Metaller
Metaller insanoğlunun kullandığı başlıca doğal malzemeler arasındadır.
Metalurji –ülkenin ekonomik ve askeri potansiyelini belirleyen temel endüstrilerden biridir. Belirli özelliklere sahip yeni alaşımlar oluşturuluyor ve katkı maddesi olarak çeşitli metaller kullanılıyor.
PSE'nin bilinen tüm kimyasal elementlerinin yaklaşık %80'i metaldir. En yaygın metaller şunlardır: Al – %8,8; Fe – %4,0; Ca – %3,6; Na-%2,64; K-%2,6; Mg – %2,1; Ti – %0,64.
Metaller, onları metaloidlerden ayıran kendine özgü özellikleriyle karakterize edilir: plastisite, yüksek termal ve elektriksel iletkenlik, sertlik, çoğu metal için yüksek erime ve kaynama noktası, metalik parlaklık.
Plastisite metallerin etki altındaki yeteneği denir dış kuvvetler Bu eylemin sona ermesinden sonra bile devam eden deformasyona uğrar. Plastisiteleri nedeniyle metaller dövme, haddeleme ve damgalamaya tabi tutulur. Metaller farklı sünekliğe sahiptir.
Metalik parlaklık. Metallerin pürüzsüz yüzeyi yansıtır ışık ışınları. Bu ışınları ne kadar az emerse metalik parlaklık o kadar artar. Metaller parlaklıklarına göre şu sıraya göre sıralanabilir: Ag, Pd, Cu, Au, Al, Fe.
Ayna üretimi metallerin bu özelliğine dayanmaktadır.
Metaller aynı zamanda yüksek ısı ve elektrik iletkenliği. Elektriksel iletkenlik açısından ilk sırada Ag, Cu, Al yer alır.
Artan sıcaklıkla elektriksel iletkenlik azalır yoğunlaştıkça salınım hareketi Elektronların yönsel hareketini engelleyen kristal kafesin düğümlerindeki iyonlar.
Sıcaklık azaldıkça elektriksel iletkenlik artar ve mutlak sıfıra yakın bölgede birçok metal süperiletkenlik sergiliyor.
Metallerin ortak fiziksel ve kimyasal özelliklerinin nedeni, atomlarının ortak yapısı ve metallerin kristal kafeslerinin doğası ile açıklanmaktadır.
Metal atomlarının boyutu metal olmayanlara göre daha büyüktür. Metal atomlarının dış elektronları çekirdekten önemli ölçüde uzaklaştırılır ve ona zayıf bir şekilde bağlanır, bu nedenle metallerin iyonlaşma potansiyeli düşüktür (bunlar indirgeyici ajanlardır).
Metallerin spesifik özellikleri - plastisite, termal ve elektriksel iletkenlik, parlaklık - metallerin kristal boyunca hareket edebilen "serbest" elektronlar içermesiyle açıklanmaktadır.
Metaller metalik bir bağ ile karakterize edilir (MO yöntemi temel alınarak açıklanmıştır).
Metallerin fiziksel özellikleri.
Cıva hariç tüm metaller normal sıcaklıklarda karakteristik metalik parlaklığa sahip katı maddelerdir.
Çoğu metalin rengi koyu griden gümüşi beyaza kadar değişir. Altın ve sezyum sarıdır, tamamen saf bakır açık pembedir, bazı metallerin kırmızımsı bir tonu vardır (bizmut).
Metallerin yoğunluğu büyük ölçüde değişebilir; örneğin Li'nin yoğunluğu = 0,53 g/cm3 (en hafif) ve Os en ağır metal 22,48 g/cm3'tür.
Analogların bir alt grubunda yoğunluk değerleri, kural olarak, atom çekirdeğinin yükünün artmasıyla artar.
Teknolojide metaller yoğunluğa göre sınıflandırılır: hafif, ağır, eriyebilir ve refrakter.
Doğada olmak.
Doğada metaller hem doğal halde hem de çeşitli bileşikler halinde bulunur. Doğal halde yalnızca kimyasal olarak düşük aktif metaller (Pt, Ag, Au) bulunur. Kimyasal olarak aktif metaller yalnızca çeşitli bileşikler formunda bulunur. cevher
Cevherler: oksit, sülfür ve tuzlar.
Cevher önce zenginleştirilir, yani atık kayadan ayrılır. En yaygın yöntem yüzdürme Mineral yüzeyinin su ile farklı ıslanabilirliğine dayanır.
Cevherlerden mineral çıkarma yöntemleri, bunların özelliklerine göre belirlenir. kimyasal bileşim. Metal üretmeye yönelik tüm yöntemler oksidasyon-indirgeme reaksiyonlarına dayanır.
Karbotermi. Bu metal üretme yönteminde indirgeyici madde, en ucuz ve en erişilebilir olan karbondur. Karbon, kok formunda kullanılır ve oksitlenmiş karbon, CO2 olarak kolaylıkla uzaklaştırılır.
Karbon, nispeten düşük aktif metalleri azaltmak için kullanılır: Fe, Cu, Zn, Pb.
Karbon, demir cevheri karışımını Cr, Mo, W veya Mn oksitlerle indirgediğinde endüstri, bu metallerin yaklaşık %70'ini ve çok az miktarda karbon içeren alaşımlar üretir. Bunlar özel alaşımlı çeliklerin üretiminde kullanılan ferroalyajlardır. Yalnızca oksitler karbonla indirgenmeye uygundur.
Sülfür cevherleri (çinko, kurşun, bakır) ilk olarak oksidatif kalsinasyona tabi tutulur:
2ZnS + 2O2 → 2ZnO + SO2
Grup III'ün metalleri gibi Li, Ca, Ba, karbonla indirgeme yoluyla elde edilemez, çünkü serbest halde fazla karbonla izolasyondan hemen sonra karbürler oluştururlar.
Metalotermi.İlgili oksitlerden, klorürlerden, sülfitlerden bir metalin (daha az aktif) başka bir (daha aktif) ile yer değiştirmesi işlemlerine dayanır.
Alüminyum, oksijene olan yüksek ilgisi nedeniyle çok iyi bir metal oksit indirgeyicidir. Süreç denir alüminotermi.
Fe2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Fe
Alüminotermi aynı zamanda başka metaller de (Mn, Cr, Ti) üretir. saf formu karbür oluşumu nedeniyle oksitlerinin kömürle indirgenmesi. Alüminotermik bir reaksiyonda çok kısa sürede büyük miktarda ısı açığa çıkar ve bu da yüksek sıcaklıklara neden olur.
Metallerin elektrolitik veya katodik indirgenmesi.İndirgenmesi zor metaller için indirgeyici madde olarak kömür uygun değildir; bu durumda katodik indirgeme, yani elektrolizle ayırma kullanılır. Bu tür metaller su ile oksitlenebilir, dolayısıyla bileşikleri sulu çözeltilerde değil, eriyiklerde veya diğer çözücülerin çözeltilerinde elektrolize tabi tutulur.
Örneğin metalik Na, K, Ba, Ca, Mg, Be, karşılık gelen klorürlerin eriyiklerinin elektrolizi ile elde edilir.
Yüksek saflıkta metallerin elde edilmesi.
Teknolojinin hızla gelişmesi nedeniyle çok yüksek saflıkta metallere ihtiyaç duyuldu. Örneğin, bir nükleer reaktörün güvenilir bir şekilde çalışması için, bor, kadmiyum vb. yabancı maddelerin, bölünebilir malzemelerde yüzde milyonda birini aşmayan miktarlarda bulunması gerekir. Nükleer reaktörler için en iyi yapısal malzemelerden biri olan saf zirkonyum, eğer önemsiz bir hafniyum karışımı bile içeriyorsa, bu amaç için tamamen uygunsuz hale gelir.
Vakumda damıtma. Bu yöntem, saflaştırılan metalin farklı uçuculuğuna ve içinde mevcut olan yabancı maddelere dayanmaktadır. Kaynak metal, vakum pompasına bağlı özel bir kaba yüklenir ve kapta bir vakum oluşturulur, ardından Alt kısım kap ısınır. Kabın soğuk kısımlarında, hangisi daha uçucu ise, ya yabancı maddeler ya da saf metal birikmektedir.
Termal ayrışma.
1. Karbonil süreci. Bu işlem esas olarak saf nikel ve saf demir elde etmek için kullanılır. Yabancı maddeler içeren metal, CO (karbon monoksit) varlığında ısıtılır ve elde edilen uçucu karbonil, uçucu olmayan yabancı maddelerden damıtılarak çıkarılır. Karboniller daha sonra yüksek sıcaklıklarda ayrışarak yüksek saflıkta metaller oluşturur.
2. İyot süreci zirkonyum ve titanyum gibi metallerin elde edilmesini mümkün kılar.
3. Metal temizliği(genellikle safsızlık olarak oksit içerir) vakumda bir elektrik arkı kullanılarak çok yüksek bir sıcaklığa ısıtılırken.
Bölge erimesi. Bu yöntem, dar bir fırından bir blok ham Almanya'nın çekilmesinden oluşur; Bu durumda çubuk içinden geçerken oluşan erimiş bölge, onun boyunca hareket eder ve yabancı maddeleri uzaklaştırır.
Bu işlemin defalarca tekrarlanmasıyla yüksek derecede saflık elde edilebilir.
Metallerin kimyasal özellikleri.
Metallerin elektron bağlama özelliği yoktur, bu nedenle metaller indirgeyici ajanlardır. Metallerin kimyasal aktivitesinin bir ölçüsü iyonlaşma enerjisidir. J.
Metal oksitleyiciler şunlar olabilir: temel maddeler asitler, daha az aktif metallerin tuzları vb.
1. Temel maddelerle etkileşim.
2. Asitlerle etkileşim:
a) Oksitleyici madde – H+ iyonu (HCl, H2SO4 (seyreltilmiş), vb.);
b) Oksitleyici bir asit anyonu (bu tür asitler arasında HNO3 ve H2SO4 (kons.) bulunur;
c) Su ile etkileşim;
d) Alkalilerle etkileşim;
e) Tuz çözeltileri ile etkileşim.
Metal oksitler
Tüm oksijen atomları metal atomlarına doğrudan bağlıdır ve birbirlerine bağlı değildir: Me*O2.
Metal oksitlerin sınıflandırılması
Temel - en aktif metallerin oksitleri (s - grup I ve II'nin elemanları) – iyonik bağ: Na2O, K2O, CaO, MgO, vb.
Özellikleri: a) asitlerle etkileşime girer; b) asit oksitlerle; c) su ile.
Amfoterik oksitler(daha az aktif metaller ve d-elementler): Al2O3, ZnO, Cr2O3, vb.
Özellikleri: a) asitlerle etkileşim; b) alkalilerle etkileşim.
Asidik – düşük aktif metallerin oksiti daha yüksek dereceler oksidasyon (CrO3, Mn2O7, vb.). Özellikleri: a) su ile etkileşime girerek asitler oluşturur; b) bazlarla (alkaliler) etkileşime girer.
