 elementë të njohur. Metalet- Kjo elementet kimike, atomet e të cilave heqin elektrone nga shtresa e jashtme (dhe disa nga e jashtme) elektronike, duke u kthyer në jone pozitive. Kjo veti e atomeve të metaleve përcaktohet nga se kanë rreze relativisht të mëdha dhe numër të vogël elektronesh(kryesisht 1 deri në 3 në shtresën e jashtme). Përjashtimet e vetme janë 6 metale: atomet e germaniumit, kallajit dhe plumbit në shtresën e jashtme kanë 4 elektrone, atomet e antimonit dhe bismutit - 5, atomet e poloniumit - 6. Për atomet e metaleve karakterizohet nga vlera të vogla të elektronegativitetit(nga 0.7 në 1.9) dhe ekskluzivisht vetitë restauruese, pra aftësia për të dhuruar elektrone. Në tabelën periodike të elementeve kimike të D.I Mendeleev, metalet janë të vendosura nën diagonalen bor - astatine, si dhe mbi të, në nëngrupet dytësore. Në periudhat dhe nëngrupet kryesore, janë të njohura modele të ndryshimeve në metalike, dhe për rrjedhojë, në vetitë reduktuese të atomeve të elementeve.
Elementet kimike të vendosura pranë diagonales bor-astatinë (Be, Al, Ti, Ge, Nb, Sb, etj.) kanë veti të dyfishta: në disa përbërje të tyre sillen si metale, në disa të tjera shfaqin vetitë e jometaleve. Në nëngrupet dytësore, vetitë reduktuese të metaleve më së shpeshti zvogëlohen me rritjen e numrit atomik.
Krahasoni veprimtarinë e metaleve të grupit I të nëngrupit dytësor të njohur: Cu, Ag, Au; Grupi II i nëngrupit dytësor: Zn, Cd, Hg - dhe këtë do ta shihni vetë. Kjo mund të shpjegohet me faktin se forca e lidhjes midis elektroneve të valencës dhe bërthamës në atomet e këtyre metaleve ndikohet kryesisht nga madhësia e ngarkesës bërthamore, dhe jo nga rrezja e atomit. Ngarkesa bërthamore rritet ndjeshëm, dhe tërheqja e elektroneve drejt bërthamës rritet. Në këtë rast, megjithëse rrezja atomike rritet, ajo nuk është aq e rëndësishme sa për metalet e nëngrupeve kryesore.
Substancat e thjeshta të formuara nga elementët kimikë - metalet, dhe substancat komplekse që përmbajnë metal luajnë një rol jetik në "jetën" minerale dhe organike të Tokës. Mjafton të kujtojmë se atomet (jonet) e elementeve metalikë janë pjesë përbërëse e përbërjeve që përcaktojnë metabolizmin në trupin e njerëzve dhe kafshëve. Për shembull, 76 elementë u gjetën në gjakun e njeriut dhe vetëm 14 prej tyre nuk janë metale.
Në trupin e njeriut, disa elementë metalikë (kalcium, kalium, natrium, magnez) janë të pranishëm në sasi të mëdha, pra janë makroelementë. Dhe metale të tilla si kromi, mangani, hekuri, kobalti, bakri, zinku, molibden janë të pranishme në sasi të vogla, domethënë këto janë elementë gjurmë. Nëse një person peshon 70 kg, atëherë trupi i tij përmban (në gram): kalcium - 1700, kalium - 250, natrium - 70, magnez - 42, hekur - 5, zink - 3. Të gjitha metalet janë jashtëzakonisht të rëndësishme, shfaqen probleme shëndetësore dhe me mungesën e tyre dhe me tepricën e tyre.
Për shembull, jonet e natriumit rregullojnë përmbajtjen e ujit në trup dhe transmetimin e impulseve nervore. Mungesa e tij çon në dhimbje koke, dobësi, kujtesë të dobët, humbje të oreksit dhe teprica e tij çon në rritjen e presionit të gjakut, hipertensionit dhe sëmundjeve të zemrës.
Substanca të thjeshta - metale
Shfaqja e qytetërimit (epoka e bronzit, epoka e hekurit) shoqërohet me zhvillimin e prodhimit të metaleve (substancave të thjeshta) dhe lidhjeve. Filloi rreth 100 vjet më parë revolucioni shkencor dhe teknologjik, e cila preku industrinë dhe sferën sociale, është e lidhur ngushtë edhe me prodhimin e metaleve. Bazuar në tungsten, molibden, titan dhe metale të tjera, ata filluan të krijojnë lidhje rezistente ndaj korrozionit, super të forta, zjarrduruese, përdorimi i të cilave zgjeroi shumë aftësitë e inxhinierisë mekanike. Në teknologjinë bërthamore dhe hapësinore, lidhjet e tungstenit dhe reniumit përdoren për të bërë pjesë që funksionojnë në temperatura deri në 3000 °C; Në mjekësi përdoren instrumente kirurgjikale të bëra nga lidhjet e tantalit dhe platinit dhe qeramika unike e bazuar në oksidet e titanit dhe zirkonit.
Dhe, natyrisht, nuk duhet të harrojmë se shumica e lidhjeve përdorin hekurin metalik të njohur prej kohësh, dhe baza e shumë lidhjeve të lehta përbëhet nga metale relativisht "të reja" - alumini dhe magnezi. Materialet e përbëra janë bërë supernova, duke përfaqësuar, për shembull, polimer ose qeramikë, të cilat brenda (si betoni me shufra hekuri) forcohen me fibra metalike nga tungsteni, molibden, çeliku dhe metale e lidhje të tjera - gjithçka varet nga qëllimi i vendosur dhe vetitë e materialit të nevojshëm për ta arritur atë. Figura tregon një diagram të rrjetës kristalore të metalit të natriumit. Në të, çdo atom natriumi është i rrethuar nga tetë fqinjë. Atomi i natriumit, si të gjithë metalet, ka shumë orbitale valente boshe dhe pak elektrone valente. Formula elektronike e atomit të natriumit: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 0 3d 0, ku 3s, 3p, 3d - orbitalet e valencës.
