Metale
Metale należą do głównych materiałów naturalnych wykorzystywanych przez ludzkość.
Metalurgia – jedna z podstawowych gałęzi przemysłu decydująca o potencjale gospodarczym i militarnym kraju. Powstają nowe stopy o określonych właściwościach, a jako dodatki stosuje się różne metale.
Około 80% wszystkich znanych pierwiastków chemicznych PSE to metale. Najczęściej spotykanymi metalami są: Al – 8,8%; Fe – 4,0%; Ca – 3,6%; Na – 2,64%; K – 2,6%; Mg – 2,1%; Ti – 0,64%.
Metale charakteryzują się swoimi specyficznymi właściwościami, które odróżniają je od metaloidów: plastycznością, wysoką przewodnością cieplną i elektryczną, twardością, w przypadku większości metali wysoką temperaturą topnienia i wrzenia, metalicznym połyskiem.
Plastyczność nazywa się zdolnością metali pod wpływem siły zewnętrzne ulegają odkształceniu, które pozostaje nawet po zakończeniu tego działania. Metale ze względu na swoją plastyczność poddawane są kuciu, walcowaniu i tłoczeniu. Metale mają różną ciągliwość.
Metaliczny połysk. Gładka powierzchnia metali odbija promienie światła. Im mniej pochłania te promienie, tym większy metaliczny połysk. Ze względu na połysk metale można uszeregować w następujący rząd: Ag, Pd, Cu, Au, Al, Fe.
Produkcja luster opiera się na tej właściwości metali.
Metale charakteryzują się również wysoką zawartością przewodność cieplna i elektryczna. Pod względem przewodności elektrycznej pierwsze miejsce zajmują Ag, Cu, Al.
Przewodność elektryczna maleje wraz ze wzrostem temperatury, w miarę nasilania się Ruch oscylacyjny jony w węzłach sieci krystalicznej, co zapobiega kierunkowemu ruchowi elektronów.
Przewodność elektryczna wzrasta wraz ze spadkiem temperatury a w obszarze bliskim zera absolutnego wiele metali wykazuje nadprzewodnictwo.
Przyczynę wspólnych właściwości fizycznych i chemicznych metali wyjaśnia wspólna budowa ich atomów i natura sieci krystalicznych metali.
Atomy metali są większe w porównaniu do niemetali. Zewnętrzne elektrony atomów metali są w znacznym stopniu oddzielone od jądra i są z nim słabo związane, dlatego metale mają niski potencjał jonizacji (są środkami redukującymi).
Specyficzne właściwości metali - plastyczność, przewodność cieplna i elektryczna, połysk - tłumaczy się faktem, że metale zawierają „wolne” elektrony, które mogą poruszać się po krysztale.
Metale charakteryzują się wiązaniem metalicznym (jest to wyjaśnione na podstawie metody MO).
Właściwości fizyczne metali.
Wszystkie metale, z wyjątkiem rtęci, w zwykłych temperaturach są substancjami stałymi o charakterystycznym metalicznym połysku.
Większość metali ma kolor od ciemnoszarego do srebrzystobiałego. Złoto i cez są żółte, całkowicie czysta miedź jest jasnoróżowa, niektóre metale mają czerwonawy odcień (bizmut).
Gęstość metali może się znacznie różnić; np. gęstość Li = 0,53 g/cm3 (najlżejszy), a Os to najcięższy metal 22,48 g/cm3.
W jednej podgrupie analogów wartości gęstości z reguły rosną wraz ze wzrostem ładunku jądra atomowego.
W technologii metale klasyfikuje się według gęstości: lekkie, ciężkie, topliwe i ogniotrwałe.
Będąc w naturze.
W naturze metale występują zarówno w stanie natywnym, jak i w postaci różnych związków. W stanie natywnym występują wyłącznie metale chemicznie mało aktywne – Pt, Ag, Au. Metale aktywne chemicznie występują tylko w postaci różnych związków - Ruda
Rudy to: tlenki, siarczki i sole.
Rudę najpierw poddaje się wzbogacaniu, czyli oddzielaniu od skały płonnej. Najpopularniejszą metodą jest flotacja opiera się na różnej zwilżalności powierzchni minerałów wodą.
Metody wydobywania minerałów z rud są określone przez ich skład chemiczny. Wszystkie metody wytwarzania metali sprowadzają się do reakcji utleniania i redukcji.
Karbotermia. W tej metodzie wytwarzania metali czynnikiem redukującym jest węgiel – najtańszy i najbardziej dostępny. Węgiel wykorzystuje się w postaci koksu, a utleniony węgiel można łatwo usunąć w postaci CO2.
Węgiel stosowany jest do redukcji stosunkowo mało aktywnych metali: Fe, Cu, Zn, Pb.
Kiedy węgiel redukuje mieszaninę rudy żelaza z tlenkami Cr, Mo, W lub Mn, w przemyśle powstają stopy zawierające około 70% tych metali i bardzo małą ilość węgla. Są to żelazostopy, wykorzystywane do produkcji specjalnych stali stopowych. Do redukcji węglem nadają się tylko tlenki.
Rudy siarczkowe (cynk, ołów, miedź) poddaje się w pierwszej kolejności kalcynacji oksydacyjnej:
2ZnS + 2O2 → 2ZnO + SO2
Li, Ca, Ba, podobnie jak metale z grupy III, nie można otrzymać przez redukcję węglem, ponieważ po wyodrębnieniu w stanie wolnym z nadmiarem węgla natychmiast tworzą węgliki.
Metalotermia. Opiera się na procesach wypierania jednego metalu (mniej aktywnego) przez inny (bardziej aktywny) z odpowiednich tlenków, chlorków, siarczków.
Aluminium jest bardzo dobrym reduktorem tlenków metali ze względu na duże powinowactwo do tlenu. Proces nazywa się aluminotermia.
Fe2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Fe
W wyniku aluminotermii powstają także inne metale (Mn, Cr, Ti), których nie można w nich uzyskać czysta forma redukcja ich tlenków węglem w wyniku tworzenia się węglików. W reakcji aluminotermicznej uwalniana jest duża ilość ciepła w bardzo krótkim czasie, co powoduje powstawanie wysokich temperatur.
Elektrolityczna lub katodowa redukcja metali. W przypadku metali trudnych do redukcji węgiel nie nadaje się jako środek redukujący, w tym przypadku stosuje się redukcję katodową, czyli separację poprzez elektrolizę. Metale takie można utleniać wodą, dlatego ich związki ulegają elektrolizie nie w roztworach wodnych, ale w stopach lub roztworach innych rozpuszczalników.
Na przykład metaliczny Na, K, Ba, Ca, Mg, Be otrzymuje się przez elektrolizę stopów odpowiednich chlorków.
Otrzymywanie metali o wysokiej czystości.
Ze względu na szybki rozwój technologii wymagane były metale o bardzo dużej czystości. Na przykład, dla niezawodnej pracy reaktora jądrowego konieczne jest, aby w materiałach rozszczepialnych znajdowały się zanieczyszczenia takie jak bor, kadm itp. w ilościach nieprzekraczających milionowych części procenta. Czysty cyrkon, jeden z najlepszych materiałów konstrukcyjnych reaktorów jądrowych, staje się całkowicie nieodpowiedni do tego celu, jeśli zawiera nawet nieznaczną domieszkę hafnu.
Destylacja w próżni. Metoda ta opiera się na różnej lotności oczyszczanego metalu i występujących w nim zanieczyszczeń. Metal źródłowy ładuje się do specjalnego naczynia połączonego z pompą próżniową, po czym w naczyniu wytwarza się próżnię Dolna część naczynie się nagrzewa. Na zimnych częściach naczynia osadzają się zanieczyszczenia lub czysty metal, w zależności od tego, który z nich jest bardziej lotny.
Rozkład termiczny.
1. Proces karbonylowy. Proces ten stosowany jest głównie w celu otrzymania czystego niklu i czystego żelaza. Metal zawierający zanieczyszczenia ogrzewa się w obecności CO (tlenku węgla), a powstały lotny karbonyl oddestylowuje się z nielotnych zanieczyszczeń. Karbonylki rozkładają się następnie w wyższych temperaturach, tworząc metale o wysokiej czystości.
2. Proces jodowy umożliwia otrzymywanie metali takich jak cyrkon i tytan.
3. Czyszczenie metalu(zwykle zawierający tlenek jako zanieczyszczenia) w próżni, podgrzewając go do bardzo wysokiej temperatury za pomocą łuku elektrycznego.
Topienie strefy. Metoda ta polega na przeciąganiu bloku ropy niemieckiej przez wąski piec; Strefa stopiona, która tworzy się w tym przypadku, gdy pręt przez nią przechodzi, porusza się wzdłuż niej i usuwa zanieczyszczenia.
Powtarzając ten proces wielokrotnie, można osiągnąć wysoki stopień czystości.
Właściwości chemiczne metali.
Metale nie mają zdolności przyłączania elektronów, dlatego są reduktorami. Miarą aktywności chemicznej metali jest energia jonizacji J.
Utleniaczami metali mogą być: substancje elementarne, kwasy, sole metali mniej aktywnych itp.
1. Oddziaływanie z substancjami elementarnymi.
2. Interakcja z kwasami:
a) Utleniacz – jon H+ (HCl, H2SO4 (rozcieńczony) itp.);
b) Anion kwasu utleniającego (do takich kwasów należą HNO3 i H2SO4 (stężony);
c) Interakcja z wodą;
d) Interakcja z alkaliami;
e) Interakcja z roztworami soli.
Tlenki metali
Wszystkie atomy tlenu są bezpośrednio związane z atomami metali i nie są ze sobą związane: Me * O2.
Klasyfikacja tlenków metali
Podstawowy - tlenki metali najbardziej aktywnych (s - pierwiastki z grupy I i II) – wiązanie jonowe: Na2O, K2O, CaO, MgO itp.
Ich właściwości: a) oddziałują z kwasami; b) z tlenkami kwasowymi; c) wodą.
Tlenki amfoteryczne(mniej aktywnych metali i pierwiastków D): Al2O3, ZnO, Cr2O3 itp.
Ich właściwości: a) oddziaływanie z kwasami; b) interakcja z alkaliami.
Kwaśny – tlenek metali niskoaktywnych w wyższe stopnie utlenianie (CrO3, Mn2O7 itp.). Ich właściwości: a) oddziaływanie z wodą, tworząc kwasy; b) oddziaływać z zasadami (zasadami).