Oksitlerin özelliklerindeki değişikliklerin doğası
Bir dönem içerisinde soldan sağa doğru temel özelliklerde amfoterik özelliklerden zayıflama, asidik özelliklerde ise artış meydana gelir.
Bir grupta aynı element aynı özelliklerde değişiklik gösterir.
Oksitlerin elde edilmesi.
1. Metallerin doğrudan oksidasyonu - yanma.
Ca + O = CaO
4Na + O2 = 2Na2O
2. Sülfürlerin oksidasyonu.
ZnS + O2 = ZnO + SO2
3. Ortaya çıkan oksidin oluşum ısısı orijinalinin oluşum ısısından (metalotermi) daha büyükse, diğer elementlerin oksitler tarafından oksidasyonu.
Al + Cr2O3 = Cr + Al2O3 + Q
4. İlgili hidroksitlerin dehidrasyonu.
Al(OH)3 Al2O3 + H2O
5. Karbonatların, nitratların, sülfatların ve diğer tuzların termal ayrışması.
CaCO3 CaO + CO2
Metal hidroksitler.
Sınıflandırma: bazik, amfoterik, asidik (oksitlere karşılık gelir).
Doğadaki özelliklerdeki değişikliklerin doğası oksitlere benzer.
Sayfa 2
Demir, bakır ve alüminyum karakteristik metalik parlaklığa sahiptir.
Karakteristik metalik parlaklığa sahip olmayan katıları incelerken elektriksel iletkenliklerinin çok düşük olduğunu fark ederiz. Bunlar arasında iyonik dediğimiz maddeler, sodyum klorür, kalsiyum klorür, gümüş nitrat ve gümüş klorürün yanı sıra buz gibi moleküler kristaller de yer alır. Şekil 2'de gösterilen buz. Şekil 5 - 3, gaz fazında bulunan aynı moleküllerden oluşur, ancak sıralama kristal kafeste bulunur. Bu kötü rehberler elektrik akımı hemen hemen tüm özellikleri bakımından metallerden oldukça farklıdır. Böylece, elektriksel iletkenlik, en haklı olanlardan biri olan maddeleri sınıflandırmak için kullanılabilir.
Metaller, karakteristik bir metalik parlaklığa sahip, ısıyı ve elektrik akımını iyi ileten, dış kuvvetlerin etkisi altında şekil değiştirebilen ve herhangi bir tahribat belirtisi olmadan yükü kaldırdıktan sonra şeklini koruyabilen basit kristalli maddelerdir. Şu anda bilinen toplam kimyasal element sayısından seksen element metal olarak sınıflandırılır. En yaygın olanı yerkabuğu kimyasal bileşik formundaki metaller alüminyum, demir, magnezyum, potasyum, sodyum ve kalsiyumdur. Saf metallerin, doğada son derece nadir bulunması ve kimyasal bileşiklerden (cevherlerden) elde edilmesi büyük zorluklar nedeniyle teknolojide kullanımı sınırlıdır.
Hidrojen korozyonu sonucunda çelik yüzey karakteristik metalik parlaklığını kaybeder ve donuklaşır.
Polimerler, yalnızca konsantre sülfürik asitte çözünebilen, karakteristik metalik parlaklığa sahip, ince bir şekilde dağılmış renkli tozlardır.
Tüm d elementleri karakteristik metalik parlaklığa sahip metallerdir. S-metallerle karşılaştırıldığında mukavemetleri çok daha yüksektir.
Çözünmemiş iyot, karakteristik metalik parlaklığa sahip (çözeltinin yüzeyinde yüzen) açıkça görülebilen bir film oluşturur veya şişenin dibinde siyah parçacıklar şeklinde toplanır. İyot çözeltisi yoğun kırmızı renkte olduğundan ve neredeyse şeffaf olmadığından, şişe parlak bir ışığa tutularak çok dikkatli bir şekilde incelenmelidir. elektrik lambası tavana asılı. Bunu yapmak için lambanın altında durmanız, şişeyi boynunuzdan lamba ile yüzünüz arasında eğimli bir konumda tutmanız ve içindeki lambanın parlak görüntüsünü görmeye çalışmanız gerekir. Böyle bir arka plana karşı çözünmemiş iyot kristalleri açıkça görülebilir. Daha sonra her iki maddenin kristalleri tek bir yerde toplanacak ve iyot kristallerinin etrafında bir bölge oluşacaktır. konsantre çözeltiİyotun hızla çözüleceği KJ.
Tüm alkali metaller- gümüş maddeler- beyaz karakteristik bir metalik parlaklığa, iyi elektriksel ve termal iletkenliğe, düşük erime noktalarına ve nispeten düşük kaynama noktalarına, düşük yoğunluğa ve büyük atom hacmine sahiptir. Buhar halinde molekülleri tek atomludur; iyonlar renksizdir.
Görünüşte koyu mor, karakteristik metalik parlaklığa sahip neredeyse siyah kristallerdir. Suda iyi çözünür. Potasyum permanganat, dezenfeksiyon özelliklerini belirleyen güçlü oksitleyici maddelerden biridir.
Metaller (Latince metallumdan - maden, maden), yüksek termal ve elektriksel iletkenlik, pozitif sıcaklık direnç katsayısı, yüksek süneklik ve metalik parlaklık gibi karakteristik metalik özelliklere sahip basit maddeler formundaki bir element grubudur.
Keşfedilen 118 kimyasal elementten şu an(hepsi resmi olarak tanınmamaktadır), metaller şunları içerir:
- Alkali metal grubundaki 6 element,
- 6 toprak alkali metaller grubunda,
- 38 geçiş metalleri grubunda,
- Hafif metaller grubunda 11.
- Yarı metaller grubunda 7,
- Lantanitler + lantan grubunda 14,
- 14 aktinit grubunda (tüm elementlerin fiziksel özellikleri incelenmemiştir) + aktinyum,
- dıştan belirli gruplar berilyum ve magnezyum.
Yani keşfedilen elementlerin 96'sı metal olabilir.
Astrofizikte "metal" teriminin farklı bir anlamı olabilir ve her şey anlamına gelebilir kimyasal elementler helyumdan daha ağır
Metallerin karakteristik özellikleri
- Metalik parlaklık (yalnızca metallerin özelliği değildir: metal olmayan iyot ve grafit formundaki karbon da buna sahiptir)
- İyi elektrik iletkenliği
- Kolay işleme imkanı
- Yüksek yoğunluk (genellikle metaller metal olmayanlardan daha ağırdır)
- Yüksek erime noktası (istisnalar: cıva, galyum ve alkali metaller)
- Mükemmel termal iletkenlik
- Reaksiyonlarda çoğunlukla indirgeyici maddelerdirler.
Metallerin fiziksel özellikleri
Normal koşullar altında tüm metaller (cıva ve şartlı olarak Fransa hariç) katı hal ancak farklı sertliklere sahiptirler. Aşağıda bazı metallerin Mohs ölçeğindeki sertliği verilmiştir.
Erime noktaları saf metaller -39 °C (cıva) ile 3410 °C (tungsten) arasında değişir. Çoğu metalin (alkaliler hariç) yüksek bir erime noktası vardır, ancak kalay ve kurşun gibi bazı "normal" metaller normal bir elektrikli veya gazlı ocakta eritilebilir.
Bağlı olarak yoğunluk metaller hafif (yoğunluk 0,53 ÷ 5 g/cm³) ve ağır (5 ÷ 22,5 g/cm³) olarak ikiye ayrılır. En hafif metal lityumdur (yoğunluk 0,53 g/cm³). Osmiyum ve iridyumun (en ağır iki metal) yoğunlukları neredeyse eşit olduğundan (yaklaşık 22,6 g/cm³ - kurşun yoğunluğunun tam olarak iki katı) ve tam yoğunluklarını hesaplamak son derece zor olduğundan, şu anda en ağır metali adlandırmak imkansızdır: bunun için metalleri tamamen temizlemeniz gerekir çünkü yabancı maddeler yoğunluklarını azaltır.
Çoğu metal plastik yani metal tel kırılmadan bükülebilir. Bu, metal atomu katmanlarının aralarındaki bağı koparmadan yer değiştirmesi nedeniyle oluşur. En sünek olanlar altın, gümüş ve bakırdır. Altın, ürünlerin yaldızlanmasında kullanılan 0,003 mm kalınlığında folyo yapımında kullanılabilir. Ancak tüm metaller sünek değildir. Çinko veya kalaydan yapılmış tel büküldüğünde çatlar; Manganez ve bizmut deforme olduğunda neredeyse hiç bükülmez, hemen kırılır. Plastisite aynı zamanda metalin saflığına da bağlıdır; Bu nedenle, çok saf krom çok yumuşaktır, ancak en küçük yabancı maddelerle kirlendiğinde bile kırılgan ve sert hale gelir. Altın, gümüş, kurşun, alüminyum, osmiyum gibi bazı metaller birlikte büyüyebilir ancak bu onlarca yıl sürebilir.
Bütün metaller iyidir elektrik akımı iletmek; bunun nedeni, bir elektrik alanının etkisi altında hareket eden mobil elektronların kristal kafeslerinde bulunmasıdır. Gümüş, bakır ve alüminyum en yüksek elektrik iletkenliğine sahiptir; bu nedenle son iki metal çoğunlukla tel malzeme olarak kullanılır. Sodyum ayrıca çok yüksek elektrik iletkenliğine sahiptir; deney ekipmanlarında, sodyumla doldurulmuş ince duvarlı paslanmaz çelik borular biçiminde sodyum iletkenlerinin kullanılmasına yönelik girişimler bilinmektedir. Küçük sayesinde spesifik yer çekimi sodyum, eşit dirençli sodyum “telleri” bakırdan çok daha hafiftir ve hatta alüminyumdan biraz daha hafiftir.
Metallerin yüksek ısı iletkenliği aynı zamanda serbest elektronların hareketliliğine de bağlıdır. Bu nedenle, termal iletkenlik serisi elektriksel iletkenlik serisine benzer ve elektriğin yanı sıra ısıyı da en iyi iletken gümüştür. Sodyum aynı zamanda iyi bir ısı iletkeni olarak da kullanım alanı bulur; yaygın olarak bilinmektedir; örneğin vanalarda sodyum kullanımı araba motorları soğutmalarını iyileştirmek için.
RenkÇoğu metal yaklaşık olarak aynıdır - mavimsi bir renk tonuyla açık gri. Altın, bakır ve sezyum sırasıyla sarı, kırmızı ve açık sarıdır.
Metallerin kimyasal özellikleri
Dışarıda elektronik seviyeÇoğu metalin az sayıda elektronu (1-3) vardır, bu nedenle çoğu reaksiyonda indirgeyici ajan olarak hareket ederler (yani elektronlarını "bağışlarlar").
