6Li + Al2 O3 ,
4NaCl + 3CaO + Si 
4Na + 2CaCl2 + CaSiO3 .Общая характеристика металлов.
Металлы – это элементы, проявляющие в своих соединениях только положительные степени окисления, и в простых веществах которые имеют металлические связи. Металлическая кристаллическая решетка - решетка, образованная нейтральными атомами и ионами металлов, связанными между собой свободными электронами.У металлов в узлах кристаллической решетки находятся атомы и положительные ионы. Электроны, отданные атомами, находятся в общем владении атомов и положительных ионов. Такая связь называется металлической. Для металлов наиболее характерны следующие физические свойства: металлический блеск, твердость, пластичность, ковкость и хорошая проводимость тепла и электричества. Теплопроводность и электропроводность уменьшается в ряду металлов:
Аg Сu Аu Аl Мg Zn Fе РЬ Hg
Многие металлы широко распространены в природе. Так, содержание некоторых металлов в земной коре следующее: алюминия — 8,2%; железа — 4,1%; кальция — 4,1%; натрия — 2,3%; магния — 2,3%; калия — 2,1%; титана — 0,56%.
Большое количество натрия и магния содержится в морской воде: — 1,05%, — 0,12%. В природе металлы встречаются в различном виде: — в самородном состоянии: серебро, золото, платина, медь, иногда ртуть — в виде оксидов: магнетит Fe3 O4, гематит Fe2 О3 и др. — в виде смешанных оксидов: каолин Аl2 O3 • 2SiO2 • 2Н2 О, алунит (Na,K)2 O • АlО3 • 2SiO2 и др. — различных солей: сульфидов: галенит PbS, киноварь НgS, хлоридов: сильвин КС1, галит NaCl, сильвинит КСl• NаСl, карналлит КСl • МgСl2 • 6Н2 О, сульфатов: барит ВаSO4, ангидрид Са8 О4 фосфатов: апатит Са3 (РО4 )2, карбонатов: мел, мрамор СаСО3, магнезит МgСО3 . Многие металлы часто сопутствуют основным природным минералам: скандий входит в состав оловянных, вольфрамовых руд, кадмий — в качестве примеси в цинковые руды, ниобий и тантал — в оловянные. Железным рудам всегда сопутствуют марганец, никель, кобальт, молибден, титан, германий, ванадий.
Щелочные металлы имеют серебристо-белый цвет, а цезий — золотисто-желтый. Хранят щелочные металлы под слоем керосина или бензола. Металлические К, Rb, Cs самопроизвольно загораются на воздухе.
Первый потенциал ионизации, сродство к электрону и электроотрицательность по Полингу атомов элементов IA группы.
При комнатной температуре щелочные металлы находиться в твердом (кристаллическом) состоянии, хотя все они имеют очень невысокую температуру плавления. Первые три металла легче воды и плавают на ее поверхности, вступая в бурную реакцию:
2 Me + 2 h3 O = 2 MeOH + h3 .
Щелочные металлы самые активные из всех металлов. Поэтому иногда говорят, что атомы щелочных металлов «стремятся отдавать свой валентный электрон, чтобы приобрести устойчивую электронную оболочку инертного газа». Это не совсем так: чтобы у атома щелочного металла отнять электрон и превратить его в положительно заряженный ион:
Me — e + ПИ = Me+
необходимо затратить достаточно большую энергию ПИ (потенциал ионизации). При переходе от Li к Cs она уменьшается и поэтому активность металла, т.е. способность к химическому взаимодействию — увеличивается. И уж совсем неожиданны данные о сродстве к электрону (СЭ) у атомов щелочных металлов: изолированные атомы щелочных металлов «с удовольствием», т.е. с выделением энергии (СЭ) присоединяют к себе электрон:
Me + e = Me- + СЭ.
Отсюда следует очень важный вывод, что поведение изолированных атомов щелочных металлов — это одно, а их поведение в молекулах, т.е. при взаимодействии с атомами других химических элементов — это качественно другая ситуация. В молекулах атомные орбитали преобразовываются в молекулярные орбитали, валентные электроны атомов в молекуле находятся в совместном пользовании или сильно смещаются к одному из атомов вплоть до образования ионной связи.