Charakter zmian właściwości tlenków
W jednym okresie następuje osłabienie właściwości podstawowych poprzez właściwości amfoteryczne i wzrost właściwości kwasowych od lewej do prawej.
W grupie ten sam element wykazuje tę samą zmianę właściwości.
Otrzymywanie tlenków.
1. Bezpośrednie utlenianie metali - spalanie.
Ca + O = CaO
4Na + O2 = 2Na2O
2. Utlenianie siarczków.
ZnS + O2 = ZnO + SO2
3. Utlenianie innych pierwiastków przez tlenki, jeżeli ciepło tworzenia powstającego tlenku jest większe od ciepła tworzenia tlenku pierwotnego (metalotermia).
Al + Cr2O3 = Cr + Al2O3 + Q
4. Odwodnienie odpowiednich wodorotlenków.
Al(OH)3 Al2O3 + H2O
5. Rozkład termiczny węglanów, azotanów, siarczanów i innych soli.
CaCO3 CaO + CO2
Wodorotlenki metali.
Klasyfikacja: zasadowy, amfoteryczny, kwaśny (odpowiadający tlenkom).
Charakter zmian właściwości w przyrodzie jest podobny do tlenków.
Strona 2
Żelazo, miedź i aluminium mają charakterystyczny metaliczny połysk.
Badając ciała stałe, które nie mają charakterystycznego metalicznego połysku, zauważamy, że ich przewodność elektryczna jest bardzo niska. Należą do nich substancje, które nazywamy jonowymi – chlorek sodu, chlorek wapnia, azotan srebra i chlorek srebra, a także kryształy molekularne, takie jak lód. Lód pokazany na ryc. 5 - 3, składa się z tych samych cząsteczek, które występują w fazie gazowej, ale uporządkowanie jest umiejscowione w sieci krystalicznej. Te złe przewodniki prąd elektryczny różnią się bardzo od metali niemal wszystkimi właściwościami. Tym samym przewodność elektryczną można wykorzystać do klasyfikacji substancji, co jest jednym z najbardziej uzasadnionych.
Metale to proste substancje krystaliczne, które mają charakterystyczny metaliczny połysk, dobrze przewodzą ciepło i prąd elektryczny, potrafią zmieniać swój kształt pod wpływem sił zewnętrznych i utrzymywać go po usunięciu obciążenia bez śladów zniszczenia. Z całkowitej liczby obecnie znanych pierwiastków chemicznych osiemdziesiąt pierwiastków zalicza się do metali. Najczęściej w skorupa Ziemska metalami w postaci związków chemicznych są glin, żelazo, magnez, potas, sód i wapń. Czyste metale mają ograniczone zastosowanie w technice, gdyż występują w przyrodzie niezwykle rzadko, a otrzymanie ich ze związków chemicznych (rud) wiąże się z dużymi trudnościami.
W wyniku korozji wodorowej powierzchnia stali traci charakterystyczny metaliczny połysk i staje się matowa.
Polimery to drobno zdyspergowane kolorowe proszki o charakterystycznym metalicznym połysku, rozpuszczalne jedynie w stężonym kwasie siarkowym.
Wszystkie pierwiastki D są metalami o charakterystycznym metalicznym połysku. W porównaniu do s-metali ich wytrzymałość jest znacznie wyższa.
Nierozpuszczony jod tworzy wyraźnie widoczną błonę o charakterystycznym metalicznym połysku (unoszącą się na powierzchni roztworu) lub gromadzi się na dnie kolby w postaci czarnych cząstek. Ponieważ roztwór jodu ma intensywnie czerwoną barwę i jest prawie nieprzezroczysty, należy go bardzo dokładnie obejrzeć, trzymając kolbę pod jasne światło. lampa elektryczna wiszące na suficie. Aby to zrobić, musisz stanąć pod lampą, trzymając kolbę za szyjkę w pozycji pochylonej między lampą a twarzą i spróbować zobaczyć w niej jasny obraz lampy. Na takim tle wyraźnie widać nierozpuszczone kryształy jodu. Wtedy kryształy obu substancji zgromadzą się w jednym miejscu i wokół kryształów jodu utworzy się strefa stężony roztwór KJ, w którym jod szybko się rozpuści.
Wszystko metale alkaliczne- substancje srebrne- biały, o charakterystycznym metalicznym połysku, dobrej przewodności elektrycznej i cieplnej, niskich temperaturach topnienia i stosunkowo niskich temperaturach wrzenia, małej gęstości i dużej objętości atomów. W stanie pary ich cząsteczki są jednoatomowe; jony są bezbarwne.
Z wyglądu są to ciemnofioletowe, prawie czarne kryształy o charakterystycznym metalicznym połysku. Dobrze rozpuszcza się w wodzie. Nadmanganian potasu jest jednym z silnych utleniaczy, co decyduje o jego właściwościach dezynfekcyjnych.
Metale (z łac. metallum – moje, moje) to grupa pierwiastków w postaci prostych substancji o charakterystycznych właściwościach metalicznych, takich jak wysoka przewodność cieplna i elektryczna, dodatni współczynnik temperaturowy rezystancji, wysoka ciągliwość i metaliczny połysk.
Spośród 118 pierwiastków chemicznych odkrytych w ten moment(nie wszystkie są oficjalnie uznane), metale obejmują:
- 6 pierwiastków z grupy metali alkalicznych,
- 6 w grupie metali ziem alkalicznych,
- 38 w grupie metali przejściowych,
- 11 w grupie metali lekkich,
- 7 w grupie półmetali,
- 14 w grupie lantanowce + lantan,
- 14 w grupie aktynowców (nie zbadano właściwości fizycznych wszystkich pierwiastków) + aktyn,
- poza pewne grupy beryl i magnez.
Zatem 96 ze wszystkich odkrytych pierwiastków może stanowić metale.
W astrofizyce termin „metal” może mieć różne znaczenie i oznaczać wszystko pierwiastki chemiczne cięższy od helu
Charakterystyczne właściwości metali
- Metaliczny połysk (charakterystyczny nie tylko metali: mają go także niemetale, jod i węgiel w postaci grafitu)
- Dobra przewodność elektryczna
- Możliwość łatwej obróbki
- Wysoka gęstość (zwykle metale są cięższe niż niemetale)
- Wysoka temperatura topnienia (wyjątki: rtęć, gal i metale alkaliczne)
- Świetna przewodność cieplna
- Są to najczęściej środki redukujące w reakcjach.
Właściwości fizyczne metali
Wszystkie metale (z wyjątkiem rtęci i warunkowo Francji) w normalnych warunkach są obecne stan stały mają jednak różną twardość. Poniżej przedstawiono twardość niektórych metali w skali Mohsa.
Temperatury topnienia czyste metale wahają się od -39 ° C (rtęć) do 3410 ° C (wolfram). Większość metali (z wyjątkiem zasad) ma wysoką temperaturę topnienia, ale niektóre „normalne” metale, takie jak cyna i ołów, można topić na zwykłej kuchence elektrycznej lub gazowej.
W zależności od gęstość, metale dzielą się na lekkie (gęstość 0,53 ÷ 5 g/cm3) i ciężkie (5 ÷ 22,5 g/cm3). Najlżejszym metalem jest lit (gęstość 0,53 g/cm3). Obecnie nie da się wskazać najcięższego metalu, ponieważ gęstości osmu i irydu – dwóch najcięższych metali – są prawie równe (około 22,6 g/cm3 – czyli dokładnie dwukrotnie więcej niż gęstość ołowiu), a obliczenie ich dokładnej gęstości jest niezwykle trudne: do tego trzeba całkowicie oczyścić metale, ponieważ wszelkie zanieczyszczenia zmniejszają ich gęstość.
Większość metali Plastikowy, to znaczy metalowy drut można zgiąć bez pękania. Dzieje się tak na skutek przemieszczenia warstw atomów metalu bez zerwania wiązania między nimi. Najbardziej plastyczne są złoto, srebro i miedź. Ze złota można wykonać folię o grubości 0,003 mm, która służy do złocenia wyrobów. Jednak nie wszystkie metale są plastyczne. Drut wykonany z cynku lub cyny łamie się przy zginaniu; Po odkształceniu mangan i bizmut prawie wcale nie wyginają się, ale natychmiast pękają. Plastyczność zależy również od czystości metalu; Zatem bardzo czysty chrom jest bardzo plastyczny, ale zanieczyszczony nawet drobnymi zanieczyszczeniami staje się kruchy i twardszy. Niektóre metale, takie jak złoto, srebro, ołów, aluminium i osm, mogą rosnąć razem, ale może to zająć dziesięciolecia.
Wszystkie metale są dobre przewodzić prąd elektryczny; wynika to z obecności w ich sieciach krystalicznych ruchomych elektronów poruszających się pod wpływem pola elektrycznego. Srebro, miedź i aluminium mają najwyższą przewodność elektryczną; z tego powodu te dwa ostatnie metale są najczęściej stosowane jako materiały na druty. Sód charakteryzuje się także bardzo dużą przewodnością elektryczną, w aparaturze doświadczalnej znane są próby stosowania przewodników sodowych w postaci cienkościennych rurek ze stali nierdzewnej wypełnionych sodem. Dzięki małemu środek ciężkości sodowe, przy jednakowej rezystancji, „druty” sodowe są znacznie lżejsze od miedzi, a nawet nieco lżejsze od aluminium.
Wysoka przewodność cieplna metali zależy również od mobilności wolnych elektronów. Dlatego szereg przewodnictwa cieplnego jest podobny do szeregu przewodnictwa elektrycznego, a najlepszym przewodnikiem ciepła, a także prądu elektrycznego, jest srebro. Sód znajduje również zastosowanie jako dobry przewodnik ciepła; powszechnie znane jest na przykład zastosowanie sodu w zastawkach silniki samochodowe w celu poprawy ich chłodzenia.
Kolor Większość metali jest w przybliżeniu taka sama - jasnoszary z niebieskawym odcieniem. Złoto, miedź i cez są odpowiednio żółte, czerwone i jasnożółte.