Basit maddelerle reaksiyonlar
- Altın ve platin dışındaki tüm metaller oksijenle reaksiyona girer. Gümüş ile reaksiyon yüksek sıcaklıklarda meydana gelir, ancak termal olarak kararsız olduğundan gümüş(II) oksit pratikte oluşmaz. Metale bağlı olarak çıktı oksitleri, peroksitleri ve süperoksitleri içerebilir:
lityum oksit
sodyum peroksit
potasyum süperoksit
Peroksitten bir oksit elde etmek için peroksit bir metal ile indirgenir:
Orta ve düşük aktif metallerde reaksiyon ısıtıldığında meydana gelir:
- Sadece en aktif metaller nitrojenle reaksiyona girer. oda sıcaklığı Yalnızca lityum reaksiyona girerek nitrürler oluşturur:
Isıtıldığında:
- Altın ve platin dışındaki tüm metaller kükürt ile reaksiyona girer:
Demir ısıtıldığında kükürt ile reaksiyona girerek sülfit oluşturur:
- Sadece en aktif metaller, yani Be dışındaki IA ve IIA gruplarının metalleri hidrojenle reaksiyona girer. Isıtıldığında reaksiyonlar meydana gelir ve hidritler oluşur. Reaksiyonlarda metal indirgeyici madde görevi görür, hidrojenin oksidasyon durumu -1'dir:
- Yalnızca en aktif metaller karbonla reaksiyona girer. Bu durumda asetilenitler veya metanitler oluşur. Su ile reaksiyona girdiğinde asetilenitler asetilen verir, metanitler metan verir.
Sanatsal metal işleme kullanılarak ürünlerin üretilmesi sürecinde hem değerli hem de baz metaller ve bunların alaşımları kullanılmaktadır. Değerli metaller arasında altın, gümüş, platin ve platin grubu metaller bulunur: paladyum, rutenyum, iridyum, osmiyum ve değersiz metaller arasında demirli metaller (çelik, dökme demir) ve demir dışı metaller - bakır, pirinç, bronz, alüminyum, magnezyum bulunur , cupronickel, nikel gümüş, nikel, çinko, kurşun, kalay, titanyum, tantal, niyobyum. Kadmiyum, cıva, antimon, bizmut, arsenik, kobalt, krom, tungsten, molibden, manganez, vanadyum da alaşımların özelliklerini değiştirmek için küçük katkı maddeleri halinde veya kaplama olarak kullanılır.
Alüminyum. Bu yumuşak gümüş-beyaz metalin yuvarlanması, gerilmesi ve kesilmesi kolaydır. Mukavemeti arttırmak için alüminyum alaşımlarına silikon, bakır, magnezyum, çinko, nikel, manganez ve krom eklenir. İtibaren alüminyum alaşımları Takıların yanı sıra döküm mimari parçalar ve heykeller de üretiyorlar.
Bronz. Bakırın çinko, kalay ve kurşunla oluşturduğu bir alaşımdır. Kalaysız bronzlar da üretilmektedir. İnsanlık tarihinde bütün bir dönem Bronzun kokusunu almayı öğrenen insanların ondan ev eşyaları, silahlar, banknotlar (madeni paralar) ve mücevherler yaptıkları Bronz Çağı denir. Günümüzde anıtlar, anıtsal heykeller, tiyatrolar, müzeler, saraylar ve yer altı metro istasyonu lobilerinin iç dekorasyon eşyaları bronzdan yapılmaktadır.
Altın. Antik çağlardan günümüze kadar takı, sofra takımı ve iç dekorasyon yapımında en yaygın kullanılan metal altın olmuştur. Demir ve demir dışı metallerin yaldızlanmasının yanı sıra lehimlerin hazırlanmasında yaygın olarak kullanılır. Altın saf haliyle güzel bir sarı metaldir. Altın alaşımları beyaz, kırmızı, yeşil veya siyah olabilir. Altın çok viskoz, sünek ve dövülebilir bir metaldir. Altın alaşımları iyi kesilmiş, taşlanmış ve parlatılmıştır. Altın oksidasyona tabi değildir. Yalnızca selenik asit ve kral suyu içinde çözünür - konsantre asitlerin bir karışımı: bir kısım nitrik ve üç kısım hidroklorik.
İridyum. Bu metal görünüşte kalay'a benzer, ancak yüksek sertliği ve kırılganlığı bakımından ondan farklıdır. İridyum iyi parlatır ancak işlenmesi zordur. Alkalilerden, asitlerden ve bunların karışımlarından etkilenmez. İridyum takılarda kullanılır.
Pirinç. Bu, sofra takımı ve iç dekorasyon (kaseler) ve ayrıca genellikle gümüş kaplama veya altın kaplama olan çeşitli mücevherlerin yapımında kullanılan bir bakır ve çinko alaşımıdır. Pirinç kesilerek başarılı bir şekilde işlenebilir, kolayca lehimlenebilir, haddelenebilir, damgalanabilir, basılabilir, nikel kaplama, gümüş kaplama, altın kaplama, oksitlenebilir, "saf bakırla karşılaştırıldığında daha dayanıklı ve sert, çok daha ucuz ve daha şıktırlar." Tombak adı verilen düşük çinko içeriğine sahip (%3 ila 20 arası) pirinç, kırmızımsı sarı bir renge sahiptir.
Magnezyum. Bu metal bronzdan dört kat daha hafiftir. Magnezyum, alüminyum, manganez, çinkonun yanı sıra bakır ve kadmiyumdan oluşan alaşımlar kullanılır. Son zamanlarda endüstriyel tesislere yönelik iç dekorasyon malzemelerinin üretimi için.
Bakır. Yumuşak, son derece sünek ve sert bir metaldir, basınçla işlemeye kolayca uygundur: çekme, haddeleme, damgalama, kabartma. Bakır iyi bir şekilde öğütülebilir ve cilalanabilir, ancak parlaklığını hızla kaybeder; bilemek, delmek, öğütmek zordur. Telkari mücevherlerin ve iç dekorasyon eşyalarının (madeni para) üretiminde saf veya kırmızı bakır kullanılır. Bakır, lehimlerin (bakır, gümüş, altın) hazırlanmasında ve ayrıca çeşitli alaşımlara katkı maddesi olarak kullanılır.
Nikel. Beyaz, son derece parlak metal, kimyasallara dayanıklı, refrakter, dayanıklı ve esnek; Saf haliyle yer kabuğunda bulunmaz. Nikel esas olarak sofra takımlarının ve mücevherlerin dekoratif ve koruyucu kaplaması için ve yeterli korozyon direncine, mukavemete, sünekliğe ve kolayca haddelenme, basılma, damgalanma ve cilalanma özelliğine sahip nikel bazlı alaşımlar (nikel gümüş ve nikel gümüş) için kullanılır. takıların yanı sıra sofra düzeni ve iç dekorasyon nesnelerinin üretiminde kullanılır.
Niyobyum. Tantala çok benzer. Asitlere karşı dayanıklıdır: Kral suyu, hidroklorik, sülfürik, nitrik, fosforik, perklorik asitlerden etkilenmez. Niyobyum yalnızca hidroflorik asit ve nitrik asitle karışımları. Son dönemde yurt dışında da takı imalatında kullanılmaya başlandı.
Teneke. Antik çağda kalaydan madeni paralar basılıyor ve kaplar yapılıyordu. Bu yumuşak ve sünek metalin rengi gümüşten daha koyudur ve sertliği kurşundan üstündür. Kuyumculukta lehimlerin hazırlanmasında ve demir dışı metallerin alaşımlarının bir bileşeni olarak ve son zamanlarda ayrıca mücevher ve iç dekorasyon eşyalarının imalatında kullanılmaktadır.
Osmiyum.Çok sert ve ağır, parlak, mavimsi gri bir metaldir. Osmiyum asitlerde ve bunların karışımlarında çözünmez. Platinli alaşımlarda kullanılır.
Paladyum. Bu sert, sünek metal kolaylıkla dövülebilir ve haddelenebilir. Paladyum gümüşten daha koyu, platinden ise daha açık renklidir. İçinde çözülür Nitrik asit ve kraliyet votkası. Paladyum takı yapımında kullanıldığı gibi altın, gümüş ve platin içeren alaşımlarda katkı maddesi olarak da kullanılır.
Platin. Platin takı yapımında ve dekoratif kaplama olarak kullanılır. Plastisite, dayanıklılık, aşınma direnci, renk oyunu - bunlar platinin kuyumcuları çok çeken özellikleridir. Platin parlak, beyaz bir metaldir, çok kolay şekillendirilebilir ve üç kısım nitrik ve beş kısım hidroklorik asitten oluşan bir karışım olan kraliyet suyunu kaynatırken bile büyük zorluklarla çözünür. Doğada platin, paladyum, rutenyum, rodyum, iridyum ve osmiyum karışımlarıyla bulunur.
Rodyum. Oldukça sert fakat kırılgan bir metal, rengi alüminyuma benzer. Rodyum asitlerde ve bunların karışımlarında çözünmez. Rodyum takıların dekoratif kaplanmasında kullanılır.
Rutenyum. Platinden neredeyse hiç farklı görünmeyen ancak daha kırılgan ve sert bir metal. Platin içeren bir alaşımda kullanılır.
Yol göstermek.Çok yumuşak ve sert bir metaldir; kolayca haddelenir, damgalanır, preslenir ve iyi bir şekilde dökülür. Kurşun eski çağlardan beri biliniyor ve heykellerin ve dekoratif mimari detayların üretiminde yaygın olarak kullanılıyordu. Kuyumculukta kurşun, lehim hazırlamak için ve alaşımlarda bileşen olarak kullanılır.
Gümüş. Bu metal, sofra takımı ve iç dekorasyon, çeşitli mücevherlerin imalatında çok yaygın olarak kullanılmaktadır ve ayrıca altın, platin ve paladyum alaşımlarında dekoratif bir kaplama ve alaşım olarak lehimlerin hazırlanmasında da kullanılmaktadır. Gümüş yüksek sünekliğe ve işlenebilirliğe sahiptir; iyi bir şekilde kesilebilir, cilalanabilir ve yuvarlanabilir. Altından daha sert fakat bakırdan daha yumuşaktır, yalnızca nitrik ve sıcak sülfürik asitlerde çözünür.
Çelik.Çelik, pik demirin (beyaz dökme demir) yeniden eritilmesiyle üretilir. Sanatsal ürünlerin üretiminde paslanmaz çelik ve koyu renkli mavileştirilmiş çelik (özel işlem görmüş) kullanılmaktadır. Paslanmaz çelik, sofra takımları ve iç dekorasyonlar yapmak için kullanılır ve daha yakın zamanda mücevher yapmak için mavileştirilmiş çelik kullanılır; Paslanmaz çelik ürünlere daha şık bir görünüm kazandırmak için altın kaplama veya gümüş kaplama yapılmaktadır.