Elektroni njëvalent i atomit të natriumit 3s 1 mund të zënë ndonjë nga nëntë orbitalet e lira - 3s (një), 3p (tre) dhe 3d (pesë), sepse ato nuk ndryshojnë shumë në nivelin e energjisë. Kur atomet i afrohen njëri-tjetrit, kur formohet një rrjetë kristalore, orbitalet e valencës së atomeve fqinje mbivendosen, për shkak të së cilës elektronet lëvizin lirshëm nga një orbital në tjetrin, duke krijuar lidhje midis të gjithë atomeve të kristalit metalik. Një lidhje e tillë kimike quhet metalike.
Një lidhje metalike formohet nga elementë, atomet e të cilëve në shtresën e jashtme kanë pak elektrone valente në krahasim me një numër të madh orbitalesh të jashtme që janë energjikisht afër. Elektronet e tyre të valencës mbahen dobët në atom. Elektronet që kryejnë komunikimin socializohen dhe lëvizin përgjatë rrjetës kristalore të metalit përgjithësisht neutral. Substancat me lidhje metalike karakterizohen nga metali grila kristalore, të cilat zakonisht përshkruhen në mënyrë skematike siç tregohet në figurë. Kationet dhe atomet metalike të vendosura në vendet e rrjetës kristalore sigurojnë qëndrueshmërinë dhe forcën e saj (elektronet e socializuara përshkruhen si topa të vegjël të zinj).
Lidhje metalike- kjo është një lidhje në metale dhe lidhje midis atomeve metalike të vendosura në nyjet e rrjetës kristalore, e kryer nga elektronet e valencës së përbashkët. Disa metale kristalizohen në dy ose më shumë forma kristalore. Kjo veti e substancave - të ekzistojë në disa modifikime kristalore - quhet polimorfizëm. Polimorfizmi i substancave të thjeshta njihet si alotropi. Për shembull, hekuri ka katër modifikime kristalore, secila prej të cilave është e qëndrueshme në një interval të caktuar të temperaturës:
α - e qëndrueshme deri në 768 °C, ferromagnetike;
β - e qëndrueshme nga 768 në 910 ° C, jo ferromagnetike, d.m.th., paramagnetike;
γ - e qëndrueshme nga 910 në 1390 ° C, jo ferromagnetike, d.m.th., paramagnetike;
δ - e qëndrueshme nga 1390 në 1539 °C (£° pl hekur), jo ferromagnetike.
Kallaji ka dy modifikime kristalore:
α - e qëndrueshme nën 13,2 °C (p = 5,75 g/cm3). Ky është kallaj gri. Ka një grilë kristali të tipit diamanti (atomike);
β - e qëndrueshme mbi 13,2 °C (p = 6,55 g/cm3). Ky është kanaçe e bardhë.
Kallaji i bardhë është një metal i bardhë argjendi, shumë i butë. Kur ftohet nën 13.2 °C, ajo shkërmoqet në pluhur gri, pasi gjatë tranzicionit vëllimi i tij specifik rritet ndjeshëm. Ky fenomen u quajt "murtaja e kallajit".
Sigurisht, një lloj i veçantë i lidhjes kimike dhe lloji i rrjetës kristalore të metaleve duhet t'i përcaktojë dhe shpjegojë ato. vetitë fizike. Cilat janë ato? Këto janë shkëlqimi metalik, duktiliteti, përçueshmëria e lartë elektrike dhe termike, rritja rezistenca elektrike me rritjen e temperaturës, si dhe veti të tilla të rëndësishme si dendësia, pikat e larta të shkrirjes dhe vlimit, fortësia dhe vetitë magnetike. Një efekt mekanik në një kristal me një rrjetë kristalore metalike shkakton një zhvendosje të shtresave të atomeve të joneve në lidhje me njëri-tjetrin (Fig. 17), dhe meqenëse elektronet lëvizin përgjatë kristalit, prishja e lidhjes nuk ndodh, prandaj metalet karakterizohen nga më e madhe plasticitet. Një efekt i ngjashëm në një të ngurtë me lidhje kovalente (një rrjetë kristalore atomike) çon në thyerjen e lidhjeve kovalente. Thyerja e lidhjeve në rrjetën jonike çon në zmbrapsjen e ndërsjellë të joneve me ngarkesë të njëjtë. Prandaj, substancat me rrjeta kristalore atomike dhe jonike janë të brishta. Metalet më duktil janë Au, Ag, Sn, Pb, Zn. Ato tërhiqen lehtësisht në tela, mund të farkëtohen, shtypen ose rrotullohen në fletë. Për shembull, fletë ari 0,003 mm e trashë mund të bëhet prej ari, dhe një fije 1 km e gjatë mund të nxirret nga 0,5 g të këtij metali. Edhe merkuri, i cili është i lëngshëm në temperaturën e dhomës, bëhet i lakueshëm në gjendje të ngurtë në temperatura të ulëta, si plumbi. Vetëm Bi dhe Mn nuk kanë plasticitet ata janë të brishtë.
Pse metalet kanë një shkëlqim karakteristik dhe janë gjithashtu opake?
Elektronet që mbushin hapësirën ndëratomike reflektojnë rrezet e dritës (në vend që t'i transmetojnë ato si qelqi), dhe shumica e metaleve shpërndajnë në mënyrë të barabartë të gjitha rrezet e pjesës së dukshme të spektrit. Prandaj ata kanë një të bardhë argjendi ose gri. Stronciumi, ari dhe bakri thithin gjatësi vale të shkurtra (afër vjollcës) në një masë më të madhe dhe reflektojnë gjatësi vale të gjata të spektrit të dritës, dhe për këtë arsye kanë ngjyra të verdha të lehta, të verdha dhe "bakër". Edhe pse në praktikë, metali nuk na duket gjithmonë si një "trup i lehtë". Së pari, sipërfaqja e saj mund të oksidohet dhe të humbasë shkëlqimin e saj. Prandaj, bakri vendas duket si një gur i gjelbër. A së dyti, dhe metali i pastër mund të mos shkëlqejë. Fletët shumë të holla prej argjendi dhe ari kanë një pamje krejtësisht të papritur - ato kanë një ngjyrë kaltërosh-jeshile. Dhe pluhurat e imta metalike duken gri të errët, madje edhe të zeza. Argjendi, alumini dhe paladiumi kanë reflektueshmërinë më të madhe. Ato përdoren në prodhimin e pasqyrave, duke përfshirë dritat e vëmendjes.
Pse metalet kanë përçueshmëri të lartë elektrike dhe përcjellin nxehtësinë?