Właściwości chemiczne metali
Na zewnątrz poziom elektroniczny Większość metali ma niewielką liczbę elektronów (1-3), więc w większości reakcji działają jako czynniki redukujące (to znaczy „oddają” swoje elektrony)
Reakcje z substancjami prostymi
- Wszystkie metale z wyjątkiem złota i platyny reagują z tlenem. Reakcja ze srebrem zachodzi w wysokich temperaturach, ale tlenek srebra(II) praktycznie nie powstaje, ponieważ jest niestabilny termicznie. W zależności od metalu produkt może zawierać tlenki, nadtlenki i ponadtlenki:
tlenek litu
nadtlenek sodu
nadtlenek potasu
Aby otrzymać tlenek z nadtlenku, nadtlenek redukuje się metalem:
W przypadku metali średnio i niskoaktywnych reakcja zachodzi po podgrzaniu:
- Tylko najbardziej aktywne metale reagują z azotem, kiedy temperatura pokojowa Tylko lit reaguje, tworząc azotki:
Po podgrzaniu:
- Wszystkie metale z wyjątkiem złota i platyny reagują z siarką:
Żelazo reaguje z siarką po podgrzaniu, tworząc siarczek:
- Tylko najbardziej aktywne metale, czyli metale z grup IA i IIA z wyjątkiem Be, reagują z wodorem. Reakcje zachodzą po podgrzaniu i tworzą się wodorki. W reakcjach metal działa jako środek redukujący, stopień utlenienia wodoru wynosi -1:
- Tylko najbardziej aktywne metale reagują z węglem. W tym przypadku powstają acetylenki lub metanowce. W reakcji z wodą acetylenki dają acetylen, metanowce dają metan.
W procesie wytwarzania wyrobów wykorzystujących artystyczną obróbkę metali wykorzystywane są zarówno metale szlachetne, nieszlachetne, jak i ich stopy. Metale szlachetne obejmują złoto, srebro, platynę i metale z grupy platynowców: pallad, ruten, iryd, osm, a metale nieszlachetne obejmują metale żelazne – stal, żeliwo – i metale nieżelazne – miedź, mosiądz, brąz, aluminium, magnez , miedzionikiel, srebro niklowe, nikiel, cynk, ołów, cyna, tytan, tantal, niob. Kadm, rtęć, antymon, bizmut, arsen, kobalt, chrom, wolfram, molibden, mangan, wanad stosuje się również w postaci drobnych dodatków zmieniających właściwości stopów lub jako powłoki.
Aluminium. Ten miękki, srebrno-biały metal można łatwo zwijać, rozciągać i ciąć. Aby zwiększyć wytrzymałość, do stopów aluminium dodaje się krzem, miedź, magnez, cynk, nikiel, mangan i chrom. Z stopy aluminium Produkują odlewane elementy architektoniczne i rzeźby, a także biżuterię.
Brązowy. Jest to stop miedzi z cynkiem, cyną i ołowiem. Produkuje się także brązy bezcynowe. W historii ludzkości całą epokę nazywa się epoką brązu, kiedy ludzie, nauczywszy się wytapiać brąz, wytwarzali z niego artykuły gospodarstwa domowego, broń, banknoty (monety) i biżuterię. Obecnie z brązu wykonywane są pomniki, rzeźby monumentalne, a także elementy wyposażenia wnętrz teatrów, muzeów, pałaców i holów stacji metra.
Złoto. Od czasów starożytnych do współczesności złoto było najpopularniejszym metalem do wyrobu biżuterii, zastawy stołowej i dekoracji wnętrz. Jest szeroko stosowany do złocenia metali żelaznych i nieżelaznych, a także do przygotowywania lutów. Złoto w czystej postaci to piękny żółty metal. Stopy złota mogą być białe, czerwone, zielone lub czarne. Złoto jest metalem bardzo lepkim, ciągliwym i kowalnym. Stopy złota są łatwe w cięciu, szlifowaniu i polerowaniu. Złoto nie podlega utlenianiu. Rozpuszcza się jedynie w kwasie selenowym i wodzie królewskiej – mieszaninie stężonych kwasów: jednej części azotowej i trzech części solnego.
Iryd. Metal ten wyglądem przypomina cynę, ale różni się od niej dużą twardością i kruchością. Iryd dobrze się poleruje, ale jest trudny w obróbce. Nie mają na nią wpływu zasady, kwasy ani ich mieszaniny. Iryd jest używany w biżuterii.
Mosiądz. Jest to stop miedzi i cynku, używany do wyrobu zastaw stołowych i dekoracji wnętrz (ryciny), a także różnego rodzaju biżuterii, często posrebrzanej lub pozłacanej. Mosiądz można z powodzeniem poddać obróbce poprzez cięcie, łatwo lutować, walcować, tłoczyć, bić, niklować, srebrzić, złocić, oksydować, „w porównaniu do czystej miedzi są trwalsze i twardsze, znacznie tańsze i bardziej eleganckie w kolor Mosiądz o niskiej zawartości cynku (od 3 do 20%), zwany tombakiem, ma czerwono-żółtą barwę.
Magnez. Metal ten jest czterokrotnie lżejszy od brązu. Stosowane są stopy składające się z magnezu, aluminium, manganu, cynku, a także miedzi i kadmu Ostatnio do produkcji artykułów wyposażenia wnętrz obiektów przemysłowych.
Miedź. Jest to metal miękki, niezwykle ciągliwy i wytrzymały, łatwo poddający się obróbce ciśnieniowej: ciągnieniu, walcowaniu, tłoczeniu, tłoczeniu. Miedź daje się dobrze szlifować i polerować, ale szybko traci połysk; trudno jest ostrzyć, wiercić, frezować. Do produkcji filigranowej biżuterii i przedmiotów wyposażenia wnętrz - monet używa się czystej lub czerwonej miedzi. Miedź służy do przygotowania lutów (miedź, srebro, złoto), a także jako dodatek do różnych stopów.
Nikiel. Metal biały, bardzo błyszczący, odporny chemicznie, ogniotrwały, trwały i plastyczny; Nie występuje w czystej postaci w skorupie ziemskiej. Nikiel stosowany jest głównie do dekoracyjnego i ochronnego powlekania naczyń stołowych i biżuterii oraz stopów na bazie niklu (srebro niklowe i srebro niklowe), które posiadają wystarczającą odporność na korozję, wytrzymałość, ciągliwość oraz możliwość łatwego walcowania, bicia, tłoczenia i polerowania, służą do wyrobu przedmiotów wyposażenia stołu i dekoracji wnętrz, a także biżuterii.
Niob. Bardzo podobny do tantalu. Odporny na kwasy: nie ma na niego wpływu woda królewska, kwas solny, siarkowy, azotowy, fosforowy, nadchlorowy. Niob rozpuszcza się tylko w kwas fluorowodorowy i jego mieszaniny z kwasem azotowym. Ostatnio zaczęto go wykorzystywać za granicą do produkcji biżuterii.
Cyna. W starożytności z cyny bito monety i wytwarzano naczynia. Ten miękki i ciągliwy metal ma ciemniejszy kolor niż srebro i wyższą twardość niż ołów. W jubilerstwie stosowany jest do przygotowania lutów oraz jako składnik stopów metali nieżelaznych, a ostatnio dodatkowo do wyrobu biżuterii i artykułów wyposażenia wnętrz.
Osm. Jest to błyszczący, niebieskawo-szary metal, który jest bardzo twardy i ciężki. Osm nie rozpuszcza się w kwasach i ich mieszaninach. Stosowany jest w stopach z platyną.
Paladium. Ten wytrzymały, plastyczny metal można łatwo kuć i walcować. Pallad ma ciemniejszy kolor niż srebro, ale jaśniejszy niż platyna. Rozpuszcza się w kwas azotowy i wódka królewska. Pallad jest używany do produkcji biżuterii, a także jako dodatek do stopów ze złotem, srebrem i platyną.
Platyna. Platyna służy do wyrobu biżuterii i jako powłoka dekoracyjna. Plastyczność, wytrzymałość, odporność na zużycie, gra kolorów - to właściwości platyny, które tak bardzo przyciągają jubilerów. Platyna jest błyszczącym, białym metalem, bardzo plastycznym i z wielkim trudem rozpuszcza się nawet we wrzącej wodzie królewskiej – mieszaninie trzech części azotu i pięciu części kwasu solnego. W naturze platyna występuje z domieszkami palladu, rutenu, rodu, irydu i osmu.
Rod. Dość twardy, ale kruchy metal, kolorem podobnym do aluminium. Rod nie rozpuszcza się w kwasach i ich mieszaninach. Rod służy do dekoracyjnego powlekania biżuterii.
Ruten. Metal, który prawie nie różni się od platyny, ale jest bardziej kruchy i twardy. Jest stosowany w stopie z platyną.
Ołów. Bardzo miękki i wytrzymały metal, który można łatwo walcować, tłoczyć, prasować i dobrze odlewać. Ołów znany jest już od czasów starożytnych i był szeroko stosowany do wyrobu rzeźb oraz ozdobnych detali architektonicznych. W jubilerstwie ołów służy do przygotowania lutów i jako składnik stopów.
Srebro. Metal ten jest bardzo szeroko stosowany do produkcji zastawy stołowej i dekoracji wnętrz, różnej biżuterii, a także służy do przygotowania lutów, jako powłoka dekoracyjna i stop w stopach złota, platyny i palladu. Srebro ma wysoką ciągliwość i plastyczność, można je dobrze ciąć, polerować i walcować. Jest twardszy niż złoto, ale bardziej miękki niż miedź, rozpuszczalny tylko w gorących kwasach azotowych i siarkowych.
Stal. Stal produkowana jest poprzez przetop surówki (żeliwa białego). Do produkcji wyrobów artystycznych wykorzystuje się stal nierdzewną oraz stal niebieszczoną na ciemno (specjalnie obrobioną). Stal nierdzewna wykorzystywana jest do wyrobu zastaw stołowych i dekoracji wnętrz, a ostatnio także biżuterii, a do wyrobu biżuterii używa się stali oksydowanej. Aby nadać produktom ze stali nierdzewnej bardziej elegancki wygląd, są one pozłacane lub posrebrzane.
Tantal. Metal ma kolor szary z lekko ołowianym odcieniem, ustępując jedynie wolframowi pod względem ogniotrwałości. Charakteryzuje się ciągliwością, wytrzymałością, dobrą spawalnością i odpornością na korozję. Firmy jubilerskie kraje zachodnie do produkcji używa się tantalu poszczególne gatunki biżuteria.