Tantal. Metalin rengi hafif kurşuni bir tonla gri olup, refrakterlik açısından tungstenden sonra ikinci sırada yer alır. Süneklik, mukavemet, iyi kaynaklanabilirlik ve korozyon direnci ile karakterize edilir. Mücevher şirketleri Batı ülkeleri tantal yapmak için kullanılır bireysel türler takı.
Titanyum. Kolayca temizlenebilen parlak, gümüş renkli bir metaldir. çeşitli türler işleme: delinebilir, bilenebilir, frezelenebilir, taşlanabilir, lehimlenebilir, yapıştırılabilir. Titanyumun korozyon direnci karşılaştırılabilir değerli metaller. Yüksek mukavemete sahiptir, düşük yoğunluklu, oldukça kolaydır. Son zamanlarda yabancı ülkelerde titanyumdan çok çeşitli farklı takılar yapılmıştır.
Çinko. Mavimsi bir renk tonuna sahip grimsi beyaz bir metaldir. Çinkodan yapılan ilk sanatsal ürünler - dekoratif heykeller, kabartmalar - 18. yüzyılda ortaya çıktı. İÇİNDE XIX sonu Yüzyıllar boyunca şamdanlar, masa aplikleri, şamdanlar ve dekoratif heykeller, genellikle renkli bronz veya yaldızlı olan sanatsal döküm kullanılarak çinkodan yapılmıştır. Takılarda çinko, lehim hazırlamak için kullanıldığı gibi çeşitli alaşımların bileşenlerinden biri olarak da kullanılır.
Dökme demir. Var olmak aşağıdaki türler dökme demir: dökümhane (gri), pik demir (beyaz) ve özel. Sanatsal ürünlerin üretiminde sadece dökümhane veya gri dökme demir kullanılır. Gri dökme demir, sanatsal dökümün ana malzemesidir. Vazolar ve küçük heykeller, çekmeceler ve kutular, kül tablaları ve şamdanlar, bahçe eşyaları ve daha birçok ürün ondan dökülüyor.
Metaller hakkında genel bilgi
Çoğu kimyasal elementin metal olarak sınıflandırıldığını biliyorsunuz; bilinen 114 elementten 92'si.
Metaller, atomları dış (ve bazıları dış) elektron katmanından elektron vererek pozitif iyon haline gelen kimyasal elementlerdir.
Bildiğiniz gibi metal atomlarının bu özelliği, göreceli olarak sahip olmaları gerçeğiyle belirlenir. büyük yarıçap ve dış katmanda az sayıda elektron (çoğunlukla 1 ila 3).
Tek istisna 6 metaldir: dış katmandaki germanyum, kalay ve kurşun atomları 4 elektrona sahiptir, antimon ve bizmut atomları 5, polonyum atomları 6 elektrona sahiptir.
Metal atomları küçük elektronegatiflik değerleriyle (0,7'den 1,9'a kadar) ve yalnızca onarıcı özellikler yani elektron bağışlama yeteneği.
bunu zaten biliyorsun Periyodik tablo D.I. Mendeleev'in kimyasal elementleri, metaller bor-astatin köşegeninin altında bulunur ve ben de ikincil alt gruplarda onun üstündeyim. Periyotlarda ve kil alt gruplarında, bildiğiniz modeller metalik değişikliklere ve dolayısıyla elementlerin atomlarının indirgeyici özelliklerine uygulanır.
Bor-astatin köşegeninin yakınında bulunan kimyasal elementler ikili özelliklere sahiptir: bazı bileşiklerinde metal gibi davranırlar, bazılarında ise metal olmayan özellikler sergilerler.
Yan alt gruplarda metallerin indirgeyici özellikleri artar seri numarasıçoğu zaman azalır. Bildiğiniz ikincil alt grubun I. grup metallerinin aktivitesini karşılaştırın: Cu, Ag, Au; İkincil alt grubun Grup II'si - ve kendiniz göreceksiniz.
Bu, değerlik elektronları ile bu metallerin atomlarının çekirdeği arasındaki bağın gücünün, atomun yarıçapından ziyade nükleer yükün büyüklüğünden büyük ölçüde etkilenmesi gerçeğiyle açıklanabilir. Nükleer yük önemli ölçüde artar ve elektronların çekirdeğe çekimi artar. Bu durumda atom yarıçapı artmasına rağmen ana alt gruplardaki metaller kadar önemli değildir.
Kimyasal elementlerin (metaller) oluşturduğu basit maddeler ve metal içeren karmaşık maddeler, Dünya'nın mineral ve organik "yaşamında" hayati bir rol oynar. Metal elementlerin atomlarının (hiçbirinin) ayrılmaz parçaİnsanların, hayvanların ve bitkilerin vücudundaki metabolizmayı belirleyen bileşikler. Örneğin insan kanında 76 element bulunmuştur ve bunlardan sadece 14'ü metal değildir. İnsan vücudunda bazı metal elementler (kalsiyum, potasyum, sodyum, magnezyum) bulunur. Büyük miktarlar yani makro elementlerdir. Krom, manganez, demir, kobalt, bakır, çinko, molibden gibi metaller de az miktarda bulunur yani bunlar eser elementlerdir. Bir kişi 70 kg ağırlığındaysa, vücudu (gram cinsinden) şunları içerir: kalsiyum - 1700, potasyum - 250, sodyum - 70, magnezyum - 42, demir - 5. çinko - 3. Tüm metaller son derece önemlidir, sağlık sorunları ortaya çıkar ve eksiklikleriyle de, fazlalıklarıyla da.
Örneğin sodyum iyonları vücuttaki su içeriğini ve sinir uyarılarının iletimini düzenler. Eksikliği baş ağrılarına, halsizliğe, zayıf hafızaya, iştah kaybına yol açar; fazlalığı ise kan basıncının artmasına, hipertansiyona ve kalp hastalığına yol açar. Beslenme uzmanları, yetişkin başına günde 5 gramdan (1 çay kaşığı) fazla sofra tuzu (NaCl) tüketilmemesini öneriyor. Metallerin hayvanların ve bitkilerin durumu üzerindeki etkisi Tablo 16'da bulunabilir.
Basit maddeler - metaller
Metallerin (basit maddeler) ve alaşımların üretiminin gelişmesi uygarlığın ortaya çıkışıyla ilişkilendirildi (“ bronz Çağı", Demir Çağı).
Yaklaşık 100 yıl önce başladı bilimsel ve teknolojik devrim hem sektörü hem de sektörü etkiledi sosyal alan, metal üretimiyle de yakından ilgilidir. Tungsten, molibden, titanyum ve diğer metallere dayanarak, kullanımı makine mühendisliğinin yeteneklerini büyük ölçüde genişleten, korozyona dayanıklı, süper sert, refrakter alaşımlar oluşturmaya başladılar. Nükleer ve uzay teknolojisinde, 3000 ºС'ye kadar sıcaklıklarda çalışan parçaların yapımında tungsten ve renyum alaşımları kullanılır. Tıpta tantal ve platin alaşımlarından yapılmış cerrahi aletler ile titanyum ve zirkonyum oksit bazlı benzersiz seramikler kullanılmaktadır.
Ve elbette, çoğu alaşımın uzun süredir bilinen metal demiri kullandığını (Şekil 37) ve birçok hafif alaşımın temelinin nispeten "genç" metaller olduğunu unutmamalıyız: alüminyum ve magnezyum.
Süpernovalar oldu kompozit malzemelerörneğin, içi (demir çubuklu beton gibi) tungsten, molibden, çelik ve diğer metaller ve alaşımlardan yapılabilen metal liflerle güçlendirilmiş polimer veya seramikleri temsil eder - hepsi hedefe ve özelliklere bağlıdır Bunu başarmak için gerekli olan malzeme.
Metal kristallerindeki kimyasal bağların doğası hakkında zaten bir fikriniz var. Nasıl oluştuğunu görmek için bunlardan biri olan sodyum örneğini kullanalım.
Şekil 38, sodyum metalinin kristal kafesinin bir diyagramını göstermektedir. İçinde her sodyum atomu sekiz komşu atomla çevrilidir. Tüm metaller gibi sodyum atomları da çok sayıda boş değerlik yörüngesine ve az sayıda değerlik elektronuna sahiptir.
Sodyum atomunun tek değerlik elektronu 3s 1, dokuz serbest yörüngeden herhangi birini işgal edebilir, çünkü bunların enerji seviyeleri çok fazla farklılık göstermez. Atomlar birbirine yaklaştığında, bir kristal kafes oluştuğunda, komşu atomların değerlik yörüngeleri örtüşür, bu nedenle elektronlar bir yörüngeden diğerine serbestçe hareket etmez ve metal kristalinin tüm atomları arasında bir bağ oluşur.
Bu tür kimyasal bağa metalik denir. Metalik bir bağ, dış katmandaki atomları daha az değerlik elektronuna sahip olan elementler tarafından oluşturulur. Büyük bir sayı Enerjisel olarak yakın olan dış yörüngeler. Değerlik elektronları atomda zayıf bir şekilde tutulur. İletişimi sağlayan elektronlar sosyalleşir ve genel olarak nötr metalin kristal kafesi boyunca hareket eder.
olan maddeler metal bağışekilde gösterildiği gibi genellikle tik ağacında şematik olarak gösterilen doğal metal kristal kafesleri, düğümler katyonlar ve metal atomları içerir; Sosyalleşmiş elektronlar, kristal kafeste bulunan metal katyonlarını elektrostatik olarak çekerek stabilitesini ve gücünü sağlar (sosyalleşmiş elektronlar küçük siyah toplar olarak gösterilir).
Metalik bağ, kristal kafes düğümlerinde bulunan metal atomları arasında, paylaşılan değerlik elektronları tarafından gerçekleştirilen, metallerde ve alaşımlarda bir bağdır.
Bazı metaller iki veya daha fazla kristal formda kristalleşir. Maddelerin çeşitli kristal modifikasyonlarda mevcut olma özelliğine polimorfizm denir. Basit maddelere ilişkin polimorfizm sizin tarafınızdan allotropi olarak bilinmektedir.
Kalayın iki kristal modifikasyonu vardır:
alfa - p - 5,74 g/cm3 yoğunluğuyla 13,2 ºС'nin altında stabildir. Bu gri teneke. Var kristal kafes Almaav tipi (nükleer):
betta - p - 6,55 g/cm3 yoğunluğa sahip 13,2 ºС'nin üzerinde stabildir. Bu beyaz teneke.
Beyaz teneke - çok yumuşak metal. 13,2 ºС'nin altına soğutulduğunda parçalanır gri toz|1 » n geçişi sırasında özgül hacmi önemli ölçüde arttığı için. Bu olguya kalay vebası denir. Kesinlikle, özel çeşit kimyasal bağlar ve metallerin kristal kafes tipi, onların fiziksel özelliklerini belirlemeli ve açıklamalıdır.