Типичные степени окисления элементов IA группы в различных соединениях +1. Таким образом, имеются две степени окисления у элементов IA группы: 0 — в молекулах Ме2 и в металлическом состоянии и +1 — в соединениях ( ярко выраженная ионная связь. Очень высокая химическая активность щелочных металлов обусловлена низкими ПИ, легко разрушаемой кристаллической структурой и малой плотностью.
Получение
Li, Na, K (Ме) получают электролизом расплавов их хлоридов или гидроксидов:
2KCl = 2K+ + 2Cl- , катод 2K+ + 2e = 2K; анод 2Cl- -2e = Cl2 .
Температуры плавления хлоридов и гидроксидов щелочных металлов, o С
| Анион | Li | Na | K | Rb | Cs |
| Cl- | 610 | 801 | 776 | 723 | 645 |
| OH- | 473 | 322 | 405 | 385 | 343 |
Гидроксиды МеОН имеют меньшую, чем у хлоридов, температуру плавления, они термически вполне устойчивы, а при электролизе из расплавов идет процесс:
4МеOH = 4Ме + 2h3 O + O2 .
Используя относительно меньшую, чем у Al, Si, Ca, Mg, температуру кипения, можно получать щелочные металлы восстановлением их из оксидов, хлоридов, карбонатов при высоких температурах:
3Li2 O + 2Al 6Li + Al2 O3 ,
4NaCl + 3CaO + Si 4Na + 2CaCl2 + CaSiO3 .
Свойства: Щелочные металлы — очень сильные восстановители. Они энергично реагируют с большинством неметаллов, разлагают воду и бурно взаимодествуют с кислотами. В общем виде (обозначая атом щелочного металла просто Ме) эти реакции будут выглядеть так:
2Me + h3 = 2MeH (гидриды), 2Me + Г2 = 2MeГ (галогениды), 2Me + S = Me2 S (сульфиды), 3Me + P = Me3 P (фосфиды), 6Me + N2 = 2Me3 N (нитриды), 2Me + 2h3 O = 2MeOH + h3 .
Гидриды щелочных металлов реагируют с водой и кислородом:
MeH + h3 O = MeOH + h3 , 2MeH + O2 = 2 MeOH.
Из солей щелочных металлов с галогенами гидролизуются только фториды:
MeF + h3 O = MeOH + HF.
Li используют в некоторых сплавах и для получения трития в термоядерном синтезе. Na и K применяют для получения Ti, Zr, Nb, Ta:
TiCl4 + 4Na = Ti + 4NaCl.
Li, Na, и K используют в реакциях органического синтезах. Na эффективен при осушке органических растворителей. Сs применяется для изготовления фотоэлементов, так как у его атомов самое малое значение ПИ из всех химических элементов.
Оксиды и пероксиды щелочных металлов
Атомы щелочных металлов (Ме) в соединениях одновалентны. Поэтому общая формула оксидов — Me2 O, пероксидов — Me2 O2. Приведем перечень всех соединений щелочных металлов с кислородом:
Литий не образует пероксидов, у Na — один пероксид, у K, Rb и Cs есть надпероксиды типа MeO2, у калия известен озонид. Все это надо учитывать при изучении взаимодействия щелочных металлов с кислородом и озоном:
4 Li + O2
2 Li2 O,
2 Na + O2
Na2 O2 ,
K + O2 = KO2 .
Оксиды щелочных металлов можно получить из надпероксидов:
2МеO2
Ме2 O2 + О2
и пероксидов:
Ме2 O2 + 2Ме 
2 Ме2 O.
Li2 О обычно получают при нагревании его карбоната:
Li2 CO3
Li2 O + CO2 .
Оксиды щелочных металлов, растворяясь в воде, дают щелочи:
Ме2 O + h3 O = 2 МеOH.
Пероксиды и надпероксиды также реагируют с водой:
Ме2 O2 + 2 h3 O = 2 МеOH + h3 O2 , 2 МеO2 + 2 h3 O = 2 МеOH + h3 O2 + O2 ,
с кислотными оксидами и кислотами:
Me2 O + SO3 = Me2 SO4 , Me2 O + 2HNO3 = 2MeNO3 + h3 O, Me2 O2 + h3 SO4 = Me2 SO4 + h3 O2 , 4MeO2 + 2CO2 = 2Me2 CO3 + 3O2 .