Tytan. Jest to błyszczący, srebrzysty metal, który można łatwo poddać obróbce różne rodzaje obróbka: można go wiercić, ostrzyć, frezować, szlifować, lutować, kleić. Odporność na korozję tytanu jest porównywalna metale szlachetne. Ma wysoką wytrzymałość, ma niska gęstość, jest całkiem łatwe. Ostatnio w innych krajach z tytanu wykonano szeroką gamę różnych rodzajów biżuterii.
Cynk. Jest to szaro-biały metal z niebieskawym odcieniem. Pierwsze wyroby artystyczne wykonane z cynku - rzeźby dekoracyjne, płaskorzeźby - pojawiły się w XVIII wieku. W koniec XIX wieków świeczniki, kinkiety stołowe, kandelabry i dekoracyjne rzeźby wykonywano z cynku metodą odlewu artystycznego, który często był barwiony na brąz lub złocony. W jubilerstwie cynk używany jest do przygotowania lutów, a także jako jeden ze składników różnych stopów.
Żeliwo. Istnieć następujące typyżeliwo: odlewnicze (szare), surówka (białe) i specjalne. Do produkcji wyrobów artystycznych wykorzystuje się wyłącznie żeliwo odlewnicze lub szare. Głównym materiałem do odlewów artystycznych jest żeliwo szare. Odlewane są z niego wazony i małe rzeźby, szkatułki i pudełka, popielniczki i świeczniki, artykuły ogrodnicze i wiele innych produktów.
Ogólne informacje o metalach
Wiesz, że większość pierwiastków chemicznych zalicza się do metali – 92 ze 114 znanych pierwiastków.
Metale to pierwiastki chemiczne, których atomy oddają elektrony z zewnętrznej (i części zewnętrznej) warstwy elektronowej, stając się jonami dodatnimi.
Jak wiadomo, ta właściwość atomów metali zależy od tego, że mają one względne właściwości duże promienie i niewielka liczba elektronów (przeważnie 1 do 3) w warstwie zewnętrznej.
Jedynymi wyjątkami jest 6 metali: atomy germanu, cyny i ołowiu na zewnętrznej warstwie mają 4 elektrony, atomy antymonu i bizmutu mają 5, a atomy polonu mają 6.
Atomy metali charakteryzują się małymi wartościami elektroujemności (od 0,7 do 1,9) i wyłącznie właściwości regeneracyjne, czyli zdolność do oddawania elektronów.
Już to wiesz w Układ okresowy pierwiastki chemiczne D.I. Mendelejewa, metale znajdują się poniżej przekątnej bor-astat, a ja jestem także powyżej niej w podgrupach wtórnych. W okresach i podgrupach gliny znane ci wzory dotyczą zmian metalu, a co za tym idzie, właściwości redukujących atomów pierwiastków.
Pierwiastki chemiczne znajdujące się w pobliżu przekątnej bor-astat mają podwójne właściwości: w niektórych swoich związkach zachowują się jak metale, w innych wykazują właściwości niemetalu.
W podgrupach bocznych zwiększają się właściwości redukcyjne metali numer seryjny najczęściej maleje. Porównaj aktywność znanych ci metali z grupy I drugiej podgrupy: Cu, Ag, Au; Grupa II podgrupy wtórnej - a przekonasz się sam.
Można to wytłumaczyć faktem, że na siłę wiązania między elektronami walencyjnymi a jądrem atomów tych metali w dużym stopniu wpływa wielkość ładunku jądrowego, a nie promień atomu. Ładunek jądrowy znacznie wzrasta, a przyciąganie elektronów do jądra wzrasta. W tym przypadku, chociaż promień atomowy wzrasta, nie jest on tak znaczący jak w przypadku metali głównych podgrup.
Proste substancje utworzone przez pierwiastki chemiczne - metale i złożone substancje zawierające metale odgrywają istotną rolę w mineralnym i organicznym „życiu” Ziemi. Wystarczy pamiętać, że atomy (żadne) pierwiastków metalowych są część integralna związki determinujące metabolizm w organizmie człowieka, zwierząt i roślin. Na przykład w ludzkiej krwi wykryto 76 pierwiastków, a tylko 14 z nich nie jest metalami. W organizmie człowieka występują niektóre pierwiastki metaliczne (wapń, potas, sód, magnez). duże ilości, czyli są makroelementami. A metale takie jak chrom, mangan, żelazo, kobalt, miedź, cynk, molibden występują w małych ilościach, to znaczy są to pierwiastki śladowe. Jeśli dana osoba waży 70 kg, to jego ciało zawiera (w gramach): wapń - 1700, potas - 250, sód - 70, magnez - 42, żelazo - 5. cynk - 3. Wszystkie metale są niezwykle ważne, pojawiają się problemy zdrowotne i z ich niedoborem i z nadmiarem.
Jony sodu regulują na przykład zawartość wody w organizmie i przekazywanie impulsów nerwowych. Jej niedobór powoduje bóle głowy, osłabienie, słabą pamięć, utratę apetytu, a nadmiar prowadzi do podwyższonego ciśnienia krwi, nadciśnienia i chorób serca. Eksperci od żywienia zalecają spożywanie nie więcej niż 5 g (1 łyżeczka) soli kuchennej (NaCl) na osobę dorosłą dziennie. Wpływ metali na kondycję zwierząt i roślin przedstawiono w tabeli 16.
Substancje proste - metale
Rozwój produkcji metali (prostych substancji) i stopów wiązał się z pojawieniem się cywilizacji („ epoka brązu", Epoka żelaza).
Zaczęło się około 100 lat temu rewolucja naukowa i technologiczna, co miało wpływ zarówno na przemysł, jak i sfera społeczna, jest również ściśle powiązana z produkcją metali. Na bazie wolframu, molibdenu, tytanu i innych metali zaczęto tworzyć odporne na korozję, supertwarde, ogniotrwałe stopy, których zastosowanie znacznie rozszerzyło możliwości inżynierii mechanicznej. W technologii nuklearnej i kosmicznej stopy wolframu i renu są wykorzystywane do wytwarzania części pracujących w temperaturach do 3000 ºС. W medycynie wykorzystuje się narzędzia chirurgiczne ze stopów tantalu i platyny oraz unikalną ceramikę na bazie tlenków tytanu i cyrkonu.
I oczywiście nie możemy zapominać, że większość stopów wykorzystuje znane od dawna metaliczne żelazo (ryc. 37), a podstawą wielu stopów lekkich są stosunkowo „młode” metale: aluminium i magnez.
Powstały supernowe materiały kompozytowe, reprezentujące na przykład polimer lub ceramikę, które wewnątrz (jak beton prętami żelaznymi) są wzmocnione włóknami metalowymi, które mogą być wykonane z wolframu, molibdenu, stali i innych metali i stopów - wszystko zależy od celu i właściwości materiału niezbędnego do jego osiągnięcia.
Masz już pojęcie o naturze wiązań chemicznych w kryształach metali. Posłużmy się przykładem jednego z nich – sodu – aby zobaczyć, jak powstaje.
Rycina 38 przedstawia schemat sieci krystalicznej metalicznego sodu. W nim każdy atom sodu jest otoczony ośmioma sąsiednimi. Atomy sodu, podobnie jak wszystkie metale, mają wiele pustych orbitali walencyjnych i niewiele elektronów walencyjnych.
Jedyny elektron walencyjny atomu sodu 3s 1 może zajmować dowolny z dziewięciu wolnych orbitali, ponieważ nie różnią się one zbytnio poziomem energii. Kiedy atomy zbliżają się do siebie, gdy tworzy się sieć krystaliczna, orbitale walencyjne sąsiednich atomów nakładają się, przez co elektrony nie przemieszczają się swobodnie z jednego orbity na drugi, ustanawiając wiązanie między wszystkimi atomami kryształu metalu.
Ten rodzaj wiązania chemicznego nazywa się metalicznym. Wiązanie metaliczne tworzą pierwiastki, których atomy w warstwie zewnętrznej mają niewiele elektronów walencyjnych w porównaniu do duża liczba orbitale zewnętrzne, które są energetycznie blisko. Ich elektrony walencyjne są słabo utrzymywane w atomie. Elektrony odpowiedzialne za komunikację są socjalizowane i poruszają się po sieci krystalicznej ogólnie obojętnego metalu.
Substancje z wiązanie metaliczne nieodłączne sieci krystaliczne metali, które są zwykle przedstawiane schematycznie w drewnie tekowym, jak pokazano na rysunku; węzły zawierają kationy i atomy metali. Uspołecznione elektrony przyciągają elektrostatycznie kationy metali znajdujące się w sieci krystalicznej, zapewniając jej stabilność i wytrzymałość (uspołecznione elektrony są przedstawiane jako małe czarne kulki).
Wiązanie metaliczne to wiązanie w metalach i stopach pomiędzy atomami metali zlokalizowanymi w węzłach sieci krystalicznej, które jest realizowane przez wspólne elektrony walencyjne.
Niektóre metale krystalizują w dwóch lub więcej postaciach krystalicznych. Ta właściwość substancji – występowanie w kilku modyfikacjach krystalicznych – nazywa się polimorfizmem. Polimorfizm prostych substancji znany jest Państwu jako alotropia.
Cyna ma dwie modyfikacje krystaliczne:
alfa - stabilny poniżej 13,2 şС o gęstości p - 5,74 g/cm3. To jest szara cyna. To ma sieci krystalicznej Typ Almaav (jądrowy):
betta - stabilna powyżej 13,2 şС o gęstości p - 6,55 g/cm3. To jest biała puszka.
Biała puszka - bardzo miękkiego metalu. Po ochłodzeniu poniżej 13,2 şС rozpada się szary proszek, gdyż podczas przejścia |1 » n jego objętość właściwa znacznie wzrasta. Zjawisko to nazywane jest plagą cyny. Z pewnością, specjalny rodzaj wiązania chemiczne i rodzaj sieci krystalicznej metali muszą określić i wyjaśnić ich właściwości fizyczne.
Czym oni są? Są to połysk metaliczny, plastyczność, wysoka przewodność elektryczna i cieplna, wzrost oporu elektrycznego wraz ze wzrostem temperatury, a także takie praktycznie znaczące właściwości, takie jak gęstość, temperatura topnienia i wrzenia, twardość, właściwości magnetyczne.