Onlar neler? Bunlar metalik parlaklık, plastisite, yüksek elektrik ve ısı iletkenliği, artan sıcaklıkla birlikte elektrik direncinin artması ve bunun gibi pratik olarak da sayılabilir. önemli özellikler yoğunluk, erime ve kaynama noktaları, sertlik, manyetik özellikler gibi.
Metallerin temel fiziksel özelliklerini belirleyen nedenleri açıklamaya çalışalım. Metaller neden sünektir?
Metal kristal kafesli bir kristal üzerindeki mekanik etki, iyon atomu katmanlarının birbirine göre yer değiştirmesine neden olur, çünkü elektronlar kristal boyunca hareket eder, bağ kopması meydana gelmez, bu nedenle metaller daha fazla esneklik ile karakterize edilir.
Benzer etki sağlam bitişik bağlarla (atomik kristal kafes) kopmaya yol açar kovalent bağlar. İyonik kafesteki bağların kırılması, benzer yüklü iyonların karşılıklı itilmesine yol açar (Şekil 40). Bu nedenle atomik ve iyonik kristal kafeslere sahip maddeler kırılgandır.
En sünek metaller Au, Af, Cu, Sn, Pb, Zn'dir. Kolayca tel haline getirilebilir, dövülebilir, preslenebilir veya levha halinde yuvarlanabilir. Örneğin, altından 0,008 nm kalınlığında altın folyo yapılabilir ve bu metalden 0,5 g uzunluğunda 1 km uzunluğunda bir iplik çekilebilir. .
Bildiğiniz gibi cıva bile oda sıcaklığında sıvıdır. Düşük sıcaklık Katı hal, kurşun gibi dövülebilir hale gelir. Yalnızca Bi ve Mn'nin plastikliği yoktur; kırılgandırlar.
Metaller neden karakteristik bir parlaklığa sahiptir ve aynı zamanda opaktır?
Atomlar arası boşluğu dolduran elektronlar, ışık ışınlarını (cam gibi iletmek yerine) yansıtır ve atomlardaki çoğu metal eşit olarak spektrumun görünür kısmının tüm ışınlarını dağıtır. Bu nedenle gümüşi beyaz veya gri renktedirler. Stronsiyum, altın ve bakır kısa dalga boylarını (yaklaşık Mor renk) ve ışık spektrumunun uzun dalgalarını yansıtırlar, dolayısıyla sırasıyla açık sarı, sarı ve bakır renklere sahiptirler.
Her ne kadar pratikte metal bize her zaman hafif bir cisim gibi görünmüyor. Öncelikle yüzeyi oksitlenebilir ve parlaklığını kaybedebilir. Bu nedenle doğal bakır yeşilimsi bir taş olarak görünür. İkincisi, saf metal bile parlamayabilir. Çok ince gümüş ve altın tabakalar tamamen beklenmedik bir görünüme sahiptir - mavimsi yeşil renktedirler. Ve ince metal tozları koyu gri, hatta siyah görünür.
Gümüş, alüminyum ve paladyum en yüksek yansıtıcılığa sahiptir. Spot ışıkları da dahil olmak üzere aynaların imalatında kullanılırlar.
Metallerin elektrik iletkenliği neden yüksektir ve ısıyı iletir?
Uygulanan bir etki altında bir metalde düzensiz hareket eden elektronlar Elektrik Gerilimi yönlü hareket kazanırlar, yani elektrik akımını iletirler. Yaprak bitinin sıcaklığı arttıkça kristal kafesin düğüm noktalarında bulunan atomların ve iyonların titreşim genlikleri artar. Bu, elektronların hareket etmesini zorlaştırır ve metalin elektriksel iletkenliği düşer. Düşük sıcaklıklarda ise salınım hareketi büyük ölçüde azalır ve metallerin elektriksel iletkenliği keskin bir şekilde artar. Mutlak sıfıra yakın metallerin neredeyse hiç direnci yoktur; çoğu metal süperiletkenlik gösterir.
Düşük sıcaklıklarda elektrik iletkenliğine sahip metal olmayanların (örneğin grafit), aksine, serbest elektron eksikliği nedeniyle elektrik akımı iletmedikleri unutulmamalıdır. Ve ancak sıcaklığın artmasıyla ve bazı kovalent bağların yok edilmesiyle elektriksel iletkenlikleri artmaya başlar.
Gümüş, bakırın yanı sıra altın ve alüminyum en yüksek elektrik iletkenliğine sahiptir; manganez, kurşun ve cıva en düşüktür.
Çoğu zaman metallerin termal iletkenliği, elektrik iletkenliğiyle aynı şekilde değişir.
Bunlar, titreşen iyonlar ve atomlarla çarpışarak onlarla enerji alışverişinde bulunan serbest elektronların yüksek hareketliliğinden kaynaklanmaktadır. Bu nedenle sıcaklık metal parçasının tamamında eşitlenir.
Metallerin mekanik mukavemeti, yoğunluğu ve erime noktası çok farklıdır. Üstelik birim sayısındaki artışla birlikte. iyon atomlarını birbirine bağlayarak ve kristallerdeki atomlar arası mesafeyi azaltarak bu özelliklerin göstergeleri artar.
Böylece, atomları bir değerlik elektronuna sahip olan alkali metaller yumuşaktır (bıçakla kesilir), düşük yoğunlukludur (lityum en çoktur). hafif metal p - 0,53 g/cm3 ile) ve düşük sıcaklıklarda erir (örneğin sezyumun erime noktası 29 "C'dir). Sıvı olan tek metal normal koşullar. - cıva - 38,9 "C'lik bir erime noktasına sahiptir.
Atomlarının dış enerji seviyesinde iki elektron bulunan kalsiyum çok daha serttir ve daha yüksek sıcaklıkta (842° C) erir.
Üç değerlik elektronuna sahip skandiyum atomlarının oluşturduğu kristal kafes daha da kavislidir.
Ancak en renkli kristal kafesler, yüksek yoğunluklar ve erime sıcaklıkları ikincil alt grup V, VI, VII, MP gruplarının metallerinde gözlenir. Bu şununla açıklanıyor. d-alt seviyesinde kaydedilmemiş değerlik elektronlarına sahip yan alt grupların metalleri, metalik olana ek olarak, dış katmanın elektronları tarafından s-orbitallerinden gerçekleştirilen atomlar arasında çok güçlü kovalent bağların oluşmasıyla karakterize edilir.
Bunu unutmayın en çok ağır metal- osmiyumdur (süper sert ve aşınmaya dayanıklı alaşımların bir bileşeni), en çok refrakter metal- bu tungstendir (akkor lamba filamanlarının yapımında kullanılır), en çok sert metal- bu krom Cr'dir (cam çizer). Bunlar metal kesici aletlerin, ağır makinelerin fren balatalarının vb. yapıldığı malzemelerin bir parçasıdır.
Metaller aşağıdakilere göre farklılık gösterir: manyetik alanlar. Ancak bu özelliğe göre üç gruba ayrılırlar:
Ferromanyetik Zayıf manyetik alanların (demir - alfa formu, kobalt, nikel, gadolinyum) etkisi altında bile mıknatıslanma yeteneğine sahip;
Paramanyetik malzemeler zayıf bir mıknatıslanma yeteneği sergiler (alüminyum, krom, titanyum, hemen hemen tüm lantanitler);
Diyamanyetik olanlar mıknatıs tarafından çekilmezler ve hatta hafifçe itilirler (kalay, telli, bizmut).
Metallerin elektronik yapısını dikkate alırken metalleri ana alt grupların metallerine (k- ve p-elementleri) ve ikincil alt grupların metallerine ayırdığımızı hatırlayalım.
Teknolojide metalleri çeşitli fiziksel özelliklere göre sınıflandırmak gelenekseldir:
a) yoğunluk - ışık (p< 5 г/см3) и тяжелые (все остальные);
b) erime noktası - düşük erime noktası ve refrakter.
Metallerin kimyasal özelliklerine göre sınıflandırılması
Düşük kimyasal aktiviteye sahip metallere asil denir (gümüş, altın, platin ve analogları - osmiyum, iridyum, rutenyum, paladyum, rodyum).
Kimyasal özelliklerin benzerliğine dayanarak alkali metaller (grup I metaller) ayırt edilir. ana alt grup), alkalin toprak metalleri (kalsiyum, stronsiyum, baryum, radyum) ve ayrıca nadir toprak metalleri (skandiyum, itriyum, lantan ve lantanitler, aktinyum ve aktinidler).
Metallerin genel kimyasal özellikleri
Metal atomları nispeten kolay bir şekilde değerlik elektronlarından vazgeçerler ve pozitif yüklü nononlar haline gelirler, yani oksitlenirler. Bildiğiniz gibi asıl mesele bu genel mülk hem atomlar hem de basit maddeler - metaller.
Metaller kimyasal reaksiyonlarda her zaman indirgeyici ajanlardır. Basit maddelerin atomlarının (bir periyodun kimyasal elementleri veya D. I. Mendeleev'in Periyodik Tablosunun bir ana alt grubunun oluşturduğu metaller) indirgeme yeteneği doğal olarak değişir.
Sulu çözeltilerde meydana gelen kimyasal reaksiyonlarda bir metalin indirgeme aktivitesi, metallerin elektrokimyasal voltaj serisindeki konumu ile yansıtılır.
1. Metal bu sırada ne kadar soldaysa indirgeyici ajan o kadar güçlüdür.
2. Her metal, bir dizi gerilimde kendisinden sonra (sağda) bulunan metalleri çözelti içinde değiştirme (indirgeme) ve tuzlu hale getirme yeteneğine sahiptir.
3. Hidrojenin solundaki voltaj serisinde bulunan metaller, onu çözeltideki asitlerden uzaklaştırma yeteneğine sahiptir.
4. En çok bulunan metaller güçlü indirgeyici ajanlar(alkali ve alkali toprak), herhangi bir sulu çözeltide öncelikle su ile etkileşime girerler.
Elektrokimyasal serilerle belirlenen bir metalin indirgeme aktivitesi her zaman Periyodik Tablodaki konumuna karşılık gelmez. Bu şununla açıklanıyor. Bir metalin bir dizi gerilim altındaki konumunu belirlerken, yalnızca bireysel atomlardan elektron çıkarma enerjisinin değil, aynı zamanda kristal kafesin yok edilmesi için harcanan enerjinin yanı sıra sırasında açığa çıkan enerjinin de hesaba katılması gerekir. iyonların hidrasyonu.
Örneğin lityum sulu çözeltilerde sodyumdan daha aktiftir (her ne kadar Na Periyodik Tablodaki konumuna göre daha aktif bir metal olsa da). Gerçek şu ki, Li+ iyonlarının hidrasyon enerjisi, Na+ iyonlarının hidrasyon enerjisinden çok daha fazladır. bu nedenle ilk süreç enerji açısından daha uygundur.
Düşündükten sonra Genel Hükümler metallerin indirgeyici özelliklerini karakterize ederek belirli kimyasal reaksiyonlara geçelim.