Elektronet që lëvizin në mënyrë kaotike në një metal, nën ndikimin e një tensioni elektrik të aplikuar, fitojnë lëvizje të drejtimit, d.m.th., ata kryejnë rrymë elektrike. Me rritjen e temperaturës së metalit, rriten amplituda e dridhjeve të atomeve dhe joneve të vendosura në nyjet e rrjetës kristalore. Kjo e bën të vështirë lëvizjen e elektroneve dhe përçueshmëria elektrike e metalit bie. Në temperatura të ulëta, lëvizja osciluese, përkundrazi, zvogëlohet shumë dhe përçueshmëria elektrike e metaleve rritet ndjeshëm. Pranë zeros absolute, metalet praktikisht nuk kanë rezistencë, shumica e metaleve shfaqin superpërçueshmëri.
Duhet të theksohet se jometalet që kanë përçueshmëri elektrike (për shembull, grafiti), në temperatura të ulëta, përkundrazi, nuk përçojnë rrymë elektrike për shkak të mungesës së elektroneve të lira. Dhe vetëm me një rritje të temperaturës dhe shkatërrimin e disa lidhjeve kovalente, përçueshmëria e tyre elektrike fillon të rritet. Argjendi, bakri, si dhe ari dhe alumini kanë përçueshmërinë më të lartë elektrike, mangani dhe mërkuri.
Më shpesh, përçueshmëria termike e metaleve ndryshon me të njëjtin model si përçueshmëria elektrike. Kjo është për shkak të lëvizshmërisë së lartë të elektroneve të lira, të cilat, duke u përplasur me jonet dhe atomet vibruese, shkëmbejnë energji me to. Temperatura barazohet në të gjithë pjesën e metalit.
Forca mekanike, dendësia, pika e shkrirjes së metaleve janë shumë të ndryshme. Për më tepër, me një rritje të numrit të elektroneve që lidhin atomet jon dhe një ulje të distancës ndëratomike në kristale, treguesit e këtyre vetive rriten.
Pra, metale alkali(Li, K, Na, Rb, Cs), atomet e të cilave kanë një elektron valent, i butë (i prerë me thikë), me densitet të ulët (litiumi është metali më i lehtë me p = 0,53 g/cm 3) dhe shkrihet në temperatura të ulëta (për shembull, pika e shkrirjes së ceziumit është 29 ° C). I vetmi metal që është i lëngshëm në kushte normale është merkuri, i cili ka një pikë shkrirjeje prej -38,9 °C. Kalciumi, i cili ka dy elektrone në nivelin e jashtëm të energjisë së atomeve të tij, është shumë më i fortë dhe shkrihet në një temperaturë më të lartë (842 °C). Akoma më e qëndrueshme është rrjeta kristalore e formuar nga jonet e skandiumit, të cilët kanë tre elektrone valente. Por grilat më të forta kristalore, dendësia e lartë dhe temperaturat e shkrirjes vërehen në metalet e nëngrupeve dytësore V, VI, VII, VIII. Kjo shpjegohet me faktin se metalet e nëngrupeve anësore, të cilat kanë elektrone valente të paçiftuara në nënnivelin d, karakterizohen nga formimi i lidhjeve kovalente shumë të forta midis atomeve, përveç asaj metalike, të kryera nga elektronet e jashtme. shtresë nga orbitalet s.
Metali më i rëndë- ky është osmium (Os) me p = 22,5 g/cm 3 (një përbërës i lidhjeve super të forta dhe rezistente ndaj konsumit), metali më zjarrdurues është tungsteni W me t = 3420 ° C (përdoret për prodhimin e llambave inkandeshente filamente), metali më i fortë është - Ky është krom Cr (xhami gërvishtës). Ato janë pjesë e materialeve nga të cilat janë bërë veglat e frenimit të makinerive të rënda etj. Metalet si hekuri, kobalti, nikeli dhe gadolinium shquhen për aftësinë e tyre për t'u magnetizuar shumë. Ata quhen feromagnet. Shumica e metaleve (metalet alkali dhe alkaline tokësore dhe një pjesë e konsiderueshme e metaleve në tranzicion) magnetizohen dobët dhe nuk e ruajnë këtë gjendje jashtë fushës magnetike - ato janë paramagnetike. Metalet e shtyra nga një fushë magnetike janë diamagnetike (bakri, argjendi, ari, bismuti).
Kur shqyrtojmë strukturën elektronike të metaleve, ne i ndamë metalet në metale të nëngrupeve kryesore (s- dhe p-elemente) dhe metale të nëngrupeve dytësore (elementet kalimtare d- dhe f).
Në teknologji, është zakon të klasifikohen metalet sipas vetive të ndryshme fizike:
1. Dendësia - dritë (f< 5 г/см 3) и тяжелые (все остальные).
2. Pika e shkrirjes - me shkrirje të ulët dhe refraktare.
Ekzistojnë klasifikime të metaleve bazuar në vetitë e tyre kimike. Metalet me aktivitet të ulët kimik quhen fisnike(argjendi, ari, platini dhe analogët e tij - osmium, iridium, rutenium, paladium, rodium). Bazuar në ngjashmërinë e vetive kimike, ato dallojnë alkaline(metale nëngrupi kryesor Grupi I), tokë alkaline(kalcium, stroncium, barium, radium), si dhe metale të rralla të tokës(skandium, ittrium, lantan dhe lantanide, aktinium dhe aktinide).
Vetitë e përgjithshme kimike të metaleve
Atomet e metaleve janë relativisht të lehta dhurojnë elektrone valente dhe kthehen në jone të ngarkuar pozitivisht, domethënë oksidohen. Kjo është vetia kryesore e përbashkët e atomeve dhe substancave të thjeshta - metaleve. Metalet në reaksionet kimike gjithmonë restaurues. Aftësia reduktuese e atomeve të substancave të thjeshta - metaleve të formuara nga elementë kimikë të një periudhe ose një nëngrupi kryesor të Tabelës Periodike të D. I. Mendeleev ndryshon natyrshëm.
Aktiviteti reduktues i një metali në reaksionet kimike që ndodhin në tretësirat ujore reflektohet nga pozicioni i tij në serinë e tensionit elektrokimik të metaleve.
Bazuar në këtë seri tensionesh, mund të nxirren përfundimet e mëposhtme të rëndësishme për aktivitetin kimik të metaleve në reaksionet që ndodhin në tretësirat ujore në kushte standarde (t = 25 °C, p = 1 atm).