Spróbujmy wyjaśnić przyczyny determinujące podstawowe właściwości fizyczne metali. Dlaczego metale są plastyczne?
Mechaniczne oddziaływanie na kryształ z metalową siecią krystaliczną powoduje przemieszczenie warstw atomów jonów względem siebie, ponieważ elektrony przemieszczają się po całym krysztale, nie następuje zerwanie wiązania, dlatego metale charakteryzują się większą plastycznością.
Podobny wpływ na solidny z sąsiadującymi wiązaniami (atomowa sieć krystaliczna) prowadzi do zerwania wiązania kowalencyjne. Zerwanie wiązań w sieci jonowej prowadzi do wzajemnego odpychania się podobnie naładowanych jonów (ryc. 40). Dlatego substancje o sieciach krystalicznych atomowych i jonowych są delikatne.
Najbardziej plastycznymi metalami są Au, Af, Cu, Sn, Pb, Zn. Można je łatwo przeciągnąć na drut, można je kuć, prasować, zwijać w arkusze, np. ze złota można wykonać złotą folię o grubości 0,008 nm, a z 0,5 g tego metalu można wyciągnąć nić o długości 1 km .
Jak wiadomo, nawet rtęć jest cieczą w temperaturze pokojowej, w temp niskie temperatury Stan stały staje się plastyczny, jak ołów. Tylko Bi i Mn nie mają plastyczności, są kruche.
Dlaczego metale mają charakterystyczny połysk, a jednocześnie są nieprzezroczyste?
Elektrony wypełniające przestrzeń międzyatomową odbijają promienie świetlne (zamiast przepuszczać je jak szkło) i większość metali na równi rozpraszają wszystkie promienie widzialnej części widma. Dlatego mają srebrzystobiały lub szary kolor. Stront, złoto i miedź pochłaniają krótkie fale (blisko kolor purpurowy) i odbijają długie fale widma światła, dlatego mają odpowiednio jasnożółty, żółty i miedziany kolor.
Choć w praktyce wiadomo, metal nie zawsze wydaje nam się lekkim ciałem. Po pierwsze, jego powierzchnia może się utleniać i tracić połysk. Dlatego rodzima miedź wygląda jak zielonkawy kamień. Po drugie, nawet czysty metal może nie świecić. Bardzo cienkie arkusze srebra i złota mają zupełnie nieoczekiwany wygląd - mają niebiesko-zielony kolor. A drobne proszki metali wydają się ciemnoszare, a nawet czarne.
Największy współczynnik odbicia mają srebro, aluminium i pallad. Wykorzystuje się je do produkcji luster, w tym reflektorów.
Dlaczego metale mają wysoką przewodność elektryczną i przewodzą ciepło?
Chaotycznie poruszające się elektrony w metalu pod wpływem przyłożonego Napięcie elektryczne uzyskują ruch kierunkowy, to znaczy przewodzą prąd elektryczny. Wraz ze wzrostem temperatury mszycy wzrastają amplitudy drgań atomów i jonów znajdujących się w węzłach sieci krystalicznej. Utrudnia to poruszanie się elektronów, a przewodność elektryczna metalu spada. Przeciwnie, w niskich temperaturach ruch oscylacyjny jest znacznie zmniejszony, a przewodność elektryczna metali gwałtownie wzrasta. W pobliżu zera absolutnego metale praktycznie nie mają oporu; większość metali wykazuje nadprzewodnictwo.
Należy zauważyć, że niemetale, które mają przewodność elektryczną (na przykład grafit), wręcz przeciwnie, w niskich temperaturach nie przewodzą prądu elektrycznego z powodu braku wolnych elektronów. I dopiero wraz ze wzrostem temperatury i zniszczeniem niektórych wiązań kowalencyjnych ich przewodność elektryczna zaczyna rosnąć.
Srebro, miedź, a także złoto i aluminium mają najwyższą przewodność elektryczną, a mangan, ołów i rtęć mają najniższą.
Najczęściej przewodność cieplna metali zmienia się według tego samego wzoru, co przewodność elektryczna.
Wynikają one z dużej ruchliwości wolnych elektronów, które zderzając się z wibrującymi jonami i atomami, wymieniają z nimi energię. Dlatego temperatura jest wyrównana w całym kawałku metalu.
Wytrzymałość mechaniczna, gęstość i temperatura topnienia metali są bardzo różne. Co więcej, wraz ze wzrostem liczby jednostek. łącząc atomy jonów, a zmniejszając odległość międzyatomową w kryształach, zwiększają się wskaźniki tych właściwości.
Zatem metale alkaliczne, których atomy mają jeden elektron walencyjny, są miękkie (przecięte nożem), o niskiej gęstości (lit jest najbardziej lekki metal o p - 0,53 g/cm3) i topi się w niskich temperaturach (np. temperatura topnienia cezu wynosi 29 "C). Jedyny metal, który jest w stanie ciekłym w normalne warunki. - rtęć - ma temperaturę topnienia 38,9"C.
Wapń, który ma dwa elektrony na zewnętrznym poziomie energii swoich atomów, jest znacznie twardszy i topi się w wyższej temperaturze (842°C).
Jeszcze bardziej łukowata jest sieć krystaliczna utworzona przez atomy skandu, które mają trzy elektrony walencyjne.
Ale najbardziej kolorowe sieci krystaliczne, wysokie gęstości i temperatury topnienia obserwuje się w metalach drugorzędowych podgrup V, VI, VII, MP. Wyjaśnia to to. że metale podgrup bocznych, które mają niezapisane elektrony walencyjne na podpoziomie d, charakteryzują się tworzeniem, oprócz metalicznego, bardzo silnych wiązań kowalencyjnych między atomami, prowadzonych przez elektrony warstwy zewnętrznej z s-orbitali.
Pamiętaj o tym jak najbardziej ciężkiego metalu- najwięcej jest osmu (składnik stopów supertwardych i trudnościeralnych). metal ogniotrwały- jest to najczęściej wolfram (wykorzystywany do produkcji żarników do żarówek). twardy metal- jest to chrom Cr (rysuje szkło). Wchodzą w skład materiałów, z których wykonywane są narzędzia do obróbki metalu, klocki hamulcowe ciężkich maszyn itp.
Metale różnią się pod względem pola magnetyczne. Ale zgodnie z tą cechą są one podzielone na trzy grupy:
Ferromagnetyczny Zdolny do namagnesowania pod wpływem nawet słabych pól magnetycznych (żelazo - forma alfa, kobalt, nikiel, gadolin);
Materiały paramagnetyczne wykazują słabą zdolność magnesowania (aluminium, chrom, tytan, prawie wszystkie lantanowce);
Diamagnetyki nie przyciągają magnesu, a nawet są od niego lekko odpychane (cyna, linka, bizmut).
Przypomnijmy, że rozważając budowę elektronową metali, podzieliliśmy metale na metale z głównych podgrup (pierwiastki k i p) oraz metale z podgrup wtórnych.
W technologii zwyczajowo klasyfikuje się metale według różnych właściwości fizycznych:
a) gęstość - światło (s< 5 г/см3) и тяжелые (все остальные);
b) temperatura topnienia - niskotopliwa i ogniotrwała.
Klasyfikacja metali według właściwości chemicznych
Metale o niskiej aktywności chemicznej nazywane są szlachetnymi (srebro, złoto, platyna i jego analogi - osm, iryd, ruten, pallad, rod).
Na podstawie podobieństwa właściwości chemicznych wyróżnia się metale alkaliczne (metale grupy I). główna podgrupa), metale ziem alkalicznych (wapń, stront, bar, rad) i metale ziem rzadkich (skand, itr, lantan i lantanowce, aktyn i aktynowce).
Ogólne właściwości chemiczne metali
Atomy metali stosunkowo łatwo oddają elektrony walencyjne i stają się dodatnio naładowanymi nononami, czyli ulegają utlenieniu. To, jak wiadomo, jest najważniejsze własność ogólna zarówno atomy, jak i proste substancje - metale.
Metale są zawsze środkami redukującymi w reakcjach chemicznych. Zdolność redukcyjna atomów prostych substancji - metali utworzonych przez pierwiastki chemiczne jednego okresu lub jednej głównej podgrupy układu okresowego D. I. Mendelejewa zmienia się w sposób naturalny.
Aktywność redukcyjna metalu w reakcjach chemicznych zachodzących w roztworach wodnych znajduje odzwierciedlenie w jego położeniu w szeregu napięcia elektrochemicznego metali.
1. Im bardziej na lewo w tym rzędzie znajduje się metal, tym silniejszy jest on środek redukujący.
2. Każdy metal jest w stanie wypierać (redukować) i zasolić w roztworze metale, które stoją po nim w szeregu naprężeń (po prawej).
3. Metale znajdujące się w szeregu napięcia na lewo od wodoru są w stanie wyprzeć go z kwasów w roztworze.
4. Metale, których jest najwięcej silne środki redukujące(alkaliczne i ziem alkalicznych), w dowolnych roztworach wodnych oddziałują przede wszystkim z wodą.
Aktywność redukcyjna metalu, określona szeregiem elektrochemicznym, nie zawsze odpowiada jego położeniu w układzie okresowym. Wyjaśnia to to. Że przy określaniu położenia metalu w szeregu naprężeń bierze się pod uwagę nie tylko energię oderwania elektronów z poszczególnych atomów, ale także energię wydatkowaną na zniszczenie sieci krystalicznej, a także energię uwolnioną podczas uwodnienie jonów.
Na przykład lit jest bardziej aktywny w roztworach wodnych niż sód (chociaż Na jest metalem bardziej aktywnym ze względu na jego pozycję w układzie okresowym). Faktem jest, że energia hydratacji jonów Li+ jest znacznie większa niż energia hydratacji jonów Na+. dlatego pierwszy proces jest energetycznie korzystniejszy.
po rozważeniu Postanowienia ogólne charakteryzując właściwości redukcyjne metali, przejdźmy do konkretnych reakcji chemicznych.
Oddziaływanie z prostymi substancjami niemetalowymi
1. Z tlenem większość metali tworzy tlenki - zasadowe i amfoteryczne. Kwaśne tlenki metali przejściowych, takie jak tlenek chromu lub tlenek manganu, nie powstają w wyniku bezpośredniego utleniania metalu tlenem. Uzyskuje się je pośrednio.
