Химия 9⁠⁠

В химических реакция металлы проявляют лишь восстановительные свойства (их атомы отдают электроны, образуя из-за этого положительные ионы). Окислителями при этом выступают неметаллы (кислород, галогены, сера и др.), катионы водорода и кат*оны других металлов

С кислородом воздуха легко взаимодействуют щелочные и щелочноземельные металлы:

4Li + O2 = 2Li2O. 2Ca + O2 = 2CaO.

Железо, цинк, медь и другие менее активные металлы энергично окисляются кислородом только при нагревании: 2Zn + O2 = 2ZnO. 2Cu - O2 = 2CuO

Золото и платиновые металлы не окисляются кислородом воздуха ни при каких условиях

Металлы образуют с неметаллами бинарные соединения (например, оксиды, хлориды, сульфиды, фосфиды), например:

2Al + 3Cl2 = 2AlCl3

Hg + S = HgS

Щелочные и щелочноземельные металлы легко реагируют с вод*й, восстанавливая катионы водорода до свободного и образуют при этом растворимые основания - щёлочи:

2Na + 2HOH = 2NaOH + H2

Ca + 2HOH = Ca(OH)2 + H2

Менее активные металлы, например, железо, взаимодействуют с водой только в раскалённом виде: 3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2

По восстановительным способностям (чем левее, там сильнее), металлы располагают в электрохимический ряд напряжений (куда кстати входит и водород за его способность отдавать электроны).

Химические металлов из ряда напряжения металл*в:

Металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода, вытесняются им из растворов кислота

Золото, ртуть и серебро конечно не реагируют с соляной кислотой, но это правило имеет поправки ж (правило соблюдается, если в реакции металла с кислотой образуется соляная кислота; на щелочные металлы правило не распространяется, т.к. они взаимод* и с водой; каждый мет. Выт. из растворов солей другие мет., находящиеся правее него в р* напряжений, и сам бывает вытеснен металлами, расположенными левее)):

Fe + CuSO4 (раствор) = FeSO4 (раствор) + Cu

Cu + 2AgNO3 (раствор) = Ag + Cu(NO3)2 (раствор)

Металлы бывают самородными (когда свободное вещество) и различными соединениями

Большинство Металлов существует при различных соединениях как минералы, но также формируются сульфиды как часть минералов

Руды - природные образования, содержащие минералы, где металлы находятся в количествах, пригодных в технологическом и экономическом отношении для получения металлов в промышленности

Обычно перед получением металлов из руды её предварительно обогащают (отделЮт пустую порода, примеси), в результате образуется концентрат, служащих сырьём для металлургии

Металлургия - наука о методах и процессах производства металлов из руд и других мало содержащих продуктов, о получении сплавов и обработке металлов

Пирометаллургия - методы переработки руд, основанные на химических реакциях, происходящих при высоких температурах

Пирометаллургические процессы включают обжиг и плавку. При обжиге содержащиеся в рудах соединения металлов (в частности сульфиды) переводят в оксиды, а сера удаляется в виде оксида серы: 2CuS + 3O2 = 2CuO + 2SO2. При попытке происходит восстановление металлов из их оксидов с выручкой угля, водорода, оксида углерода (III) или более активного металла: 2CuO + C = 2Cu + CO2; Cr2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Cr.

Чугун получают при высоких температурах в металлургических печах (домнах), а в свою очередь из чугуна в других металлургических печах (например, конвертах), выплавляют сталь

Методы получения металлов в металлургии делятся на гидрометаллург (методы получения металлов, основаннын на химических реакциях, происходящих в растворах) и электрометаллургию (методы получения металлов, основанных на электролизе (выделении металлов из растворов или расплавов их соединений с помощью постоянного электрического тока))

Гидрометаллургические процессы вачают стадию перевода нерастворимых соединений металлов из руд в растворы

Электрометаллургию применяют главным образом для получения активных металлов - щелочных, щелочноземельных и алюминия.

Большого внимания заслуживают микробиологические методы получения металлов, в которых используется жизньдеятельность некоторых видов бактерий (например, итоговые бактерии переводят нерастворимые сульфиты в растворимые сульфаты)

Коррозия (ржавчина) - самопроизвольное разрушение металлов и сплавов от природных факторов (например, воды и воздуха)

Zn защищает от коррозии металлы и сплавы

Пример коррозии:

Если в колбу с открытым воздухом поместить гвоздь, то он заржевеет, но если в ту же, но уже закрытую маслом (например, злаком), колбу поместить тот же гв*здь, то злак защитит его от коррозии.

Покрытия, защищающие металлы и сплавы от коррозии: краска

Коррозия разрушает мир

Щелочные металлы: li, na, k, rb, cs, fr (редкий радиоактивный металл)

Щелочные металлы отдают лишь 1 электрон

Так как щелочные металлы отдают этот самый 1 электрон легко, то они

Вот почему щелочные металлы - простые вещества:

Они мягкие, легкоплавкие, серебристо-белые металлы

Be, Mg и щелочноземельные металлы - элементы главной подгруппы 2 группы

Атомы Be, MG и щелочноземельных металлов содержат на внешнем уровне 2 электрона, следовательно они - сильнейшие восстановители

Be,G и щелочноземельные металлы - простейшие вещества, т.к.:

1. Лёгкие серебристо-белые металлы, когда Sr имеет золотой оттенок

а Sr твёрже Ba, Ba по мягкости напоминает свинец

На воздухе при обычной температуре поверхности Ba и Mg покрыты защитной оксидовой плёнкой