Basit metal olmayan maddelerle etkileşim
1. Oksijenle birlikte çoğu metal oksitler oluşturur - bazik ve amfoterik. Krom oksit veya manganez oksit gibi geçiş metallerinin asidik oksitleri, metalin oksijenle doğrudan oksidasyonu sonucu oluşmaz. Dolaylı olarak elde edilirler.
Alkali metaller Na ve K, atmosferik oksijenle aktif olarak reaksiyona girerek peroksitler oluşturur.
Sodyum oksit, peroksitlerin karşılık gelen metallerle kalsine edilmesiyle dolaylı olarak elde edilir:
Lityum ve alkali toprak metalleri Bazik oksitler oluşturmak için havadaki oksijenle etkileşime girer.
Altın ve platin hariç, atmosferik oksijen tarafından hiç oksitlenmeyen diğer metaller, onunla daha az aktif olarak veya ısıtıldığında etkileşime girer.
2. Metaller halojenlerle hidrohalik asitlerin tuzlarını oluşturur.
3. Hidrojenle birlikte en aktif metaller, hidrojenin oksidasyon durumu -1 olan hidritler - iyonik tuzlar oluşturur; örneğin:
kalsiyum hidrit.
Birçok geçiş metali, hidrojen ile özel bir tipte hidritler oluşturur; sanki hidrojen atomlar ve iyonlar arasındaki metallerin kristal kafesinde çözülür veya eklenirken, metal gücünü korur. dış görünüş ancak hacmi artar. Emilen hidrojen metalin içinde, görünüşe göre atomik formdadır. Ayrıca ara metal hidrürler de vardır.
4. Metaller kükürt - sülfürlerle tuzlar oluşturur.
5. Metallerin nitrojenle reaksiyona girmesi biraz daha zordur çünkü Kimyasal bağ Bir nitrojen molekülünde G^r çok kuvvetlidir ve nitrürler oluşur. Normal sıcaklıklarda yalnızca lityum nitrojenle reaksiyona girer.
Karmaşık maddelerle etkileşim
1. Su ile. Normal koşullar altında alkali ve alkalin toprak metalleri, sudaki hidrojeni uzaklaştırır ve çözünür alkali bazlar oluşturur.
Hidrojenden önce voltaj serisinde bulunan diğer metaller de belirli koşullar altında hidrojeni sudan uzaklaştırabilir. Ancak alüminyum, yalnızca oksit filmi yüzeyinden çıkarıldığında suyla şiddetli reaksiyona girer.
Magnezyum suyla yalnızca kaynatıldığında reaksiyona girer ve bu da hidrojen açığa çıkarır. Suya yanan magnezyum eklenirse, reaksiyon meydana geldikçe yanma devam eder: Hidrojen yanar. Demir suyla yalnızca sıcakken etkileşime girer.
2. Hidrojene kadar gerilim serisindeki metaller çözeltideki asitlerle etkileşime girer. Bu tuz ve hidrojen üretir. Ancak kurşun (ve diğer bazı metaller), voltaj serisindeki (hidrojenin solundaki) konumuna rağmen, seyreltik sülfürik asitte neredeyse çözünmez, çünkü ortaya çıkan kurşun sülfat PbSO çözünmez ve metal yüzeyinde koruyucu bir film oluşturur.
3. Çözeltideki daha az aktif metallerin tuzları ile. Bu reaksiyonun sonucunda daha aktif bir metalin tuzu oluşur ve daha az aktif bir metal serbest halde açığa çıkar.
Ortaya çıkan tuzun çözünebilir olduğu durumlarda reaksiyonun meydana geldiği unutulmamalıdır. Metallerin bileşiklerinden diğer metaller tarafından yer değiştirmesi ilk olarak önde gelen bir Rus fiziksel kimyacı olan N. N. Beketov tarafından ayrıntılı olarak incelenmiştir. Metalleri kimyasal aktivitelerine göre bir dizi metal stresinin prototipi haline gelen "üstün bir seri" halinde düzenledi.
4.C organik maddeler. Etkileşim organik asitler ile reaksiyonlara benzer mineral asitler. Alkoller zayıf sergileyebilir asit özellikleri Alkali metallerle etkileşime girdiğinde.
Metaller, düşük sikloalkanlar elde etmek ve molekülün karbon iskeletinin daha karmaşık hale geldiği sentezler için kullanılan haloalkanlarla reaksiyonlara katılır (A. Wurtz reaksiyonu):
5. Hidroksitleri amfoterik olan metaller çözeltideki alkalilerle etkileşime girer.
6. Metaller oluşabilir kimyasal bileşikler alan birbirleriyle yaygın isim- metallerarası bileşikler. Çoğu zaman metallerin metal olmayan bileşiklerinin karakteristiği olan atomların oksidasyon durumlarını sergilemezler.
Metallerarası bileşikler genellikle sabit bir bileşime sahip değildir; içlerindeki kimyasal bağ esas olarak metaliktir. Bu bileşiklerin oluşumu ikincil alt grupların metalleri için daha tipiktir.
Metal oksitler ve hidroksitler
Tipik metallerin oluşturduğu oksitler, özellikleri gereği tuz oluşturucu, bazik olarak sınıflandırılır. Bildiğiniz gibi hidroksitlere karşılık geliyorlar. alkali ve toprak alkali metaller durumunda suda çözünebilen bazlar güçlü elektrolitlerdir ve alkaliler olarak adlandırılırlar.
Bazı metallerin oksitleri ve hidroksitleri amfoteriktir yani etkileşime girdikleri maddelere bağlı olarak hem bazik hem de asidik özellikler sergileyebilirler.
Örneğin:
Bileşiklerinde değişken bir oksidasyon durumuna sahip olan ikincil alt grupların birçok metali, doğası metalin oksidasyon durumuna bağlı olan çeşitli oksitler ve hidroksitler oluşturabilir.
Örneğin bileşiklerdeki krom üç oksidasyon durumu gösterir: +2, +3, +6, dolayısıyla üç dizi oksit ve hidroksit oluşturur ve oksidasyon derecesi arttıkça asidik karakter güçlenir ve bazik karakter zayıflar.
Metal korozyonu
Metaller maddelerle etkileşime girdiğinde çevre Yüzeylerinde metallerin kendisinden tamamen farklı özelliklere sahip bileşikler oluşur. Sıradan damarlarda, demir ve alaşımlarından yapılmış ürünlerde kahverengimsi kırmızı bir kaplama gördüğümüz için sıklıkla "pas", "korozyon" kelimelerini kullanırız. Paslanma yaygın bir korozyon durumudur.
Korozyon, metallerin kendi kendine yok edilmesi ve dış ortamın (Lat. korozyondan) yok edilmesi sürecidir.
Bununla birlikte, hemen hemen tüm metaller tahribata maruz kalır ve bunun sonucunda birçok özelliği bozulur (veya tamamen kaybolur): mukavemet, süneklik, parlaklık azalır, elektrik iletkenliği azalır, makinelerin hareketli parçaları arasındaki sürtünme de artar, malzemelerin boyutları artar. parça değişimi vb.
Metallerin korozyonu sürekli veya yerel olabilir.
Sinir, ikincisi kadar tehlikeli değildir; yapıları ve cihazları tasarlarken tezahürleri dikkate alınabilir. Yerel korozyon çok daha tehlikelidir, ancak buradaki metal kayıpları küçük olabilir. En tehlikeli türlerinden biri spot olanıdır. Bireysel bölümlerin gücü azalırken, yapıların, cihazların ve yapıların güvenilirliği azalırken, lezyonların, yani nokta boşluklarının - çukurlaşmaların oluşumundan oluşurlar.
Metal korozyonu büyük ekonomik zarara neden olur. Boru hatlarının, makine parçalarının, gemilerin, köprülerin ve çeşitli ekipmanların yok olması nedeniyle insanlık büyük maddi kayıplara maruz kalıyor.
Korozyon, metal yapıların güvenilirliğinin azalmasına yol açar. Olası tahribat göz önüne alındığında, bazı ürünlerin (örneğin uçak parçaları, türbin kanatları) mukavemetinin fazla tahmin edilmesi ve dolayısıyla ek ekonomik maliyetler gerektiren metal tüketiminin artması gerekir. .
Korozyon, arızalı ekipmanların değiştirilmesi nedeniyle üretimin aksamasına ve halo, petrol ve su boru hatlarının tahrip olması sonucu hammadde ve ürün kayıplarına yol açmaktadır. Petrol ürünleri ve diğer maddelerin sızıntısı sonucu doğaya ve dolayısıyla insan sağlığına verilen zararı dikkate almamak mümkün değildir. kimyasal maddeler. Korozyon, ürünlerin kirlenmesine ve dolayısıyla kalitelerinin düşmesine neden olabilir. Korozyona bağlı kayıpların telafisinin maliyeti çok büyüktür. Dünyanın yıllık metal üretiminin yaklaşık %30'unu oluşturuyorlar.
Bütün söylenenlerden, metalleri ve alaşımları korozyondan korumanın yollarını bulmak çok önemli bir sorunun olduğu sonucu çıkıyor.
Çok çeşitlidirler. Ancak bunları seçmek için bilmeniz ve dikkate almanız gerekir kimyasal öz korozyon süreçleri.
Ancak kimyasal doğa Korozyon bir redoks sürecidir. Oluştuğu ortama bağlı olarak çeşitli korozyon türleri ayırt edilir.
En yaygın korozyon türleri kimyasal ve elektrokimyasaldır.
I. Kimyasal korozyon iletken olmayan bir ortamda meydana gelir. Bu tür korozyon, metaller kuru gazlarla veya elektrolit olmayan sıvılarla (benzin, gazyağı vb.) etkileşime girdiğinde meydana gelir. Motorların, gaz türbinlerinin ve roketatarların parçaları ve bileşenleri bu tür tahribatlara maruz kalır. Yüksek sıcaklıklarda metal işleme sırasında kimyasal korozyon sıklıkla görülür.
Çoğu metal atmosferik oksijenle oksitlenerek yüzeyde oksit filmler oluşturur. Bu film güçlüyse, yoğunsa ve metale iyi bağlanmışsa, metali daha fazla tahribattan korur. Demir gevşek, gözeneklidir, yüzeyden kolayca ayrılır ve bu nedenle metali daha fazla tahribattan koruyamaz.
II. Elektrokimyasal korozyon, iletken bir ortamda (bir elektrolit içinde) sistem içinde bir elektrik akımının ortaya çıkmasıyla meydana gelir. Kural olarak, metaller ve alaşımlar heterojendir ve çeşitli safsızlıkların kalıntıları içerir. Elektrolitlerle temasa geçtiklerinde, yüzeyin bazı alanları anot görevi görmeye başlar (elektron bağışlar), diğerleri ise katot görevi görür (elektron alır).
Bir durumda gaz gelişimi (NG) gözlemlenecektir. Diğerinde pas oluşumu.