Metale alkaliczne Na i K aktywnie reagują z tlenem atmosferycznym, tworząc nadtlenki.
Tlenek sodu otrzymuje się pośrednio poprzez kalcynację nadtlenków odpowiednimi metalami:
Lit i metale ziem alkalicznych wchodzą w interakcję z tlenem zawartym w powietrzu, tworząc zasadowe tlenki.
Inne metale, z wyjątkiem złota i platyny, które w ogóle nie są utleniane przez tlen atmosferyczny, oddziałują z nim mniej aktywnie lub po podgrzaniu.
2. Metale tworzą sole kwasów halogenowodorowych z halogenami.
3. W przypadku wodoru najbardziej aktywne metale tworzą wodorki - sole jonowe, w których wodór ma stopień utlenienia -1, na przykład:
wodorek wapnia.
Wiele metali przejściowych tworzy z wodorem wodorki specjalnego rodzaju - to tak, jakby wodór rozpuszczał się lub wprowadzał do sieci krystalicznej metali pomiędzy atomami i jonami, podczas gdy metal zachowuje swoją wygląd, ale zwiększa objętość. Zaabsorbowany wodór znajduje się w metalu, najwyraźniej w postaci atomowej. Istnieją również pośrednie wodorki metali.
4. Metale tworzą sole z siarką - siarczkami.
5. Metale reagują z azotem nieco trudniej, ponieważ wiązanie chemiczne w cząsteczce azotu G^r jest bardzo silny i powstają azotki. W zwykłych temperaturach tylko lit reaguje z azotem.
Interakcja z substancjami złożonymi
1. Z wodą. W normalnych warunkach metale alkaliczne i metale ziem alkalicznych wypierają wodór z wody i tworzą rozpuszczalne zasady alkaliczne.
Inne metale, które znajdują się w szeregu napięcia przed wodorem, również mogą w pewnych warunkach wypierać wodór z wody. Ale aluminium reaguje gwałtownie z wodą tylko wtedy, gdy z jego powierzchni usunie się warstwę tlenku.
Magnez reaguje z wodą dopiero po zagotowaniu, co powoduje również wydzielanie wodoru. Jeśli do wody dodamy palący się magnez, spalanie będzie kontynuowane w trakcie reakcji: nastąpi spalanie wodoru. Żelazo wchodzi w interakcję z wodą tylko wtedy, gdy jest gorąca.
2. Metale z szeregu napięć do wodoru oddziałują z kwasami w roztworze. W ten sposób powstaje sól i wodór. Ale ołów (i niektóre inne metale), pomimo swojego położenia w szeregu napięcia (na lewo od wodoru), jest prawie nierozpuszczalny w rozcieńczonym kwasie siarkowym, ponieważ powstały siarczan ołowiu PbSO jest nierozpuszczalny i tworzy warstwę ochronną na powierzchni metalu.
3. Z solami metali mniej aktywnych w roztworze. W wyniku tej reakcji powstaje sól bardziej aktywnego metalu i uwalnia się metal mniej aktywny w postaci wolnej.
Należy pamiętać, że reakcja zachodzi w przypadkach, gdy powstała sól jest rozpuszczalna. Wypieranie metali z ich związków przez inne metale zostało po raz pierwszy szczegółowo zbadane przez N. N. Beketowa, wybitnego rosyjskiego chemika fizycznego. Uporządkował metale według ich aktywności chemicznej w „szereg nadrzędny”, który stał się prototypem szeregu naprężeń metalicznych.
4. C substancje organiczne. Interakcja kwasy organiczne podobne do reakcji z kwasy mineralne. Alkohole mogą wykazywać słabość właściwości kwasowe podczas interakcji z metalami alkalicznymi.
Metale biorą udział w reakcjach z haloalkanami, które służą do otrzymania niższych cykloalkanów oraz do syntez, podczas których szkielet węglowy cząsteczki staje się bardziej złożony (reakcja A. Wurtza):
5. Metale, których wodorotlenki są amfoteryczne, oddziałują z alkaliami w roztworze.
6. Mogą tworzyć się metale związki chemiczne ze sobą, którzy otrzymali Nazwa zwyczajowa- związki międzymetaliczne. Najczęściej nie wykazują stopni utlenienia atomów, charakterystycznych dla związków metali z niemetalami.
Związki międzymetaliczne zwykle nie mają stałego składu, wiązanie chemiczne w nich jest głównie metaliczne. Tworzenie się tych związków jest bardziej typowe dla metali podgrup drugorzędowych.
Tlenki i wodorotlenki metali
Tlenki utworzone przez typowe metale zaliczane są do substancji tworzących sól, o charakterze zasadowym. Jak wiadomo, odpowiadają one wodorotlenkom. będące zasadami, które w przypadku metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych są rozpuszczalne w wodzie, są mocnymi elektrolitami i nazywane są zasadami.
Tlenki i wodorotlenki niektórych metali są amfoteryczne, to znaczy mogą wykazywać zarówno właściwości zasadowe, jak i kwasowe, w zależności od substancji, z którymi oddziałują.
Na przykład:
Wiele metali podgrup drugorzędnych, które w swoich związkach mają zmienny stopień utlenienia, może tworzyć kilka tlenków i wodorotlenków, których charakter zależy od stopnia utlenienia metalu.
Przykładowo chrom w związkach wykazuje trzy stopnie utlenienia: +2, +3, +6, dlatego tworzy trzy serie tlenków i wodorotlenków, a wraz ze wzrostem stopnia utlenienia charakter kwasowy staje się silniejszy, a zasadowy słabnie.
Korozja metalu
Kiedy metale wchodzą w interakcję z substancjami środowisko Na ich powierzchni tworzą się związki, które mają zupełnie inne właściwości niż same metale. W zwykłych żyłach często używamy słów „rdza”, „rdza”, widząc brązowo-czerwoną powłokę na produktach wykonanych z żelaza i jego stopów. Rdzewienie jest częstym przypadkiem korozji.
Korozja to proces samookaleczenia metali i niszczenia środowiska zewnętrznego (od łac. - korozja).
Jednak prawie wszystkie metale ulegają zniszczeniu, w wyniku czego wiele z ich właściwości ulega pogorszeniu (lub całkowitej utracie): wytrzymałość, plastyczność, zmniejszenie połysku, zmniejszenie przewodności elektrycznej, zwiększenie tarcia pomiędzy ruchomymi częściami maszyn, wymiary wymiana części itp.
Korozja metali może mieć charakter ciągły lub miejscowy.
Nerw nie jest tak niebezpieczny jak drugi, jego przejawy można uwzględnić przy projektowaniu konstrukcji i urządzeń. Korozja lokalna jest znacznie bardziej niebezpieczna, chociaż straty metalu mogą być tutaj niewielkie. Jednym z najniebezpieczniejszych typów jest ten punktowy. Polegają one na tworzeniu się uszkodzeń przelotowych, czyli punktowych ubytków - wżerów, podczas gdy wytrzymałość poszczególnych odcinków maleje, zmniejsza się niezawodność konstrukcji, urządzeń i konstrukcji.
Korozja metali powoduje ogromne szkody ekonomiczne. Ludzkość ponosi ogromne straty materialne w wyniku zniszczenia rurociągów, części maszyn, statków, mostów i różnego sprzętu.
Korozja prowadzi do zmniejszenia niezawodności konstrukcji metalowych.Biorąc pod uwagę możliwe zniszczenia, konieczne jest przeszacowanie wytrzymałości niektórych produktów (na przykład części samolotów, łopatek turbin), a tym samym zwiększenie zużycia metalu, co wymaga dodatkowych kosztów ekonomicznych .
Korozja prowadzi do przestojów w produkcji ze względu na wymianę uszkodzonego sprzętu oraz do strat surowców i produktów w wyniku zniszczenia rurociągów halo, ropy i wody. Nie sposób nie wziąć pod uwagę szkód w przyrodzie, a co za tym idzie i zdrowiu człowieka, powstałych w wyniku wycieku produktów naftowych i innych substancje chemiczne. Korozja może prowadzić do zanieczyszczenia produktów, a w konsekwencji do obniżenia ich jakości. Koszty kompensowania strat związanych z korozją są ogromne. Stanowią one około 30% rocznej światowej produkcji metali.
Z tego co powiedziano wynika, że bardzo ważnym problemem jest znalezienie sposobów ochrony metali i stopów przed korozją.
Są bardzo różnorodne. Ale aby je wybrać, musisz je znać i brać pod uwagę esencja chemiczna procesy korozyjne.
Ale Natura chemiczna korozja jest procesem redoks. W zależności od środowiska, w którym występuje, wyróżnia się kilka rodzajów korozji.
Najczęstsze rodzaje korozji to chemiczna i elektrochemiczna.
I. Korozja chemiczna zachodzi w środowisku nieprzewodzącym. Ten rodzaj korozji występuje, gdy metale wchodzą w interakcję z suchymi gazami lub cieczami - nieelektrolitami (benzyna, nafta itp.) Takiemu zniszczeniu ulegają części i podzespoły silników, turbin gazowych, wyrzutni rakiet. Korozja chemiczna jest często obserwowana podczas obróbki metalu w wysokich temperaturach.
Większość metali utlenia się pod wpływem tlenu atmosferycznego, tworząc na powierzchni warstwy tlenków. Jeśli ten film jest mocny, gęsty i dobrze związany z metalem, chroni metal przed dalszym zniszczeniem. W żelazie jest luźny, porowaty, łatwo oddziela się od powierzchni i dlatego nie jest w stanie chronić metalu przed dalszym zniszczeniem.
II. Korozja elektrochemiczna zachodzi w ośrodku przewodzącym (w elektrolicie) wraz z pojawieniem się prądu elektrycznego wewnątrz układu. Z reguły metale i stopy są niejednorodne i zawierają wtrącenia różnych zanieczyszczeń. Kiedy wejdą w kontakt z elektrolitami, niektóre obszary powierzchni zaczynają działać jak anoda (oddawać elektrony), podczas gdy inne działają jak katoda (odbierają elektrony).
W jednym przypadku zaobserwowane zostanie wydzielanie gazu (NG). Z drugiej - powstawanie rdzy.
Zatem korozja elektrochemiczna jest reakcją zachodzącą w środowiskach przewodzących prąd (w przeciwieństwie do korozji chemicznej). Proces ten zachodzi w wyniku zetknięcia się dwóch metali lub na powierzchni metalu zawierającego wtrącenia będące mniej aktywnymi przewodnikami (może to być także niemetal).