· Sa më në të majtë të jetë një metal në këtë rresht, aq më i fuqishëm është një agjent reduktues.
· Çdo metal është i aftë të zhvendosë (zvogëlojë) nga kripërat në tretësirë ato metale që ndodhen pas tij (në të djathtë) në serinë e sforcimeve.
· Metalet e vendosura në serinë e tensionit në të majtë të hidrogjenit janë në gjendje ta zhvendosin atë nga acidet në tretësirë
· Metalet që janë agjentët reduktues më të fortë (alkali dhe toka alkaline) reagojnë kryesisht me ujin në çdo tretësirë ujore.
Aktiviteti reduktues i një metali, i përcaktuar nga seria elektrokimike, nuk korrespondon gjithmonë me pozicionin e tij në tabelën periodike. Kjo shpjegohet me faktin se kur përcaktohet pozicioni i një metali në një seri stresesh, merret parasysh jo vetëm energjia e abstraksionit të elektroneve nga atomet individuale, por edhe energjia e shpenzuar për shkatërrimin e rrjetës kristalore. si energjia e çliruar gjatë hidratimit të joneve. Për shembull, litiumi është më aktiv në tretësirat ujore sesa natriumi (megjithëse Na është një metal më aktiv nga pozicioni në sistemin periodik). Fakti është se energjia e hidratimit të joneve Li + është shumë më e madhe se energjia e hidratimit të Na +, kështu që procesi i parë është energjikisht më i favorshëm. Duke konsideruar dispozitat e përgjithshme
duke karakterizuar vetitë reduktuese të metaleve, le të kalojmë në reaksione kimike specifike.
· Ndërveprimi i metaleve me jometalet- bazë dhe amfoterike. Oksidet acide të metaleve kalimtare, të tilla si oksidi i kromit (VI) CrOg ose oksidi i manganit (VII) Mn 2 O 7, nuk formohen nga oksidimi i drejtpërdrejtë i metalit me oksigjen. Ato merren në mënyrë indirekte.
Metalet alkaline Na, K reagojnë në mënyrë aktive me oksigjenin në ajër, duke formuar perokside:
Oksidi i natriumit përftohet në mënyrë indirekte duke kalcinuar peroksidet me metalet përkatëse:
Litiumi dhe metalet alkaline të tokës reagojnë me oksigjenin atmosferik, duke formuar oksidet bazë:
Metalet e tjera, përveç metaleve të arit dhe platinit, të cilat nuk oksidohen fare nga oksigjeni atmosferik, ndërveprojnë me të në mënyrë më pak aktive ose kur nxehen:
· Me halogjenet, metalet formojnë kripëra të acideve hidrohalike, Për shembull:
· Metalet më aktive formojnë hidride me hidrogjen- substanca të ngjashme me kripën jonike në të cilat hidrogjeni ka një gjendje oksidimi prej -1, për shembull:
Shumë metale në tranzicion formojnë hidride me hidrogjen lloj i veçantë- është sikur hidrogjeni të tretet ose të futet në rrjetën kristalore të metaleve ndërmjet atomeve dhe joneve, ndërsa metali ruan pamjen e tij, por rritet në vëllim. Hidrogjeni i zhytur është në metal, me sa duket në formë atomike.
Ekzistojnë gjithashtu hidride metalike të ndërmjetme.
· Metalet gri formojnë kripëra - sulfide, Për shembull:
· Metalet reagojnë disi më vështirë me azotin, sepse lidhja kimike në molekulën e azotit N2 është shumë e fortë; Në këtë rast, formohen nitride. Në temperatura të zakonshme, vetëm litiumi reagon me azotin:
Ndërveprimi i metaleve me substanca komplekse
· Me ujë. Në kushte normale, metalet alkali dhe alkaline tokësore zhvendosin hidrogjenin nga uji dhe formojnë baza të tretshme - alkalet, për shembull:
Metalet e tjera që janë në serinë e tensionit përpara hidrogjenit, gjithashtu, në kushte të caktuara, mund të zhvendosin hidrogjenin nga uji. Por alumini reagon dhunshëm me ujin vetëm nëse filmi i oksidit hiqet nga sipërfaqja e tij:
Magnezi reagon me ujin vetëm kur zihet, dhe hidrogjeni lëshohet gjithashtu:
Nëse magnezi i djegur i shtohet ujit, djegia vazhdon sepse ndodh reaksioni:
Hekuri reagon me ujin vetëm kur është i nxehtë:
· Me acide në tretësirë (HCl, H 2 SO 4 ), CH 3 COOH dhe të tjerët, përveç HNO 3 ) ndërveprojnë metalet që janë në serinë e tensionit deri në hidrogjen. Kjo prodhon kripë dhe hidrogjen.
Por plumbi (dhe disa metale të tjera), pavarësisht nga pozicioni i tij në serinë e tensionit (në të majtë të hidrogjenit), është pothuajse i pazgjidhshëm në acidin sulfurik të holluar, pasi sulfati i plumbit që rezulton PbSO 4 është i patretshëm dhe krijon një film mbrojtës në sipërfaqen e metalin.
· Me kripëra të metaleve më pak aktive në tretësirë. Si rezultat i këtij reagimi, formohet një kripë e një metali më aktiv dhe një metal më pak aktiv lirohet në formë të lirë.
Duhet mbajtur mend se reagimi ndodh në rastet kur kripa që rezulton është e tretshme. Zhvendosja e metaleve nga komponimet e tyre nga metale të tjera u studiua fillimisht në detaje nga N. N. Beketov, një shkencëtar i madh rus në këtë fushë. kimia fizike. Ai i renditi metalet sipas aktivitetit të tyre kimik në një "seri zhvendosjeje", e cila u bë prototipi i një sërë stresesh metalike.
· Me substanca organike. Ndërveprimi me acidet organike është i ngjashëm me reaksionet me acidet minerale. Alkooli mund të shfaqet i dobët vetitë e acidit kur bashkëveproni me metalet alkali:
Fenoli reagon në mënyrë të ngjashme:
Metalet marrin pjesë në reaksionet me haloalkanet, të cilat përdoren për të marrë cikloalkane më të ulëta dhe për sinteza gjatë të cilave skeleti i karbonit i molekulës bëhet më kompleks (reaksioni i A. Wurtz):
· Metalet hidroksidet e të cilave janë amfoterike ndërveprojnë me alkalet në tretësirë. Për shembull:
· Metalet mund të formojnë me njëri-tjetrin komponime kimike, të cilat së bashku quhen komponime ndërmetalike. Ato më shpesh nuk shfaqin gjendje oksidimi të atomeve, të cilat janë karakteristike për përbërjet e metaleve me jometalet. Për shembull:
Cu 3 Au, LaNi 5, Na 2 Sb, Ca 3 Sb 2, etj.