Dolayısıyla elektrokimyasal korozyon, akımı ileten ortamlarda (kimyasal korozyonun aksine) meydana gelen bir reaksiyondur. İşlem, iki metal temas ettiğinde veya daha az aktif iletkenler olan kalıntılar içeren bir metalin yüzeyinde (aynı zamanda metal olmayan da olabilir) meydana gelir.
Anotta (daha aktif bir metal), katyonların oluşumu (çözünme) ile metal atomlarının oksidasyonu meydana gelir.
Katotta (daha az aktif bir iletken), hidrojen iyonları veya oksijen molekülleri sırasıyla H2 veya OH-hidroksit iyonlarını oluşturacak şekilde indirgenir.
Hidrojen katyonları ve çözünmüş oksijen, elektrokimyasal korozyona neden olan en önemli oksitleyici ajanlardır.
Korozyon hızı daha yüksektir, metaller (metal ve safsızlıklar) aktiviteleri açısından ne kadar farklıysa (metaller için stres serisinde birbirlerinden o kadar uzakta bulunurlar). Sıcaklık arttıkça korozyon önemli ölçüde artar.
Deniz suyu elektrolit görevi görebilir. nehir suyu, yoğunlaşmış nem ve tabii ki iyi bilinen elektrolitler - tuzların, asitlerin, alkalilerin çözeltileri.
Kışın, kaldırımlardaki karı ve buzu temizlemek için endüstriyel tuzun (sodyum klorür, bazen kalsiyum klorür vb.) kullanıldığını açıkça hatırlıyorsunuz. Ortaya çıkan çözeltiler kanalizasyon boru hatlarına akıyor ve böylece yer altı iletişiminin elektrokimyasal korozyonu için uygun bir ortam yaratıyor.
Korozyona karşı korunma yöntemleri
Zaten metal yapıları ve imalatlarını tasarlarken, korozyona karşı koruma önlemleri sağlanmaktadır.
1. Ürünün yüzeylerini nem kalmayacak şekilde zımparalayın.
2. Özel katkı maddeleri içeren alaşımlı alaşımların kullanımı: yüksek sıcaklıklarda metal yüzeyinde stabil bir oksit tabakası oluşturan krom, nikel. Alaşımlı çelikler iyi bilinmektedir - ev eşyalarının (makas, çatal, kaşık), makine parçalarının ve aletlerin yapıldığı paslanmaz çelikler.
3. Koruyucu kaplamaların uygulanması.
Türlerini ele alalım.
Metalik olmayan - oksitleyici olmayan yağlar, özel vernikler, boyalar. Doğru, kısa ömürlüler ama ucuzlar.
Kimyasal - yapay olarak oluşturulan yüzey filmleri: oksit, sitrat, silisit, polimer vb. Örneğin, tüm küçük kollar birçok hassas aletin parçaları mavileştirmeye tabi tutulur - bu, yüzeydeki en ince demir oksit filmini elde etme işlemidir. çelik bir üründür. Ortaya çıkan yapay oksit film çok dayanıklıdır ve ürüne güzel bir siyah renk ve mavi renk tonu verir. Polimer kaplamalar polietilen, polivinil klorür ve poliamid reçinelerden yapılır. Bunlar iki şekilde uygulanır: ısıtılan ürün, eriyen ve metale kaynak yapan polimer tozunun içine yerleştirilir veya metalin yüzeyi, hızlı bir şekilde buharlaşan düşük sıcaklıktaki bir solvent içindeki bir polimer çözeltisi ile işlenir ve polimer Ürün üzerinde film kalıyor.
Metalik kaplamalar, yüzeyinde oksitleyici maddelerin etkisi altında stabil koruyucu filmlerin oluşturulduğu diğer metallerle yapılan kaplamalardır.
Yüzeye krom uygulanması - krom kaplama, nikel - nikel kaplama, çinko - galvanizleme, kalay - kalaylama vb. Kaplama aynı zamanda pasif de olabilir. kimyasal olarak metal - altın, gümüş, bakır.
4. Elektrokimyasal yöntemler koruma.
Koruyucu (anodik) - anot görevi gören ve bir elektrolit varlığında yok edilen, korunan metal yapıya daha aktif bir metal (koruyucu) parçası eklenir. Magnezyum, alüminyum ve çinko, gemi gövdelerini, boru hatlarını, kabloları ve diğer şık ürünleri korumak için koruyucu olarak kullanılır;
Katot - metal yapı, anodik tahribat olasılığını ortadan kaldıran harici bir akım kaynağının katotuna bağlanır
5. Elektrolitin veya korunan metal yapının bulunduğu ortamın özel muamelesi.
Şamlı ustaların kireç sökücü ve
Pasla mücadele etmek için bira mayası, un ve nişastanın eklenmesiyle sülfürik asit çözeltileri kullanıldı. Bunlar ilk önleyicilerden biriydi. Asidin silah metaline etki etmesine izin vermediler; sonuç olarak sadece kireç ve pas çözüldü. Bu amaçlar için Ural silah ustaları, un kepeği ilavesiyle sülfürik asit çözeltileri olan dekapaj çorbaları kullandılar.
Modern inhibitörlerin kullanımına örnekler: taşıma ve depolama sırasında hidroklorik asit, butilamin türevleri tarafından mükemmel bir şekilde "evcilleştirilir". ve sülfürik asit - nitrik asit; uçucu dietilamin enjekte edilir çeşitli kaplar. İnhibitörlerin yalnızca metal üzerinde etkili olduğunu ve onu çevreye, örneğin bir asit çözeltisine karşı pasif hale getirdiğini unutmayın. Bilim 5 binden fazla korozyon önleyiciyi biliyor.
Suda çözünmüş oksijenin uzaklaştırılması (havanın alınması). Bu proses kazan tesislerine giren suyun hazırlanmasında kullanılır.
Metal elde etme yöntemleri
Önemli kimyasal aktivite metaller (atmosferik oksijen, diğer metal olmayanlar, su, tuz çözeltileri, asitlerle etkileşim), yer kabuğunda esas olarak bileşikler halinde bulunmalarına yol açar: oksitler, sülfitler, sülfatlar, klorürler, karbonatlar vb.
Hidrojenin sağındaki gerilim serisinde yer alan metaller serbest formda bulunur, ancak bakır ve cıva daha çok doğada bileşikler halinde bulunabilir.
Saf metallerin izolasyonunun teknik olarak mümkün ve ekonomik olarak mümkün olduğu metaller ve bunların bileşiklerini içeren mineraller ve kayalara cevher denir.
Cevherlerden metal elde etmek metalurjinin görevidir.
Metalurji aynı zamanda cevherlerden metal elde etmeye yönelik endüstriyel yöntemlerin bilimidir. ve sanayi sektörü.
Herhangi bir metalurjik işlem, çeşitli indirgeyici maddeler kullanılarak metal iyonlarının indirgenmesi işlemidir.
Bu işlemi uygulamak için metalin aktivitesini dikkate almak, bir indirgeyici madde seçmek, teknolojik fizibiliteyi, ekonomik ve ekonomik durumu dikkate almak gerekir. çevresel faktörler. Buna göre metal elde etmek için aşağıdaki yöntemler vardır: pirometalurjik. hidrometalurjik, elektrometalurjik.
Pirometalurji, metallerin cevherlerden karbon, karbon oksit (II) yardımıyla yüksek sıcaklıklarda indirgenmesidir. hidrojen, metaller - alüminyum, magnezyum.
Örneğin kalay kasiteritten, bakır ise bakır (kuprit) kömürle (kok) kalsinasyonla elde edilir. Sülfür cevherleri önce hava varlığında kavrulur ve daha sonra ortaya çıkan oksit kömürle indirgenir. Metaller ayrıca karbonat cevherlerinden kömürle pompalanarak izole edilir, çünkü karbonatlar ısıtıldığında ayrışır, oksitlere dönüşür ve ikincisi kömürle indirgenir.
Hidrometalurji, metallerin çözelti içindeki tuzlarıyla birlikte indirgenmesidir. Süreç 2 aşamada gerçekleşir:
1) doğal bir bileşik, metal tuzundan oluşan bir çözelti elde etmek üzere uygun bir reaktif içerisinde çözülür;
2) ortaya çıkan çözümden bu metal daha aktif olanla değiştirilir veya elektrolizle onarılır. Örneğin bakır oksit CuO içeren cevherden bakır elde etmek için seyreltik kükürt dioksit ile işlemden geçirilir.
Daha sonra bakır, elektroliz yoluyla veya sülfatın demir ile değiştirilmesiyle tuz çözeltisinden çıkarılır. Bu şekilde gümüş, çinko, molibden, altın ve uranyum elde edilir.
Elektrometalurji, bileşiklerinin çözeltilerinin veya eriyiklerinin elektrolizi sürecinde metallerin indirgenmesidir.
Elektroliz
Elektrotlar bir elektrolit çözeltisine veya eriyiğine indirilirse ve sabit bir elektrik akımı geçirilirse, iyonlar yönsel olarak hareket edecektir: katyonlar katoda doğru (negatif yüklü elektrot), anyonlar ise anoda doğru (pozitif yüklü elektrot).
Katotta katyonlar elektronları kabul eder ve indirgenir; anotta ise anyonlar elektronları verir ve oksitlenir. Bu işleme elektroliz denir.
Elektroliz, bir elektrik akımının bir sıvı veya elektrolit çözeltisinden geçmesi durumunda elektriksel bir yüzey üzerinde meydana gelen bir redoks işlemidir.
Bu tür proseslerin en basit örneği erimiş tuzların elektrolizidir. Erimiş sodyum klorürün elektroliz sürecini ele alalım. Eriyik bir termal ayrışma sürecine tabi tutulur. Bir elektrik akımının etkisi altında katyonlar katoda hareket eder ve ondan elektronları kabul eder.
Katotta sodyum metali, anotta ise klor gazı oluşur.
Hatırlamanız gereken en önemli şey: elektroliz işlemi sırasında elektrik enerjisi gerçekleştirillen Kimyasal reaksiyon kendiliğinden gitmesi mümkün olmayan.
Elektrolit çözeltilerinin elektrolizi durumunda durum daha karmaşıktır.
Tuz çözeltisinde metal iyonlarına ek olarak ve asit kalıntısı, su molekülleri mevcuttur. Bu nedenle elektrotlardaki işlemleri değerlendirirken elektrolize katılımlarını dikkate almak gerekir.
Elektrolitlerin sulu çözeltilerinin elektroliz ürünlerini belirlemek için aşağıdaki kurallar mevcuttur.
1. Katottaki işlem, yapıldığı katot malzemesine değil, metalin (elektrolit katyonu) elektrokimyasal voltaj serisindeki konumuna bağlıdır ve eğer:
1.1. Elektrolit katyonu, serinin başında (Al dahil) voltaj serisinde bulunur, daha sonra katotta su azaltma işlemi meydana gelir (hidrojen açığa çıkar). Metal katyonları indirgenmez; çözelti içinde kalırlar.