Na anodzie (bardziej aktywny metal) następuje utlenianie atomów metalu wraz z tworzeniem się kationów (rozpuszczanie).
Na katodzie (mniej aktywnym przewodniku) jony wodoru lub cząsteczki tlenu ulegają redukcji, tworząc odpowiednio jony wodorotlenkowe H2 lub OH-.
Kationy wodoru i rozpuszczony tlen są najważniejszymi utleniaczami powodującymi korozję elektrochemiczną.
Szybkość korozji jest tym większa, im bardziej różne są metale (metal i zanieczyszczenia) w swojej aktywności (w przypadku metali, im dalej od siebie znajdują się w szeregu naprężeń). Korozja znacznie wzrasta wraz ze wzrostem temperatury.
Woda morska może służyć jako elektrolit. woda rzeczna, skondensowana wilgoć i oczywiście dobrze znane elektrolity - roztwory soli, kwasów, zasad.
Zapewne pamiętacie, że zimą do usuwania śniegu i lodu z chodników używa się soli przemysłowej (chlorek sodu, czasem chlorek wapnia itp.), Powstałe roztwory przedostają się do rurociągów kanalizacyjnych, tworząc w ten sposób sprzyjające środowisko dla korozji elektrochemicznej komunikacji podziemnej.
Metody ochrony przed korozją
Już przy projektowaniu konstrukcji metalowych i ich produkcji zapewnione są środki ochrony przed korozją.
1. Przeszlifuj powierzchnie produktu, aby nie pozostała na nich wilgoć.
2. Zastosowanie stopów stopowych zawierających specjalne dodatki: chrom, nikiel, które w wysokich temperaturach tworzą na powierzchni metalu stabilną warstwę tlenku. Powszechnie znane są stale stopowe - stale nierdzewne, z których wykonuje się artykuły gospodarstwa domowego (nożyczki, widelce, łyżki), części maszyn i narzędzia.
3. Nakładanie powłok ochronnych.
Rozważmy ich typy.
Niemetaliczne - oleje nieutleniające, specjalne lakiery, farby. To prawda, że są krótkotrwałe, ale są tanie.
Chemiczne - sztucznie utworzone powłoki powierzchniowe: tlenkowe, cytrynianowe, krzemkowe, polimerowe itp. Np. wszelka broń strzelecka. Części wielu precyzyjnych instrumentów poddawane są błękitzeniu - jest to proces uzyskania najcieńszej warstwy tlenków żelaza na powierzchni produktu stalowego. Powstała sztuczna warstwa tlenkowa jest bardzo trwała i nadaje produktowi piękny czarny kolor i niebieski odcień. Powłoki polimerowe produkowane są z żywic polietylenowych, polichlorku winylu i poliamidowych. Nakłada się je na dwa sposoby: ogrzany produkt umieszcza się w proszku polimerowym, który topi się i zgrzewa z metalem, lub powierzchnię metalu traktuje się roztworem polimeru w niskotemperaturowym rozpuszczalniku, który szybko odparowuje, a polimer film pozostaje na produkcie.
Powłoki metaliczne to powłoki z udziałem innych metali, na powierzchni których pod wpływem czynników utleniających tworzą się trwałe filmy ochronne.
Nakładanie chromu na powierzchnię - chromowanie, nikiel - niklowanie, cynk - cynkowanie, cynowanie - cynowanie itp. Powłoka może być również pasywna w chemicznie metal - złoto, srebro, miedź.
4. Metody elektrochemiczne ochrona.
Ochronny (anodowy) - do chronionej metalowej konstrukcji przymocowany jest kawałek bardziej aktywnego metalu (protektora), który pełni funkcję anody i ulega zniszczeniu w obecności elektrolitu. Magnez, aluminium i cynk są stosowane jako ochraniacze do ochrony kadłubów statków, rurociągów, kabli i innych stylowych produktów;
Katoda – metalowa konstrukcja połączona jest z katodą zewnętrznego źródła prądu, co eliminuje możliwość jej anodowego zniszczenia
5. Specjalne traktowanie elektrolitu lub środowiska, w którym znajduje się zabezpieczana konstrukcja metalowa.
Wiadomo, że rzemieślnicy z Damaszku do usuwania kamienia i
Do zwalczania rdzy używano roztworów kwasu siarkowego z dodatkiem drożdży piwnych, mąki i skrobi. Przynoszą one i były jednymi z pierwszych inhibitorów. Nie pozwolili, aby kwas zadziałał na metal broni, w wyniku czego rozpuścił się jedynie kamień i rdza. W tym celu rusznikarze z Uralu stosowali zupy marynowane - roztwory kwasu siarkowego z dodatkiem otrębów mącznych.
Przykłady zastosowania nowoczesnych inhibitorów: kwas solny podczas transportu i przechowywania jest doskonale „ujarzmiony” przez pochodne butyloaminy. i kwas siarkowy - kwas azotowy; wstrzykuje się lotną dietyloaminę różne pojemniki. Należy pamiętać, że inhibitory działają tylko na metal, czyniąc go pasywnym w stosunku do środowiska, na przykład do roztworu kwasu. Nauka zna ponad 5 tysięcy inhibitorów korozji.
Usuwanie tlenu rozpuszczonego w wodzie (odpowietrzanie). Proces ten wykorzystywany jest do przygotowania wody wpływającej do kotłowni.
Metody otrzymywania metali
Istotne aktywność chemiczna metale (oddziaływanie z tlenem atmosferycznym, innymi niemetalami, wodą, roztworami soli, kwasami) prowadzą do tego, że w skorupie ziemskiej występują głównie w postaci związków: tlenków, siarczków, siarczanów, chlorków, węglanów itp.
Metale znajdujące się w szeregu napięć na prawo od wodoru występują w postaci wolnej, chociaż znacznie częściej miedź i rtęć występują w przyrodzie w postaci związków.
Minerały i skały zawierające metale i ich związki, z których wyizolowanie czystych metali jest technicznie możliwe i ekonomicznie wykonalne, nazywane są rudami.
Pozyskiwanie metali z rud jest zadaniem metalurgii.
Metalurgia to także nauka o przemysłowych metodach otrzymywania metali z rud. i branży przemysłowej.
Każdy proces metalurgiczny to proces redukcji jonów metali przy użyciu różnych środków redukujących.
Aby wdrożyć ten proces, należy wziąć pod uwagę aktywność metalu, wybrać środek redukujący, rozważyć wykonalność technologiczną, ekonomiczną i czynniki środowiskowe. Zgodnie z tym istnieją następujące metody otrzymywania metali: pirometalurgiczne. hydrometalurgiczne, elektrometalurgiczne.
Pirometalurgia to redukcja metali z rud w wysokich temperaturach za pomocą węgla, tlenku węgla (II). wodór, metale – aluminium, magnez.
Na przykład cynę odzyskuje się z kasyterytu, a miedź z kuprytu poprzez kalcynację węglem (koksem). Rudy siarczkowe najpierw praży się w obecności powietrza, a następnie powstały tlenek redukuje się węglem. Metale izoluje się również z rud węglanowych poprzez pompowanie ich węglem, ponieważ węglany rozkładają się po podgrzaniu, zamieniając się w tlenki, które redukowane są węglem.
Hydrometalurgia to redukcja metali za pomocą ich soli w roztworze. Proces przebiega w 2 etapach:
1) związek naturalny rozpuszcza się w odpowiednim odczynniku, otrzymując roztwór soli metalu;
2) z powstałego rozwiązania tego metalu zastąpiony bardziej aktywnym lub przywrócony przez elektrolizę. Na przykład, aby otrzymać miedź z rudy zawierającej tlenek miedzi CuO, poddaje się ją działaniu rozcieńczonego dwutlenku siarki.
Następnie miedź usuwa się z roztworu soli albo przez elektrolizę, albo przez zastąpienie siarczanu żelazem. W ten sposób otrzymuje się srebro, cynk, molibden, złoto i uran.
Elektrometalurgia to redukcja metali w procesie elektrolizy roztworów lub stopów ich związków.
Elektroliza
Jeśli elektrody zostaną zanurzone w roztworze lub stopionym elektrolicie i przepłynie stały prąd elektryczny, jony będą przemieszczać się kierunkowo: kationy - w stronę katody (elektroda naładowana ujemnie), aniony - w stronę anody (elektroda naładowana dodatnio).
Na katodzie kationy przyjmują elektrony i ulegają redukcji, na anodzie aniony oddają elektrony i ulegają utlenieniu. Proces ten nazywa się elektrolizą.
Elektroliza to proces redoks zachodzący na powierzchni elektrycznej, gdy prąd elektryczny przepływa przez ciecz lub roztwór elektrolitu.
Najprostszym przykładem takich procesów jest elektroliza stopionych soli. Rozważmy proces elektrolizy stopionego chlorku sodu. Stop ulega procesowi dysocjacji termicznej. Pod wpływem prądu elektrycznego kationy przemieszczają się na katodę i przyjmują z niej elektrony.
Na katodzie tworzy się sód metaliczny, a na anodzie gazowy chlor.
Najważniejsze, o czym musisz pamiętać: podczas procesu elektrolizy z powodu energia elektryczna przeprowadzone Reakcja chemiczna, które nie mogą nastąpić samoistnie.
Sytuacja jest bardziej skomplikowana w przypadku elektrolizy roztworów elektrolitów.
W roztworze soli, oprócz jonów metali i pozostałość kwasu, obecne są cząsteczki wody. Dlatego rozważając procesy na elektrodach, należy wziąć pod uwagę ich udział w elektrolizie.
Aby określić produkty elektrolizy wodnych roztworów elektrolitów, istnieją następujące zasady.
1. Proces na katodzie nie zależy od materiału katody, na którym jest wykonana, ale od położenia metalu (kationu elektrolitu) w szeregu napięcia elektrochemicznego, oraz jeżeli:
1.1. Kation elektrolitu znajduje się w szeregu napięciowym na początku szeregu (wzdłuż Al włącznie), następnie na katodzie następuje proces redukcji wody (wydziela się wodór). Kationy metali nie ulegają redukcji, pozostają w roztworze.
1.2. Kation elektrolitu znajduje się w zakresie napięcia pomiędzy glinem a wodorem, wówczas na katodzie redukują się jednocześnie cząsteczki metalu i wody.