Komponimet ndërmetalike zakonisht nuk kanë një përbërje konstante, lidhje kimike ato janë kryesisht metalike. Formimi i këtyre përbërjeve është më tipik për metalet e nëngrupeve dytësore.
Metalet e nëngrupeve kryesore të grupeve I-III të Tabelës Periodike të Elementeve Kimike nga D. I. Mendeleev
Karakteristikat e përgjithshme
Këto janë metale të nëngrupit kryesor të grupit I. Atomet e tyre në nivelin e jashtëm të energjisë kanë nga një elektron secili. Metalet alkali - agjentë të fortë reduktues. Aftësia e tyre reduktuese dhe aktiviteti kimik rritet me rritjen e numrit atomik të elementit (d.m.th. nga lart poshtë në tabela periodike). Të gjithë kanë përçueshmëri elektronike. Forca e lidhjes midis atomeve të metaleve alkali zvogëlohet me rritjen e numrit atomik të elementit. Pikat e tyre të shkrirjes dhe vlimit gjithashtu ulen. Metalet alkali reagojnë me shumë substanca të thjeshta - agjentët oksidues. Në reaksionet me ujin formojnë baza të tretshme në ujë (alkalet). Elementet alkaline të tokës quhen elementet e nëngrupit kryesor të grupit II. Atomet e këtyre elementeve përmbajnë në nivelin e jashtëm të energjisë dy elektrone secili. Ata janë agjentët reduktues më të fortë, kanë gjendje oksidimi +2. Në këtë nëngrup kryesor, modele të përgjithshme Në ndryshimet në vetitë fizike dhe kimike të shoqëruara me një rritje të madhësisë së atomeve në një grup nga lart poshtë, lidhja kimike midis atomeve gjithashtu dobësohet. Me rritjen e madhësisë së jonit, vetitë acidike të oksideve dhe hidroksideve dobësohen dhe ato bazike rriten.
Nëngrupi kryesor i grupit III përbëhet nga elementët bor, alumin, galium, indium dhe talium. Të gjithë elementët janë p-elemente. Në nivelin e jashtëm të energjisë kanë tre 2 fq 1 ) elektron, që shpjegon ngjashmërinë e vetive. Gjendja e oksidimit +3. Brenda një grupi, ndërsa ngarkesa bërthamore rritet, vetitë metalike rriten. Bori është një element jo metalik, ndërsa alumini tashmë ka veti metalike. Të gjithë elementët formojnë okside dhe hidrokside.
Shumica e metaleve gjenden në nëngrupet e Tabelës Periodike. Ndryshe nga elementet e nëngrupeve kryesore, ku niveli i jashtëm i orbitaleve atomike mbushet gradualisht me elektrone, orbitalet d të nivelit të parafundit energjetik dhe orbitalet s të të fundit plotësohen në elementet e nëngrupeve dytësore. Numri i elektroneve korrespondon me numrin e grupit. Elementet me numër të barabartë elektronesh valente grupohen nën të njëjtin numër. Të gjithë elementët e nëngrupeve janë metale.
Substancat e thjeshta të formuara nga metalet e nëngrupit kanë rrjeta të forta kristalore që janë rezistente ndaj nxehtësisë. Këto metale janë më të fortët dhe më të fortët ndër metalet e tjera. Në elementët d, është qartë i dukshëm një kalim me një rritje të valencës së tyre nga vetitë bazë përmes amfoterike në acide.
Metalet alkaline (Na, K)
Në nivelin e jashtëm të energjisë, atomet e metaleve alkali të elementeve përmbajnë nga një elektron secili, i vendosur në një distancë të madhe nga bërthama. Ata lehtë heqin dorë nga ky elektron, ndaj janë agjentë të fortë reduktues. Në të gjitha përbërjet, metalet alkali shfaqin një gjendje oksidimi prej +1. Vetitë e tyre reduktuese rriten me rritjen e rrezes atomike nga Li në Cs. Të gjitha janë metale tipike, kanë ngjyrë të bardhë argjendi, janë të buta (mund të priten me thikë), të lehta dhe të shkrirë. Ndërveproni në mënyrë aktive me të gjithë jometalet:
Të gjitha metalet alkaline, kur reagojnë me oksigjen (me përjashtim të Li), formojnë perokside. Metalet alkaline nuk gjenden në formë të lirë për shkak të reaktivitetit të tyre të lartë kimik.
Oksidet - të ngurta, kanë veti themelore. Ato përftohen duke kalcinuar peroksidet me metalet përkatëse:
Hidroksidet NaOH, KOH- substanca të ngurta të bardha, higroskopike, të tretshme në ujë me lëshimin e nxehtësisë, ato klasifikohen si alkale:
Kripërat e metaleve alkali janë pothuajse të gjitha të tretshme në ujë. Më e rëndësishmja prej tyre: Na 2 CO 3 - karbonat natriumi; Na 2 CO 3 10H 2 O - sode kristalore; NaHCO 3 - bikarbonat natriumi, sode buke; K 2 CO 3 - karbonat kaliumi, potas; Na 2 SO 4 10H 2 O - kripë Glauber; NaCl - klorur natriumi, kripë tryezë.
Elementet e grupit I në tabela
Metalet alkaline tokësore (Ca, Mg)
Kalciumi (Ca) është një përfaqësues metalet alkaline të tokës, të cilët janë emrat e elementeve të nëngrupit kryesor të grupit II, por jo të gjitha, por vetëm duke filluar nga kalciumi e poshtë grupit. Këta janë elementët kimikë që, kur ndërveprojnë me ujin, formojnë alkale. Kalciumi në nivelin e jashtëm të energjisë përmban dy elektrone, gjendja e oksidimit +2.
Vetitë fizike dhe kimike të kalciumit dhe përbërjeve të tij janë paraqitur në tabelë.