1.2. Elektrolit katyonu, alüminyum ve hidrojen arasındaki voltaj aralığındadır, daha sonra katotta hem metal hem de su molekülleri aynı anda indirgenir.
1.3. Elektrolit katyonu hidrojenden sonra voltaj serisindedir, daha sonra metal katyonları katotta indirgenir.
1.4. Çözelti farklı metallerin katyonlarını içerir, daha sonra voltaj serisinde duran bir metalin katyonu azalır.
Bu kurallar Diyagram 10'da yansıtılmıştır.
2. Anottaki süreç, anot malzemesine ve anonun doğasına bağlıdır (Şema 11).
2.1. Anot çözülürse (demir, çinko, bakır, gümüş ve elektroliz sırasında oksitlenen tüm metaller), anyonun doğasına rağmen anotun metali oksitlenir. 2.2. Anot çözülmezse (buna inert - grafit, altın, platin denir), o zaman:
a) tuz çözeltilerinin elektrolizi sırasında oksijensiz asitler(florürler hakkında) anyon oksidasyon süreci anotta meydana gelir;
b) oksijen içeren tuzlar ve florür çözeltilerinin elektrolizi sırasında, anotta su oksidasyon işlemi meydana gelir. Anyonlar oksitlenmez, çözelti halinde kalır;
Eriyiklerin ve madde çözeltilerinin elektrolizi endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır:
1. Metalleri elde etmek (alüminyum, magnezyum, sodyum, kadmiyum sadece elektrolizle elde edilir).
2. Hidrojen, halojenler, alkaliler üretmek.
3. Metallerin saflaştırılması için - rafinasyon (bakır, nikel, kurşunun saflaştırılması elektrokimyasal yöntem kullanılarak gerçekleştirilir).
4. Metalleri korozyondan korumak için - korozyona dayanıklı başka bir metalden (krom, nikel, bakır, gümüş, altın) ince bir tabaka şeklinde koruyucu kaplamalar uygulamak - elektrokaplama.
5. Metal kopyaların ve kayıtların alınması - elektrokaplama.
Pratik görev
1. D. I. Mendeleev'in Periyodik Kimyasal Elementler Tablosunun ana ve ikincil alt gruplarındaki konumlarına göre metallerin yapısı nasıldır?
2. Alkali ve alkalin toprak metalleri neden sırasıyla (+1) ve (+2) bileşiklerinde tek bir oksidasyon durumuna sahiptir ve yan alt grupların metalleri kural olarak bileşiklerde görünür farklı dereceler oksidasyon?
3. Manganez hangi oksidasyon durumlarını sergileyebilir? Bu oksidasyon durumlarında hangi hidrokarbon oksitleri manganeze karşılık gelir? Onların karakteri nedir?
4. Element atomlarının elektronik yapısını karşılaştırın VII grubu: manganez ve klor. Kimyasal özelliklerindeki farkı ve her iki elementteki atomların farklı derecelerde oksidasyonunun varlığını açıklayın.
5. Elektrokimyasal voltaj serisindeki metallerin konumu neden her zaman D.I. Mendeleev'in Periyodik Tablosundaki konumlarına karşılık gelmiyor?
9. Sodyum ve magnezyumun reaksiyonları için denklemleri yazın. asetik asit. Hangi durumda ve neden reaksiyon hızı daha büyük olacaktır?
11. Hangi metal elde etme yöntemlerini biliyorsunuz? Tüm yöntemlerin özü nedir?
14. Korozyon nedir? Hangi korozyon türlerini biliyorsunuz? Aşağıdakilerden hangisi fiziksel-kimyasal bir süreci temsil eder?
15. Aşağıdaki işlemler korozyon olarak kabul edilebilir mi: a) elektrik kaynağı sırasında demirin oksidasyonu, b) lehimleme için asitlenmiş asit üretilirken çinkonun hidroklorik asit ile etkileşimi? Mantıklı bir cevap verin.
17. Manganez ürünü su içindedir ve bakır ürünle temas halindedir. İkisi de değişmeyecek mi?
18. Üzerine başka bir metalden yapılmış bir plaka yerleştirilirse demir yapı sudaki elektrokimyasal korozyondan korunacak mı: a) magnezyum, b) kurşun, c) nikel?
19. Petrol ürünlerini (benzin, gazyağı) depolamak için tankların yüzeyi hangi amaçla gümüşle boyanmıştır - alüminyum tozu ile bitkisel yağlardan birinin karışımı?
20. Bahçe bahçesinin asitlenmiş toprağının yüzeyinde pirinç musluklu demir borular bulunmaktadır. Korozyona ne maruz kalacak: boru ve musluk? Yıkım en çok nerede görülüyor?
21. Eriyiklerin elektrolizinin sulu çözeltilerin elektrolizinden farkı nedir?
22*. Erimiş tuzların elektrolizi ile hangi metaller elde edilebilir ve bu maddelerin sulu çözeltilerinin elektrolizi ile elde edilemez?
23*. Baryum klorürün elektrolizi için denklemleri aşağıdaki şekilde yazın: a) eriyik, b) çözelti
28. 27 g bakır(II) klorür içeren bir çözeltiye 1-4 g demir talaşı ilave edildi. Bu reaksiyon sonucunda hangi miktarda bakır açığa çıktı?
Cevap: 12,8 gr.
29. Fazla çinkonun, yoğunluğu 1,14 g/ml olan 500 ml %20'lik sülfürik asit çözeltisiyle reaksiyona sokulmasıyla hangi kütlede çinko sülfat elde edilebilir?
Cevap: 187,3 gr.
31. 8 g magnezyum ve magnezyum oksit karışımı hidroklorik asit ile muamele edildiğinde 5,6 litre hidrojen (n, y.) açığa çıktı. Orijinal karışımdaki HAZİRAN ayının kütle oranı (% olarak) nedir?
Cevap: %75.
34. Çelikteki (bir demir ve karbon alaşımı) karbonun kütle fraksiyonunu (yüzde olarak) belirleyin, eğer 10 g ağırlığındaki bir numuneyi oksijen akışında yakarken, 0,28 l karbon (IV) oksit (n.s.) toplandı.
Cevap: %1,5.
35. 0,5 g ağırlığındaki bir sodyum numunesi suya yerleştirildi. Ortaya çıkan çözeltinin nötrleştirilmesi için 29,2 g %1,5 tüketilmemiştir. hidroklorik asit. Numunedeki sodyumun kütle oranı (yüzdesi) nedir?
Cevap: %55,2.
36. Bir bakır ve alüminyum alaşımı, fazla miktarda sodyum hidroksit çözeltisi ile işlendi ve 1.344 l (n.s.) hacimli bir gaz açığa çıktı. Reaksiyondan sonra kalıntı, nitrik asit içinde çözüldü, ardından çözelti buharlaştırıldı ve kalsine edilmiş sabit kütle 0,4 g'a eşit olduğu ortaya çıktı. Alaşımın bileşimi nedir? Cevap: 1,08 g Al 0,32 g Cu veya %77,14 Al %22,86 Cu.
37. %20 safsızlık içeren 1 ton kırmızı demir cevherinden (Fe2O3) %94 demir içeren hangi dökme demir kütlesi elde edilebilir?
Cevap: 595,74 kg.
Doğadaki metaller
Önceki derslerde kimyayı dikkatlice okuduysanız, periyodik tablonun doksandan fazla metal türü içerdiğini ve bunlardan yaklaşık altmışının doğal ortamda bulunabileceğini biliyorsunuzdur.
Doğal olarak oluşan metaller kabaca aşağıdaki gruplara ayrılabilir:
Doğada serbest halde bulunabilen metaller;
bileşikler halinde oluşan metaller;
karışık halde bulunabilen metaller yani serbest halde veya bileşik halinde olabilirler.
Diğer kimyasal elementlerin aksine metaller doğada sıklıkla basit maddeler halinde bulunur. Genellikle yerel bir durumları vardır. Basit maddeler halinde sunulan bu tür metaller arasında altın, gümüş, bakır, platin, cıva ve diğerleri bulunur.
Ancak doğal ortamda bulunan metallerin tümü doğal halde mevcut değildir. Bazı metaller bileşikler halinde bulunabilir ve bunlara mineral denir.
Ayrıca gümüş, cıva ve bakır gibi kimyasal elementler hem doğal halde hem de bileşik halinde bulunabilir.
Daha sonra metallerin elde edilebileceği tüm minerallere cevher denir. Doğada demir içeren cevherler bulunmaktadır. Bu bileşiğe demir cevheri denir. Ve bileşim bakır içeriyorsa, böyle bir bileşiğe bakır cevheri denir.
Elbette doğadaki en yaygın metaller oksijen ve kükürt ile aktif olarak etkileşime giren metallerdir. Bunlara genellikle metal oksitler ve sülfitler denir.
Bir metali oluşturan ortak element alüminyumdur. Alüminyum kilde bulunur ve ayrıca safir ve yakut gibi değerli taşlarda da bulunur.
İkinci en popüler ve yaygın metal demirdir. Genellikle doğada bileşikler halinde bulunur ve doğal haliyle yalnızca göktaşı taşlarının bir parçası olarak bulunabilir.
Doğal ortamda veya daha doğrusu yer kabuğunda en yaygın olarak bulunan metaller magnezyum, kalsiyum, sodyum ve potasyumdur.
Elinizde madeni para tutarken, muhtemelen onlardan karakteristik bir koku yayıldığını fark etmişsinizdir. Ancak bunun metal kokusu olmadığı, metalin insan teriyle teması sonucu oluşan bileşiklerden kaynaklanan koku olduğu ortaya çıktı.
İsviçre'nin, dilimlere ayrılarak hediye veya ödeme aracı olarak kullanılabilen, çikolata şeklinde altın külçeleri ürettiğini biliyor muydunuz? Şirket bu tür çikolataları altın, gümüş, platin ve paladyumdan üretiyor. Böyle bir karo dilimlere ayrılırsa, her biri yalnızca bir gram ağırlığındadır.
Ve ayrıca oldukça ilginç özellik Nitinol gibi metal bir alaşıma sahiptir. Hafıza etkisine sahip olması ve ısıtıldığında bu alaşımdan yapılmış deforme olmuş bir ürünün orijinal şekline dönebilmesi bakımından benzersizdir. Burç yapımında hafızalı olarak adlandırılan bu tür benzersiz malzemeler kullanılır. Düşük sıcaklıklarda büzülme özelliğine sahiptirler ve oda sıcaklığında bu burçlar düzleşir ve bu bağlantı kaynaktan bile daha güvenilirdir. Ve bu olay, bu alaşımların termoelastik bir yapıya sahip olmasından kaynaklanmaktadır.
Altın takılara gümüş veya bakır alaşımı eklemenin neden geleneksel olduğunu hiç merak ettiniz mi? Bunun nedeninin saf altının çok yumuşak olması ve tırnakla bile kolayca çizilebilmesi olduğu ortaya çıktı.