Пероксиды и надпероксиды являются сильными окислителями:
Me2 O2 + 2FeSO4 + 2h3 SO4 ® Fe2 (SO4 )3 + Me2 SO4 + 2h3 O,
но могут и сами окисляться:
5Me2 O2 + 2KMnO4 +8h3 SO4 ® 2MnSO4 + 5Me2 SO4 + K2 SO4 + 8h3 O + 5O2 .
Надпероксид калия поглощает СО2 и регенерирует кислород:
4KO2 + 2h3 O + 2CO2 = 4KHCO3 + O2 .
Гидроксиды
Гидроксиды имеют общую формулу МеОН.
Получение
Гидроксиды получают с помощью обменных реакций из сульфатов и карбонатов:
Me2 SO4 + Ba(OH)2 = BaSO4 ¯ + 2 MeOH, Me2 CO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 ¯ + 2 MeOH,
электролизом водных растворов хлоридов щелочных металлов:
2 МеCl + 2 h3 O = 2 МеOH + h3 + Cl2 , катод: 2H+ + 2e = h3; анод: 2Cl- — 2e = Cl2 .
Свойства
Галогениды щелочных металлов в воде полностью диссоциируют на ионы — это самые сильные основания. Твердые щелочи очень гигроскопичны и это позволяет использовать их в качестве эффективных осушителей. Они энергично взаимодействуют с кислотными и амфотерными оксидами и гидроксидами, с многоосновными кислотами могут давать кислые соли.
2Al + 2 MeOH + 6 h3 O = 2Me[Al(OH)4 ] + 3h3 , Cl2 + 2MeOH = MeCl + MeClO + h3 O, MeOH + HCl = MeCl + h3 O, Nh5 Cl + MeOH = MeCl + Nh4 + h3 O, CuCl2 + 2MeOH = Cu(OH)2 ¯ + 2MeCl, Nah3 PO4 + NaOH = Na2 HPO4 + h3 O, 2 MeOH + CO2 = Me2 CO3 + h3 O, 2 MeOH + h3 SO4 = Me2 SO4 + 2 h3 O.
Натриевые соли очень широко используются в химической промышленности, их применение рассматривается в соответствующих группах неметаллов.
Калийные соли используют как удобрение и при получении стекла.
К элементам главной IIA группы относятся Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra. История открытия химических элементов группы IIA.
Атомы металлов IIA подгруппы имеют валентную электронную конфигурацию ns2, где n — номер периода, в котором находится металл.
Плотность, температура плавления, температура кипения простых веществ элементов IIA группы.
Как видно из табл. 13.2, металлы IIА группы относительно легкоплавки. Самым тугоплавким является Ве. Все эти металлы сравнительно легкие.
Первый потенциал ионизации (ПИ1 ), сродство к электрону (СЭ) и электроотрицательность по Полингу атомов элементов группы IIA.
Металлы от кальция до радия могут взаимодействовать с водой, давая гидроксиды, растворимые в воде (т.е. щелочи), поэтому их называют щелочноземельными:
Me + 2 h3 O = Me(OH)2 + h3 .
Щелочноземельные металлы самые активные после щелочных металлов. Поэтому иногда говорят, что атомы щелочноземельных металлов «стремятся отдавать валентные электроны, чтобы приобрести устойчивую электронную оболочку инертного газа». Из данных табл. следует, что это не совсем так. Чтобы у атома металла отнять даже один электрон и превратить его в положительно заряженный ион
Me — e + ПИ1 = Me+
необходимо затратить достаточно большую энергию ПИ1. Чтобы у иона Ме+ отнять еще один электрон, необходимо затратить еще большую энергию ПИ2 :
Me+ -e + ПИ2 = Ме2+ .
Эта большая, (по химическим масштабам) затрата энергии будет компенсирована прежде всего электростатическим взаимодействием с противоположно заряженными ионами. При переходе от Be к Ra и ПИ1, и ПИ2 уменьшаются, и поэтому активность металла, т.е. способность к химическому взаимодействию — увеличивается. Типичные степени окисления элементов IIA группы в различных соединениях +2.