Magnezi (Mg) ka të njëjtën strukturë atomike si kalciumi, gjendja e tij e oksidimit është gjithashtu +2. Është një metal i butë, por sipërfaqja e tij është e mbuluar me një shtresë mbrojtëse në ajër, e cila pakëson reaktivitetin kimik. Djegia e tij shoqërohet me një blic verbues. MgO dhe Mg(OH) 2 shfaqin veti themelore. Megjithëse Mg(OH) 2 është pak i tretshëm, ai e ngjyros tretësirën e fenolftaleinës në ngjyrë të kuqe.
Mg + O 2 = MgO 2
Oksidet MO janë substanca të forta, të bardha, zjarrduruese. Në inxhinieri, CaO quhet gëlqere e gjallë, dhe MgO quhet magnezi e djegur, këto okside përdoren në prodhimin e materialeve të ndërtimit. Reagimi i oksidit të kalciumit me ujin shoqërohet me lëshimin e nxehtësisë dhe quhet shuarje e gëlqeres, dhe Ca(OH) 2 që rezulton quhet gëlqere e shuar. Një tretësirë transparente e hidroksidit të kalciumit quhet ujë gëlqeror, dhe një suspension i bardhë i Ca(OH) 2 në ujë quhet qumësht i gëlqeres.
Kripërat e magnezit dhe kalciumit fitohen duke reaguar me acide.
CaCO 3 - karbonat kalciumi, shkumës, mermer, gur gëlqeror. Përdoret në ndërtim. MgCO 3 - karbonat magnezi - përdoret në metalurgji për të hequr skorjen.
CaSO 4 2H 2 O - gips. MgSO 4 - sulfat magnezi - i quajtur kripë e hidhur, ose anglisht, që gjendet në ujin e detit. BaSO 4 - sulfat bariumi - për shkak të pazgjidhshmërisë dhe aftësisë së tij për të mbajtur rrezet x përdoret në diagnostikimin (“qull barite”) të traktit gastrointestinal.
Kalciumi përbën 1.5% të peshës trupore të njeriut; 98% e kalciumit gjendet në kocka. Magnezi është një bioelement; ka rreth 40 g të tij në trupin e njeriut;
Metalet alkaline të tokës në tabela
Alumini
Alumini (Al)- elementi i nëngrupit kryesor të grupit III të sistemit periodik të D.I. Atomi i aluminit përmban në nivelin e jashtëm të energjisë tre elektrone, të cilën e dhuron lehtësisht kur ndërveprimet kimike. Paraardhësi i nëngrupit dhe fqinji i sipërm i aluminit - bori - ka një rreze atomike më të vogël (për borin është 0,080 nm, për aluminin - 0,143 nm). Përveç kësaj, atomi i aluminit ka një shtresë të ndërmjetme me tetë elektrone (2e; 8e; 3e), e cila pengon elektronet e jashtme të arrijnë në bërthamë. Prandaj, vetitë reduktuese të atomeve të aluminit janë mjaft të theksuara.
Pothuajse në të gjitha përbërjet e tij, alumini ka gjendja e oksidimit +3.
Alumini është një substancë e thjeshtë
Metal i lehtë argjend-bardhë. Shkrihet në 660 °C. Është shumë plastik, tërhiqet lehtësisht në tel dhe mbështjellë në fletë metalike deri në 0,01 mm të trashë. Ka përçueshmëri shumë të lartë elektrike dhe termike. Ata formojnë lidhje të lehta dhe të forta me metale të tjera. Alumini është një metal shumë aktiv. Nëse pluhuri i aluminit ose fleta e hollë e aluminit nxehet fort, ato ndizet dhe digjet me një flakë verbuese:
Ky reagim mund të vërehet kur xixëllonjat dhe fishekzjarrët digjen. Alumini, si të gjitha metalet, Reagon lehtësisht me jometalet, veçanërisht në formë pluhuri. Që reaksioni të fillojë, ngrohja fillestare është e nevojshme, me përjashtim të reaksioneve me halogjenet - klorin dhe bromin, por më pas të gjitha reaksionet e aluminit me jometalet vazhdojnë shumë vrullshëm dhe shoqërohen me lëshimin e një sasie të madhe nxehtësie. :
Alumini tretet mirë në acide sulfurik dhe klorhidrik të holluar:
Por acidet sulfurik dhe nitrik të koncentruar pasiivojnë aluminin, duke u formuar në sipërfaqe metalike film i dendur i qëndrueshëm oksid, e cila pengon ecurinë e mëtejshme të reaksionit. Prandaj, këto acide transportohen në rezervuarë alumini.
Oksidi dhe hidroksidi i aluminit kanë veti amfoterike, prandaj alumini tretet në tretësirat ujore të alkaleve, duke formuar kripëra - aluminate:
Alumini përdoret gjerësisht në metalurgji për të prodhuar metale - krom, mangan, vanadium, titan, zirkon nga oksidet e tyre. Kjo metodë quhet aluminotermi. Në praktikë, termiti përdoret shpesh - një përzierje e Fe 3 O 4 me pluhur alumini. Nëse kjo përzierje vihet në zjarr, për shembull, duke përdorur një shirit magnezi, atëherë ndodh një reagim i fuqishëm, duke lëshuar një sasi të madhe nxehtësie:
Nxehtësia e lëshuar është mjaft e mjaftueshme për të shkrirë plotësisht hekurin që rezulton, kështu që ky proces përdoret për saldimin e produkteve të çelikut.
Alumini mund të merret me elektrolizë - dekompozimi i shkrirjes së oksidit të tij Al 2 O 3 në pjesët përbërëse të tij duke përdorur një rrymë elektrike. Por pika e shkrirjes së oksidit të aluminit është rreth 2050 °C, kështu që elektroliza kërkon sasi të mëdha energjie.
Lidhje alumini
Aluminosilikatet. Këto komponime mund të konsiderohen si kripëra të formuara nga oksidi i aluminit, silikonit, alkalit dhe metaleve alkaline të tokës. Ata përbëjnë pjesën më të madhe kores së tokës. Në veçanti, aluminosilikatet bëjnë pjesë në feldspat, mineralet dhe argjilat më të zakonshme.
Boksiti- një shkëmb nga i cili përftohet alumini. Ai përmban oksid alumini Al 2 O 3.
Korundi- një mineral i përbërjes Al 2 O 3, ka fortësi shumë të lartë, varieteti i tij me kokrra të imta që përmban papastërti - zmerile, përdoret si material gërryes (blues). Një përbërës tjetër natyror, alumini, ka të njëjtën formulë.