1.3. Kation elektrolitu znajduje się w szeregu napięcia po wodorze, wówczas kationy metali ulegają redukcji na katodzie.
1.4. Roztwór zawiera kationy różnych metali, wówczas kation metalu znajdującego się w szeregu napięciowym ulega redukcji
Zasady te przedstawiono na schemacie 10.
2. Proces na anodzie zależy od materiału anody i charakteru annony (Schemat 11).
2.1. Jeśli anoda się rozpuści (żelazo, cynk, miedź, srebro i wszystkie metale utlenione podczas elektrolizy), wówczas metal anody utleni się, pomimo charakteru anionu. 2.2. Jeśli anoda się nie rozpuści (nazywa się to obojętnym - grafitem, złotem, platyną), wówczas:
a) podczas elektrolizy roztworów soli kwasy beztlenowe(o mnie fluorki) na anodzie zachodzi proces utleniania anionów;
b) podczas elektrolizy roztworów soli zawierających tlen i fluorków na anodzie zachodzi proces utleniania wody. Aniony nie utleniają się, pozostają w roztworze;
Elektroliza stopów i roztworów substancji jest szeroko stosowana w przemyśle:
1. Aby otrzymać metale (aluminium, magnez, sód, kadm otrzymuje się wyłącznie przez elektrolizę).
2. Do produkcji wodoru, halogenów, zasad.
3. Do oczyszczania metali - rafinacja (oczyszczanie miedzi, niklu, ołowiu odbywa się metodą elektrochemiczną).
4. W celu zabezpieczenia metali przed korozją - nakładanie powłok ochronnych w postaci cienkiej warstwy innego metalu odpornego na korozję (chrom, nikiel, miedź, srebro, złoto) - galwanizacja.
5. Pozyskiwanie kopii i zapisów metalowych - galwanizacja.
Zadanie praktyczne
1. Jak struktura metali jest powiązana z ich umiejscowieniem w głównych i drugorzędnych podgrupach układu okresowego pierwiastków chemicznych D. I. Mendelejewa?
2. Dlaczego metale alkaliczne i ziem alkalicznych mają jeden stopień utlenienia w związkach: odpowiednio (+1) i (+2), a metale podgrup bocznych z reguły pojawiają się w związkach różne stopnie utlenianie?
3. Jakie stopnie utlenienia może wykazywać mangan? Jakie tlenki węglowodorów odpowiadają manganu na tych stopniach utlenienia? Jaki jest ich charakter?
4. Porównaj budowę elektronową atomów pierwiastków Grupa VII: mangan i chlor. Wyjaśnij różnicę w ich właściwościach chemicznych oraz obecność różnego stopnia utlenienia atomów w obu pierwiastkach.
5. Dlaczego pozycja metali w szeregu napięcia elektrochemicznego nie zawsze odpowiada ich pozycji w układzie okresowym D.I. Mendelejewa?
9. Zapisz równania reakcji sodu i magnezu z kwas octowy. W jakim przypadku i dlaczego szybkość reakcji będzie większa?
11. Jakie znasz metody otrzymywania metali? Jaka jest istota wszystkich metod?
14. Czym jest korozja? Jakie znasz rodzaje korozji? Który z nich reprezentuje proces fizyczno-chemiczny?
15. Czy za korozję można uznać następujące procesy: a) utlenianie żelaza podczas spawania elektrycznego, b) oddziaływanie cynku z kwasem solnym przy wytwarzaniu kwasu trawionego do lutowania? Podaj uzasadnioną odpowiedź.
17. Produkt manganowy znajduje się w wodzie i ma kontakt z produktem miedziowym. Czy oba pozostaną niezmienione?
18. Czy konstrukcja żelazna będzie zabezpieczona przed korozją elektrochemiczną w wodzie, jeśli zostanie na niej umieszczona płytka z innego metalu: a) magnezu, b) ołowiu, c) niklu?
19. W jakim celu powierzchnia zbiorników do przechowywania produktów naftowych (benzyna, nafta) jest malowana srebrem – mieszaniną proszku aluminiowego z jednym z olejów roślinnych?
20. Na powierzchni zakwaszonej gleby ogrodu ogrodowego znajdują się żelazne rury z włożonymi mosiężnymi kranami. Co będzie podlegać korozji: rura i kran? Gdzie zniszczenia są najbardziej widoczne?
21. Czym różni się elektroliza stopów od elektrolizy roztworów wodnych?
22*. Jakie metale można otrzymać przez elektrolizę stopionych soli, a których nie można otrzymać przez elektrolizę wodnych roztworów tych substancji?
23*. Zapisz równania elektrolizy chlorku baru w: a) stopie, b) roztworze
28. Do roztworu zawierającego 27 g chlorku miedzi(II) dodano 1-4 g opiłek żelaza. Jaka masa miedzi wydzieliła się w wyniku tej reakcji?
Odpowiedź: 12,8 g.
29. Jaką masę siarczanu cynku można otrzymać poddając reakcji nadmiar cynku z 500 ml 20% roztworu kwasu siarkowego o gęstości 1,14 g/ml?
Odpowiedź: 187,3 g.
31. Gdy 8 g mieszaniny magnezu i tlenku magnezu potraktowano kwasem solnym, uwolniło się 5,6 litra wodoru (n, y.). Jaki jest udział masowy (w %) CZERWCA w pierwotnej mieszaninie?
Odpowiedź: 75%.
34. Określ udział masowy (w procentach) węgla w stali (stopie żelaza i węgla), jeśli podczas spalania jej próbki o masie 10 g w strumieniu tlenu, 0,28 l tlenku węgla (IV) (n.s.) zostało zebrane.
Odpowiedź: 1,5%.
35. Próbkę sodu o masie 0,5 g umieszczono w wodzie. Żadna neutralizacja powstałego roztworu nie zużyła 29,2 g 1,5% kwasu solnego. Jaki jest udział masowy (procent) sodu w próbce?
Odpowiedź: 55,2%.
36. Stop miedzi i aluminium potraktowano nadmiarem roztworu wodorotlenku sodu i uwolnił się gaz o objętości 1,344 l (n.s.), Pozostałość po reakcji rozpuszczono w kwasie azotowym, następnie roztwór odparowano i kalcynowany stała masa, który okazał się równy 0,4 g. Jaki jest skład stopu? Odpowiedź: 1,08 g Al 0,32 g Cu lub 77,14% Al 22,86% Cu.
37. Jaką masę żeliwa zawierającego 94% żelaza można otrzymać z 1 tony rudy żelaza czerwonego (Fe2O3) zawierającej 20% zanieczyszczeń?
Odpowiedź: 595,74 kg.
Metale w przyrodzie
Jeśli dokładnie przestudiowałeś chemię na poprzednich zajęciach, to wiesz, że układ okresowy zawiera ponad dziewięćdziesiąt rodzajów metali, a około sześćdziesiąt z nich można znaleźć w środowisku naturalnym.
Metale występujące w naturze można z grubsza podzielić na następujące grupy:
Metale występujące w przyrodzie w postaci wolnej;
metale występujące w postaci związków;
metale, które można znaleźć w postaci mieszanej, to znaczy mogą występować w postaci wolnej lub w postaci związków.
W przeciwieństwie do innych pierwiastków chemicznych, metale dość często występują w przyrodzie w postaci prostych substancji. Zwykle mają stan rodzimy. Do takich metali, które występują w postaci prostych substancji, zalicza się złoto, srebro, miedź, platynę, rtęć i inne.
Jednak nie wszystkie metale występujące w środowisku naturalnym występują w stanie rodzimym. Niektóre metale występują w postaci związków i nazywane są minerałami.
Ponadto pierwiastki chemiczne, takie jak srebro, rtęć i miedź, można znaleźć zarówno w stanie natywnym, jak i w stanie związków.
Wszystkie minerały, z których można później otrzymać metale, nazywane są rudami. W naturze istnieją rudy zawierające żelazo. Związek ten nazywany jest rudą żelaza. A jeśli kompozycja zawiera miedź, wówczas taki związek nazywa się rudą miedzi.
Oczywiście najczęstszymi metalami w przyrodzie są te, które aktywnie oddziałują z tlenem i siarką. Nazywa się je zwykle tlenkami i siarczkami metali.
Powszechnym pierwiastkiem tworzącym metal jest aluminium. Aluminium występuje w glinie, a także w kamieniach szlachetnych, takich jak szafir i rubin.
Drugim najpopularniejszym i najbardziej rozpowszechnionym metalem jest żelazo. Zwykle występuje w przyrodzie w postaci związków, a w postaci rodzimej można go znaleźć jedynie jako część kamieni meteorytowych.
Kolejnymi metalami najczęściej występującymi w środowisku naturalnym, a właściwie w skorupie ziemskiej, są magnez, wapń, sód i potas.
Trzymając monety w dłoni, zapewne zauważyłeś, że wydobywa się z nich charakterystyczny zapach. Okazuje się jednak, że nie jest to zapach metalu, ale zapach pochodzący od związków, które powstają w wyniku kontaktu metalu z ludzkim potem.
Czy wiesz, że Szwajcaria produkuje sztabki złota w postaci tabliczki czekolady, którą można podzielić na kawałki i wykorzystać jako prezent lub środek płatniczy? Firma produkuje takie tabliczki czekolady ze złota, srebra, platyny i palladu. Jeśli taką płytkę podzielimy na plasterki, wówczas każdy z nich waży tylko jeden gram.
A także całkiem ciekawa nieruchomość zawiera stop metalu, taki jak nitinol. Jest wyjątkowy, ponieważ ma efekt pamięci i po podgrzaniu zdeformowany produkt wykonany z tego stopu jest w stanie powrócić do swojego pierwotnego kształtu. Do produkcji tulei wykorzystuje się takie unikalne materiały posiadające tzw. pamięć. Mają właściwość kurczenia się w niskich temperaturach, natomiast w temperaturze pokojowej tulejki te prostują się i to połączenie jest jeszcze bardziej niezawodne niż spawanie. Zjawisko to występuje ze względu na fakt, że stopy te mają strukturę termoelastyczną.
Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego do złotej biżuterii zwyczajowo dodaje się stop srebra lub miedzi? Okazuje się, że dzieje się tak dlatego, że czyste złoto jest bardzo miękkie i łatwo je zarysować nawet paznokciem.