Получение
Be, Mg, Ca и Sr (Ме) получают электролизом расплавов их хлоридов:
MeCl2 = Me2+ + 2Cl- , катод: Me2+ + 2e = Me; анод: 2Cl- -2e = Cl2 ,
а Ва — электролизом его окислов.
Используя относительно меньшую, чем у Al, С, Si, температуру кипения, можно получать эти металлы восстановлением их из оксидов и фторидов при высоких температурах:
4МеO + 2Al 
Ме(AlO2 )2 + 3Me
(Ме = Ca, Sr, Ba),
MeO + C 
CO + Me,
2MeO + CaO + Si 
CaSiO3 + 2Me,
BeF2 + Mg = MgF2 + Be.
Свойства
Хранят Са, Sr, Ва под слоем керосина, так как при обычной температуре они окисляются кислородом воздуха.
Металлы IIA группы (Ме) — сильные восстановители. Они сравнительно легко реагируют с большинством неметаллов, разлагают воду (кроме Ве и Мg), растворяются в кислотах. В общем виде эти реакции будут выглядеть так:
Me + h3
Meh3 (гидриды),
Me + Г2
MeГ2 (галогениды),
Me + S 
MeS (сульфиды),
3Me + 2P 
Me3 P2 (фосфиды),
3Me + N2
Me3 N2 (нитриды),
Me + 2h3 O = Me(OH)2 + h3 (кроме Be и Mg),
Ме + 2НГ = МеГ2 + Н2 .
Гидриды металлов IIA группы реагируют с водой и кислородом:
Meh3 + 2h3 O = Me(OH)2 + 2h3 , Meh3 + O2 = Me(OH)2 (кроме Be и Mg).
Галогениды (Г) Be и Mg сильно гидролизуются, давая оксосоли:
MeГ2 + h3 O = Me(OH)Г + HГ
Mg и Ca применяют для получения Ti, U и редкоземельных металлов. Основная масса производимого Ве используется в атомной промышленности. Бериллиевые сплавы обладают высокой химической стойкостью. Магниевые сплавы используют в авиационной промышленности. Для осушки и очистки ряда веществ (CaCl2 ) и в других областях.
Оксиды и пероксиды металлов IIA группы
Атомы металлов IIA группы в соединениях двухвалентны. Поэтому общая формула оксидов — MeO и пероксидов — MeO2 (ВеО2 — не получен).
Получение
Оксиды получают при нагревании:
2Me + O2 = 2 MeO,
Me(OH)2
MeO + h3 O (Me = Be, Mg)
MeCO3
MeO + CO2 (Me = Be, Mg, Ca, Sr)
2Me(NO3 )2
2MeO + 4NO2 + O2
Пероксиды получают по реакции нейтрализации Н2 О2 :
Me(OH)2 + h3 O2 = MeO2 + 2h3 O (кроме BaO2 ),
2BaO + O2
2BaO2 .
Свойства
Оксиды металлов IIA группы являются основными оксидами, а ВеО проявляет амфотерные свойства. Оксиды реагируют с водой:
МеO + h3 O = Ме(OH)2 (кроме ВеО),
легко растворяются в кислотах:
MeO + 2HCl = MeCl2 + h3 O,
а ВеО взаимодействует и со щелочами:
BeO + 2NaOH 
Na2 BeO2 + h3 O,
BeO + 2NaOH + h3 O = Na2 [Be(OH)4 ],
BeO + Na2 CO3 = Na2 BeO2 + CO2 .
Пероксиды подвергаются сильному гидролизу:
MeO2 + 2h3 O = Me(OH)2 + h3 O2 , BaO2 + h3 SO4 = BaSO4 ¯ + h3 O2 (в лаборатории),
легко разлагаются кислотами, даже очень слабыми:
MeO2 + h3 CO3 = MeCO3 + h3 O2 .
Пероксиды являются сильными окислителями:
MeO2 + 2NaI + 2h3 O ® Me(OH)2 + 2NaOH + I2 ¯,
но могут и сами окисляться.