Janë të njohura kristalet e zmerilit transparent, të ngjyrosur me papastërti: të kuqe - rubin dhe blu - safirë, të cilët përdoren si gurë të çmuar. Aktualisht, ato merren artificialisht dhe përdoren jo vetëm për bizhuteri, por edhe për qëllime teknike, për shembull, për prodhimin e pjesëve për orë dhe instrumente të tjera precize. Kristalet e rubinit përdoren në lazer.
Oksidi i aluminit Al 2 O 3 - një substancë e bardhë me një pikë shkrirjeje shumë të lartë. Mund të merret duke dekompozuar hidroksidin e aluminit duke ngrohur:
Hidroksid alumini Al(OH) 3 precipiton në formën e një precipitati xhelatinoz nën veprimin e alkaleve në tretësirat e kripërave të aluminit:
Si hidroksid amfoterik tretet lehtësisht në acide dhe solucione alkali:
Aluminat quhen kripëra të acideve të paqëndrueshme të aluminit - ortoalumin H 2 AlO 3, meta-alumin HAlO 2 (mund të konsiderohet si acid ortoalumini, nga molekula e së cilës është hequr një molekulë uji). Aluminat natyralë përfshijnë spinel fisnik dhe krisoberil të çmuar. Kripërat e aluminit, përveç fosfateve, janë shumë të tretshme në ujë. Disa kripëra (sulfide, sulfite) zbërthehen nga uji. Kloruri i aluminit AlCl 3 përdoret si katalizator në prodhimin e shumë substancave organike.
Elementet e grupit III në tabela
Karakteristikat e elementeve të tranzicionit - bakër, zink, krom, hekur
Bakër (Cu)- element i një nëngrupi dytësor të grupit të parë. Formula elektronike: (…3d 10 4s 1). Elektroni i dhjetë i tij d është i lëvizshëm, sepse është zhvendosur nga nënniveli 4S. Bakri në përbërje shfaq gjendje oksidimi +1 (Cu 2 O) dhe +2 (CuO). Bakri është një metal rozë e lehtë, i lakueshëm, viskoz dhe një përcjellës i shkëlqyer i elektricitetit. Pika e shkrirjes 1083 °C.
Ashtu si metalet e tjera të nëngrupit I të grupit I të sistemit periodik, bakri qëndron në të djathtë të hidrogjenit në serinë e aktivitetit dhe nuk e zhvendos atë nga acidet, por reagon me acidet oksiduese:
Nën ndikimin e alkaleve në tretësirat e kripërave të bakrit, precipiton një precipitat i një baze të dobët të ngjyrës blu.- hidroksidi i bakrit (II), i cili kur nxehet zbërthehet në oksid bazë të zi CuO dhe ujë:
Vetitë kimike bakri në tavolina
Zinku (Zn)- element i një nëngrupi dytësor të grupit II. E tij formula elektronike si vijon: (...3d 10 4s 2). Meqenëse nënniveli i parafundit d në atomet e zinkut është plotësisht i plotë, zinku në përbërje shfaq një gjendje oksidimi prej +2.
Zinku është një metal i bardhë-argjendi që praktikisht nuk ndryshon në ajër. Është rezistent ndaj korrozionit për shkak të pranisë së një filmi oksidi në sipërfaqen e tij. Zinku është një nga metalet më aktivë në temperatura të larta reagon me substanca të thjeshta:
Zinku, si metalet e tjera, zhvendos metale më pak aktive nga kripërat e tyre:
Zn + 2AgNO 3 = 2Ag + Zn(NO 3) 2
Hidroksidi i zinkut është amfoterik, d.m.th., shfaq vetitë e acideve dhe bazave. Kur një tretësirë e alkalit shtohet gradualisht në një tretësirë të kripës së zinkut, precipitati që u formua fillimisht shpërndahet (e njëjta gjë ndodh me aluminin):
Karakteristikat kimike të zinkut në tabela
Duke përdorur shembullin krom (Cr) mund të tregohet se vetitë e elementeve të tranzicionit nuk ndryshojnë ndjeshëm gjatë periudhës: një ndryshim sasior ndodh për shkak të një ndryshimi në numrin e elektroneve në orbitalet e valencës. Gjendja maksimale e oksidimit të kromit është +6. Metali në serinë e aktivitetit është në të majtë të hidrogjenit dhe e zhvendos atë nga acidet:
Kur një tretësirë alkali i shtohet një tretësire të tillë, formohet një precipitat i Me(OH). 2 , i cili oksidohet shpejt nga oksigjeni atmosferik:
Ai korrespondon me oksidin amfoterik Cr 2 O 3. Oksidi i kromit dhe hidroksidi (in shkallën më të lartë oksidimi) shfaqin vetitë e oksideve acide dhe acideve, përkatësisht. Kripërat e acidit kromik (H 2 CrO 4 ) në një mjedis acid shndërrohen në dikromate- kripërat e acidit dikromik (H 2 Cr 2 O 7). Komponimet e kromit kanë një aftësi të lartë oksiduese.
Vetitë kimike të kromit në tabela
Hekuri Fe- një element i nëngrupit dytësor të grupit VIII dhe periudha e 4-të e tabelës periodike të D. I. Mendeleev. Atomet e hekurit janë strukturuar disi ndryshe nga atomet e elementeve të nëngrupeve kryesore. Siç i ka hije një elementi të periudhës së 4-të, atomet e hekurit kanë katër nivele energjie, por nuk është i fundit që mbushet, por niveli i parafundit, i treti nga bërthama. Në nivelin e fundit, atomet e hekurit përmbajnë dy elektrone. Në nivelin e parafundit, i cili mund të strehojë 18 elektrone, atomi i hekurit ka 14 elektrone. Rrjedhimisht, shpërndarja e elektroneve nëpër nivele në atomet e hekurit është si më poshtë: 2e; 8e ; 14e; 2e. Si të gjitha metalet, atomet e hekurit shfaqin veti reduktuese, duke lëshuar gjatë ndërveprimeve kimike jo vetëm dy elektrone nga niveli i fundit, dhe duke marrë një gjendje oksidimi +2, por edhe një elektron nga niveli i parafundit, ndërsa gjendja e oksidimit të atomit rritet në +3.