4 (3). Щёлочноземельные металлы взаимодействуют с О воздуха активнее

При нагревании на воздухе все рассматриваемые щелочноземельные металлы с Be и Mg (рассматриваемые M) сгорают с обращением оксидов:

2M + O2 = 2 MO, где над M и 0 одновременно

При нагревании с неметаллами M образуют соответствующие хлориды, сульфиды и нитриды: M + S = MS

При высокой температуре Mt главной подгруппы (за исключением Be) окисляют H до гибридов:

M + H2 = MH2

Гидриды - твёрдые солеподобные соединения Mt с H, похожие на галогениды (соединения металлов с галогенами), следовательно H находится в главной подгруппе 7 группы. Mt + IIA группы взаимосвязаны с H2O:

Mg реагирует с горящей водой, остальные металлы взаимодействуют с H2O при обычных условиях:

M + 2HOH = M(OH)2 + H2

Be в холодной H2O пассивен, но реагирует с горячей H2O:

2Be + 3H2O = Be O + Be (OH)2 + 2H2

Подобно Al, Mg и Ca способны восстанавливать редкие Mt - ниобий, Тантал, молибден, вольфрам, Титан. - из их оксидов и солей:

2Mg + BeO = MgO + Be

2Mg + TiCi4 = 2MgCl2 + Ti

Магниетермия и кальциетермия - металлургические методы получения металлов через восстановление их химических соединений (объединений галогенидов или оксидов), расплавленных Mg и Ca. Оба - металлотермия

Так как в природе щелочноземельные металлы (как и щёлочные) металлы находятся лишь в форме соединений из-за своей высокой химической активности, то:

Оксиды MO - твёрдые белые тугоплавкие вещества, устойчивые к воздействих высоких температур. Проявляют основные свойства (кроме O Be, так как он имеет амфотерный характер)

Оксид Mg при обычных условиях малоактивны в реакциях с H2O, но всё остальные оксиды (кроме BeO) очень бурно взаимодействуют с ней:

MO + H2O = M (OH)2

Оксиды получают обжигом карбонатов:

HCO3 = MO + CO2

В технике CaO - негашённая известь

MgO - жжёная магнезия

Гидроксиды щёлочноземельных металла относятся к щелочам.

Их растворимость в H2O увеличивается в ряду Ca(OH)2 будет Sr (OH)2 будет Ba (OH)2

Гашёная известь - реакция оксида кальция с водой, сопровождающееся большим выделением теплоты

Гашёная известь - образующаяся Ca(OH)2

Известковая вода - прозрачный растворимый гидроксид известкового молока - белой взвеси Ca(OH)2

Соли Be, Mg и щелочноземельные металлы получаются взаимодействием их с кислотами

Галогениды (фториды, хлориды, бромиды и йодиды) - этих металлов - белые кристаллические вещества, большинство из них растворимо в H2O

Из сульфатов хорошо растворимы в H2O лишь сульфаты Be и Mg

Растворимость сульфатов E главной подгруппы второй подгруппы уменьшается от Be SO и к BaSo4

Карбонаты Be, Mg и щелочноземельные металлы малорастворимы, нерастворимые в H2O

Сульфиды щелочноземельных металлов, содержащие в малых количествах примеси тяжёлых металлов после предварительного освещения начинают светиться разными цветами

Фосфор - состав специальных светящихся красок сульфидов щелочноземельных металлов

Атом алюминия на внешнем энергетическом уровне 3 электрона, которые он легко отдаёт при взаимодействии

У родоначальника главной подгруппы 3 группы, B, радиус атома меньше. Кроме того, у атома Al появляются 1 промежуточный восьми электронный слой (2e, 8e, 3e). Так как этот самый промежуточный восьми электронный слой не даёт притянутся к ядру электроны, то у атома Al восстановительные свойства сильнее чем у атомов B, которыйе проявляет неметаллические свойства

CoAl: +3

Алюминий - простое вещество, потому что:

1. Плавится при 660°

2. Очень пластичен и легко вытягивается в проволоку. и прокатывается в фольгу толщиной до 0,01 мм

Al - очень активный металл, так как находится в ряду напряжений сразу после щелочных и щелочноземельных металлов

Если порошок Al или тонкую алюминиевую фольгу сильно нагреть, то они воспламеняются и сгорают ослепительным пламенем:

54Al + 3O2 = 2Al2O3

Как начать реакцию Al с неметаллами:

Надо первоначальное нагревание (за исключением реакций с галогенами - Cl и Br), затем потом все реакции Al с неметаллами идут очень бурно и сопровождаются большим выделением теплоты

2Al + 3Br3 = 2AlBr3

2Al + 3S = Al2S3

4Al + 3C = Al4C3

Так как O и гидроAl обладают амфотерными свойствами, то Al растворяется в водном растворе щелочей, образуя соли - алюмината, которые называют комплексными

2Al + 2NaOH (концентрированные) + 6H2O (горячие) = 2ЬNa [Al(OH)4] + 3H2

Al хорошо растворимы в разбавленных H2So4 и H2S:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

А вот концентрированные H2SO4 и HNO3 массирует алюминий

Al используют в металлургии для получег я Mt (Cr, Mg, V, Ti, Zn) из их оксидов - этот способ - алюиинотермия себеларумь белару

На практике ,чисто применяют термит - смесь Fe3O4 с промошком Al

Алюмосиликаты - соли, образованные оксидами Al, далочноми з и щелочноземельных и металлами

Из пород получают алюминий Al