Они реагируют с кислотными оксидами и кислотами:
MeO + SO3 = MeSO4 , MeO + 2HNO3 = Me(NO3 )2 + h3 O.
Гидроксиды
Гидроксиды имеют общую формулу Ме(ОН)2 .
Получение
Их получают взаимодействием оксидов Ca, Sr, Ba (Ме) с водой:
MeO + h3 O = Me(OH)2 .
Be(OH)2 и Mg(OH)2 получают с помощью обменных реакций:
BeГ2 + 2NaOH = 2NaГ + Be(OH)2 ¯.
Свойства
Гидроксиды щелочноземельных металлов в воде полностью диссоциируют на ионы. Они энергично взаимодействуют с кислотными и амфотерными оксидами и гидроксидами, с многоосновными кислотами могут давать кислые соли:
Cl2 + Ca(OH)2 = Ca(ClO)Cl + h3 O (хлорная известь), Me(OH)2 + 2HCl = MeCl2 + 2h3 O, 2Nh5 Cl + Me(OH)2 = MeCl2 + 2Nh4 + 2h3 O, CuCl2 + Me(OH)2 = Cu(OH)2 ¯ + MeCl2 , Ca(HCO3 )2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 ¯ + 2h3 O, Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 ¯ + h3 O, Ba(OH)2 + h3 SO4 = BaSO4 ¯ + 2 h3 O.
Все содинения бериллия и растворимые соли бария весьма токсичны.
Известняк и известь применяют в сельском хозяйстве для известкования почв с целью понижения ее кислотности и улучшения структуры. Гипс (CaSO4 ·2h3 O) при нагревании превращается в алебастр (CaSO4 ·0.5h3 O). Они широко используются в строительном деле:.
CaSO4 ·0,5h3 O + 1,5h3 O = CaSO4 ·2h3 O.
Катионы кальция и магния обуславливают жесткость воды. При кипячении воды бикарбонаты разлагаются:
Ca(HCO3 )2
CaCO3 ¯ + h3 O + CO2
и образуется накипь, что приводит к взрыву паровых катлов. Для борьбы с карбонатной жесткостью воду подвергают предварительному кипячению либо обрабатывают гашеной известью. Некарбонатная жесткость воды устраняется с помощью соды.
Ca2+ + CO32- = CaCO3 ¯, Mg2+ + CO32- = MgCO3 ¯.
Наиболее эффективным способом борьбы с жесткостью воды является применение ионнообменных смол. Важнейший строительный материал — цемент — это силикат и алюмосиликат кальция.
Переходные элементы расположены в Периодической системе в рядах с 4 по 7. Те переходные элементы, символы которых расположены в самой таблице, называют d-переходными элементами, а те элементы, символы которых расположены в низу таблицы, называют лантаноидами и актиноидами или f-переходными элементами. Отстановимся на получении и свойствах соединений элементов Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, и Ag. История открытия этих элементов.
Все эти элементы в свободном состоянии — металлы. На внешней электронной оболочке, номер которой совпадает с номером периода, расположены, как правило, два электрона. С ростом заряда ядра (при переходе в ряду слева на право) происходит заполнение d-орбиталей предыдущего электронного слоя. Несмотря на то, что d- и f-электроны расположены во внутреннем электронном слое, они в момент заполнения электронной оболочки могут как валентные электроны участвовать в образовании химической связи.
Электронные конфигурации атомов переходных элементов:
| Cr | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1 |
| Mn | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2 |
| Fe | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2 |
| Cu | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1 |
| Zn | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 |
| Ag | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s1 |
При заполнении электронной оболочки у атома хрома правило Клечковского (минимум энергии атома определяется минимумом суммы квантовых чисел n+l ) конкурирует с правилом Хунда (минимуму энергии отвечает максимальный суммарный спин электронов у атома). У Cr победило правило Хунда.
У Zn полностью завершена электронная оболочка внутренних электронных слоев, а на s-подуровне внешнего электронного слоя находятся два электрона, поэтому цинк проявляет в соединениях только одну степень окисления: +2. Незавершенность d-подуровня и один электрон на внешнем s-подуровне указывают на способность химического элемента проявлять в соединениях несколько степеней окисления.