Hekuri është një substancë e thjeshtë
Është një metal me shkëlqim argjendi-bardhë me një pikë shkrirjeje prej 1539 °C. Është shumë plastik, prandaj është i lehtë për t'u përpunuar, farkëtuar, rrotulluar, stampuar. Hekuri ka aftësinë të magnetizohet dhe demagnetizohet. Mund t'i jepet forcë dhe fortësi më e madhe duke përdorur metoda termike dhe mekanike. Ka hekur teknikisht të pastër dhe kimikisht të pastër. Hekuri teknikisht i pastër është në thelb çelik me karbon të ulët, ai përmban 0,02-0,04% karbon dhe akoma më pak oksigjen, squfur, azot dhe fosfor. Hekuri kimikisht i pastër përmban më pak se 0.01% papastërti. Për shembull, kapëse letre dhe butona janë bërë nga hekur teknikisht i pastër. Një hekur i tillë gërryhet lehtësisht, ndërsa hekuri i pastër kimikisht pothuajse nuk i nënshtrohet korrozionit. Aktualisht, hekuri është baza e teknologjisë moderne dhe inxhinierisë bujqësore, transportit dhe komunikimit, anijeve kozmike dhe, në përgjithësi, të gjithë qytetërimit modern. Shumica e produkteve, nga një gjilpërë qepëse në anije kozmike, nuk mund të bëhet pa përdorimin e hekurit.
Vetitë kimike të hekurit
Hekuri mund të shfaqë gjendje oksidimi +2 dhe +3, në përputhje me rrethanat, hekuri jep dy seri përbërjesh. Numri i elektroneve që një atom hekuri heq dorë gjatë reaksioneve kimike varet nga aftësia oksiduese e substancave që reagojnë me të.
Për shembull, me halogjenet, hekuri formon halogjene në të cilat ka një gjendje oksidimi prej +3:
dhe me sulfur-hekur (II) sulfur:
Hekuri i nxehtë digjet në oksigjen me formimin e shkallës së hekurit:
Në temperatura të larta (700-900 °C) hekur reagon me avujt e ujit:
Në përputhje me pozicionin e hekurit në serinë elektrokimike të tensioneve, ai mund të zhvendosë metalet në të djathtë të tij nga tretësirat ujore të kripërave të tyre, për shembull:
Hekuri tretet në acide klorhidrike dhe sulfurike të holluara d.m.th., oksidohet nga jonet e hidrogjenit:
Hekuri gjithashtu tretet në acid nitrik të holluar., kjo prodhon nitratin e hekurit (III), ujin dhe produktet e reduktimit të acidit nitrik - N 2, NO ose NH 3 (NH 4 NO 3) në varësi të përqendrimit të acidit.
Komponimet e hekurit
Në natyrë, hekuri formon një sërë mineralesh. Ky është mineral hekuri magnetik (magnetit) Fe 3 O 4, mineral hekuri i kuq (hematit) Fe 2 O 3, mineral hekuri kafe (limoniti) 2Fe 2 O 3 3H 2 O. Një përbërës tjetër natyral i hekurit është hekuri, ose squfuri, piriti ( pirit) FeS 2, nuk shërben si mineral hekuri për prodhimin e metaleve, por përdoret për prodhimin e acidit sulfurik.
Hekuri karakterizohet nga dy seri përbërjesh: komponimet e hekurit (II) dhe hekurit (III). Oksidi i hekurit (II) FeO dhe hidroksidi i tij përkatës i hekurit (II) Fe(OH) 2 përftohen në mënyrë indirekte, në veçanti, përmes zinxhirit të mëposhtëm të transformimeve:
Të dy komponimet kanë veti të veçanta themelore.
Kationet e hekurit (II) Fe 2 + oksidohet lehtësisht nga oksigjeni atmosferik në katione të hekurit (III) Fe 3 + . Prandaj, precipitati i bardhë i hidroksidit të hekurit (II) bëhet i gjelbër dhe më pas kthehet në kafe, duke u kthyer në hidroksid hekuri (III):
Oksid i hekurit (III) Fe 2 O 3 dhe hidroksidi përkatës i hekurit (III) Fe(OH) 3 gjithashtu merret në mënyrë indirekte, për shembull, përgjatë zinxhirit:
Nga kripërat e hekurit rëndësinë më të madhe teknike kanë sulfatet dhe kloruret.
Kristalhidrati i sulfatit të hekurit (II) FeSO 4 7H 2 O, i njohur si sulfat i hekurit, përdoret për të kontrolluar dëmtuesit e bimëve, për të përgatitur bojëra minerale dhe për qëllime të tjera. Kloridi i hekurit (III) FeCl 3 përdoret si një zbutës gjatë ngjyrosjes së pëlhurave. Sulfati i hekurit (III) Fe 2 (SO 4) 3 9H 2 O përdoret për pastrimin e ujit dhe qëllime të tjera.
Vetitë fizike dhe kimike të hekurit dhe përbërjeve të tij janë përmbledhur në tabelë:
Vetitë kimike të hekurit në tabela
Reaksione cilësore ndaj joneve Fe 2+ dhe Fe 3+
Për njohjen e komponimeve të hekurit (II) dhe (III). kryejnë reaksione cilësore ndaj joneve të Fe 2+ dhe Fe 3+ . Reagimi cilësor Jonet Fe 2+ reagojnë nga reaksioni i kripërave të hekurit (II) me një përbërje K 3 të quajtur kripë e kuqe e gjakut. Ky është një grup i veçantë i kripërave të quajtur kripëra komplekse, me të cilin do të njiheni më vonë. Ndërkohë, ju duhet të kuptoni se si kripëra të tilla shkëputen:
Reagenti për jonet Fe 3+ është një përbërës tjetër kompleks - kripa e verdhë e gjakut - K 4, e cila shpërndahet në tretësirë në një mënyrë të ngjashme:
Nëse tretësirat që përmbajnë jone Fe 2+ dhe Fe 3+ i shtohen, përkatësisht, tretësirave të kripës së kuqe të gjakut (reagjent për Fe 2+) dhe kripës së verdhë të gjakut (reagjentit për Fe 3+), atëherë në të dyja rastet precipiton i njëjti precipitat blu. :
Për të zbuluar jonet Fe 3+, përdoret gjithashtu ndërveprimi i kripërave të hekurit (III) me tiocianatin e kaliumit KNCS ose tiocianatin e amonit NH 4 NCS. Në këtë rast, formohet një jon FeNCNS 2+ me ngjyra të ndezura, si rezultat i të cilit e gjithë tretësira fiton një ngjyrë të kuqe intensive:
Tabela e tretshmërisë
Po ngarkohet...