Хром — серебристо-белый с голубоватым оттенком металл, встречается в природе в виде хромита железа Fe(CrO2 )2 и хромата свинца PbCrO4.
Получение
Хром получают восстановлением:
Fe(CrO2 )2 + 4C = Fe + 2Cr + 4CO, K2 Cr2 O7 + 2C = Cr2 O3 + K2 CO3 + CO, Cr2 O3 + 2Al = 2Cr + Al2 O3 .
Свойства
Реагирует с неметаллами: галогенами, кислородом и т.д.:
2Cr + 3Г2 = 2CrГ3 , 4Cr + 3O2 = 2Cr2 O3 .
При высокой температуре хром реагирует с водой:
2Cr + 3h3 O = Cr2 O3 + 3h3 ,
растворяется в кислотах:
Cr + h3 SO4 = CrSO4 + h3 (без доступа воздуха).
Хром не растворяется в концентрированных серной и азотных кислотах на холоде (пассивируется), но растворяется в них при нагревании:
2Cr + 6h3 SO4(конц) = Cr2 (SO4 )3 + 3SO2 + 6h3 O.
Применение
Хром используется для получения нержавеющих сталей и различных сплавов, применяется для хромирования изделий.
Соединения хрома со степенью окисления +2
Получение
Эти содеинения получают растворением хрома в кислотах без доступа воздуха:
Cr + 2HCl = CrCl2 + h3 (голубой раствор), 2CrCl3 + h3 = 2CrCl2 + 2HCl, Cr + Ch4 COOH = Cr(Ch4 COO)2 + h3 .
Свойства
Cr(Ch4 COO)2 + 2NaOH = 2Ch4 COONa + Cr(OH)2 ¯.
Степень окисления: +2 очень неустойчивая и даже кислород воздуха окисляет Cr+2 до Cr+3 :
4Cr(OH)2 + O2 + 2h3 O = 4Cr(OH)3 (зелено-голубоватый осадок).
При нагревании Cr(OH)2 разлагается.
Соединения хрома со степенью окисления +3
Они напоминают по свойствам соединения Al+3 .
Оксид
Оксид получают:
4Cr + 3O2 = 2Cr2 O3 ,
(Nh5 )2 Cr2 O7
Cr2 O3 + N2 + 4h3 O.
Оксид хрома (III) малорастворим и воде и в кислотах. Отвечающий ему гидрооксид обладает амфотерными свойствами:
Cr2 (SO4 )3 + 6КOH = 2Cr(OH)3 ¯ + 3К2 SO4 (зеленоватый осадок).
Cr(OH)3 растворяется в избытке щелочи:
Cr(OH)3 + NaOH = Na[Cr(OH)4 ],
И в кислотах:
Cr(OH)3 + 3HCl = CrCl3 + 3h3 O.
При прокаливании Сr(OH)3 разлагается:
2Сr(OH)3
Cr2 O3 + 3h3 O.
При сплавлении Сr2 O3 со щелочами или карбонатами получают метахромиты:
Сr2 O3 + 2КOH = 2КCrO2 + h3 O , Сr2 O3 + К2 CO3 = 2КCrO2 + CO2 .
Галогениды
Галогениды получают:
2Cr + 3Cl2 = 2CrCl3 ,
Cr2 O3 + 3Cl2 + 3C = 2CrCl3 + 3CO.
2CrCl3(тв) + 3h3 S(газ)
Cr2 S3 + 6HCl 2CrCl3 + 3Na2 S + 6h3 O = 2Cr(OH)3 + 3h3 S + 6NaCl ,
CrCl3 + Nh4
CrN + 3HCl ,
2CrCl3 + 3h3 O2 + 10KOH = 2K2 CrO4 + 6KCl + 8h3 O.
CrCl3 + 3NaHCO3 = Cr(OH)3 + 3CO2 + 3NaCl
Соединения хрома со степенью окисления +6
В этих соединениях по свойствам хром напоминает S+6 .
Кислотный оксид CrO3 получают разложением дихромовой кислоты:
K2 Cr2 O7 + h3 SO4(конц) = 2CrO3 + K2 SO4 + h3 O.
Свойства
Свойства галогенидов передают реакций:
CrO3 является ангидридом хромовой и дихромовой кислот, хорошо растворим в воде:
CrO3 + h3 O = h3 CrO4 , h3 CrO4 + CrO3 = h3 Cr2 O7 .
В кислой среде существуют дихроматы:
| 2K2 CrO4 + h3 SO4 = | K2 Cr2 O7 + K2 SO4 + h3 O, |
| желтый | оранжевый |
а в щелочной — хроматы:
| K2 Cr2 O7 + 2KOH = | 2K2 CrO4 + h3 O. |
| оранжевый | желтый |
В кислой среде Cr+6 сильный окислитель:
K2 Cr2 O7 + 14HCl = 2CrCl3 + 2KCl + 3Cl2 + 7h3 O. 6FeSO4 + K2 Cr2 O7 + 7h3 SO4 = 3Fe2 (SO4 )3 + Cr2 (SO4 )3 + K2 SO4 + 7h3 O
в нейтральной среде:
K2 Cr2 O7 + 3(Nh5 )2 S + h3 O = 2Cr(OH)3 ¯+ 3S ¯+ 6Nh4 + 2KOH.
Бихромат калия используется как окислитель.
Железо встречается в природе в виде минералов: Fe3 O4 — магнитный железняк, Fe2 O3 — красный железняк, Fe2 O3 ·h3 O — бурый железняк, FeS2 — пирит.
Получение : Восстановлением оксидов при высокой температуре с помощью окиси углерода, кокса, водорода:
3Fe2 O3 + CO = 2Fe3 O4 + CO2 , Fe3 O4 + CO = 3FeO + CO2 , FeO + C = Fe + CO, Fe2 O3 + 3h3 = 2Fe + 3h3 O.
Свойства : Для железа наиболее характерной степенью окисления является +3, возможна и +2, мало встречается +6. В ряду активностей металлов железо стоит левее водорода и вытесняет его из кислот:
Fe + 2HCl = FeCl2 + h3 .
При нагревании железо растворяется в кислотах — сильных окислителях. При высокой температуре (8000С) железо разлагает воду (промышленный способ получения водорода): 3Fe + 4h3 O = Fe3 O4 + 4h3 .
Железо реагирует с активными неметаллами:
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 , Fe + S = FeS.
На воздухе в присутствии паров воды и углекислого газа происходит ржавление железа:
Fe + 1/2 O2 + h3 O + 2 CO2 = Fe(HCO3 )2 , Fe(HCO3 )2 + 2 h3 O = Fe(OH)2 + 2h3 O + 2CO2 , 2Fe(OH)2 + 1/2 O2 + h3 O = 2Fe(OH)3 .
Железо вытесняет менее активные металлы из растворов их солей:
CuCl2 + Fe = FeCl2 + Cu¯ .
Кислородные соединения железа
Некоторые способы получения оксидов:
FeC2 O4
FeO + CO2 + CO
3Fe + O2 = Fe3 O4
2Fe(OH)3
Fe2 O3 + 3h3 O
Оксиды FeO и Fe2 O3 не растворяются в воде, но растворяются в кислотах:
FeO + 2HCl = FeCl2 + h3 O, Fe2 O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3h3 O.
Отвечающие оксидам железа гидроксиды получают, действуя щелочами на соли железа:
| FeCl2 + 2NaOH = | Fe(OH)2 ¯ + 2NaCl |
| белый |
| FeCl3 + 3NaOH = | Fe(OH)3 ¯ + 3NaCl |
| коричневый |
FeCl3 + 3NaHCO3 = Fe(OH)3 + 3CO2 + 3NaCl
Соли двухвалентного железа легко окисляются кислородом воздуха
4FeSO4 + 2h3 O + O2 = 4Fe(OH)SO4 ,
и другими окислителями:
6FeSO4 + K2 Cr2 O7 + 7h3 SO4 = 3Fe2 (SO4 )3 + Cr2 (SO4 )3 + K2 SO4 + 7h3 O
Получение и свойства карбонатов железа:
FeCl2 + 2NaHCO3 = FeCO3 + h3 O + CO2 + 2NaCl FeCO3 + h3 O + CO2 = Fe(HCO3 )2 , FeS + 2HCl = FeCl2 + h3 S.
При сильном нагревании соли разлагаются:
Fe2 (SO4 )3 ® Fe2 O3 + 3SO3 .
Соли железа (III) реагируют с сильными восстановителями:
2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + 2KCl + I2 2FeCl3 + 3Na2 S = 2FeS + S + 2KCl + 6NaCl
Качественные реакции на ионы Fe2+ и Fe3+ :
FeCl3 + 3KSCN = Fe(SCN)3 + 3KCl (вишневый цвет раствора)
Комплексные соединения железа:
| Fe(CN)2 + 4KCN = | K4 [Fe(CN)6 ] |
| гексоцианоферрат (II) калия | |
| желтая кровяная соль | |
| Fe(CN)3 + 3KCN = | K3 [Fe(CN)6 ] |
| гексоцианоферрат (III) калия | |
| красная кровяная соль |
Эти соли являются реактивами на Fe2+ и Fe3+ :
| 3K4 [Fe(CN)6 ] + 4FeCl3 = | Fe4 [Fe(CN)6 ]3 ¯ + 12KCl |
| берлинская лазурь | |
| 2K3 [Fe(CN)6 ] + 3FeCl2 = | Fe3 [Fe(CN)6 ]2 ¯ + 6KCl |
| турнбулева синь |
Применение: Широко используются в промышленности сплавы железа с углеродом (стали, чугуны). На основе Fe2 O3 получаются ферриты, важнейшие магнитные материалы для современной техники. Железо используется как катализатор во многих химических производствах. Оно входит в состав ферментов, катализирующих различные биохимические реакции.
Цинк — серебристо-серый металл, встречается в природе только в связанном состоянии: ZnS — цинковая обманка, ZnCO3 — цинковый шпат.
Получение . Цинк можно получить по реакциям:
2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2 ,
ZnCO3
ZnO + CO2 ,
ZnO +C 
Zn + CO,
ZnO + CO 
Zn + CO2 ,
ZnO + h3 SO4 = ZnSO4 + h3 O,
электролизом ZnSO4 .
Свойства
Для цинка характерна только одна степень окисления +2. Цинк растворяется как в кислотах, так и в щелочах, вытесняя водород:
Zn + 2 HCl = ZnCl2 + h3 ,
Реакция цинка с соляной кислотой ускорятся в присутствии солей меди и замедляется в присутствии солей ртути:
Zn + 2NaOH +2h3 O = Na2 [Zn(OH)4 ] + h3 .
Цинк растворяется в кислотах — сильных окислителях:
4Zn + 10HNO3(разб) = = 4Zn(NO3 )2 + 3h3 O + Nh5 NO3 , Zn + 4HNO3(конц) = Zn(NO3 )2 + 2h3 O + 2NO2 , Zn + 2h3 SO4(конц) = ZnSO4 + 2h3 O + SO2 .
Кислородные соединения цинка
Оксид цинка получают: 2Zn + O2 = 2ZnO,
ZnCO3
ZnO + CO2 .
Оксид цинка амфотерен и растворяется как в кислотах, так и в щелочах:
ZnO + 2HCl = ZnCl2 + h3 O, ZnO + 2KOH + h3 O = K2 [Zn(OH)4 ].
В воде ZnO не растворим, и гидроксид цинка получают из его солей:
ZnCl2 + 2KOH = Zn(OH)2 +2KCl.
Гидроксид цинка обладает амфотерными свойствами и растворяется как в кислотах, так и в щелочах.
Сульфид цинка:
Zn + S = ZnS, BаS + ZnSO4 = BaSO4 ¯ + ZnS, ZnS + 2O2 = ZnSO4 .
Применение : Zn используется для изготовления оцинкованного железа, для получения сплавов (латуни).
Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью. Медь встречается в природе в самородном виде и в виде соединений: CuS×·FeS — медный колчадан, Cu2 S — медный блеск, CuCO3 ·Cu(OH)2 — малахит.
Получение
Медь получают вытеснением из ее солей:
CuCl2 + Fe = FeCl2 + Cu¯,. CuCl2 + Zn = ZnCl2 + Cu¯
обжигом природных минералов:
3Cu2 S + 3O2 = 6Cu + 3SO2 .
Получаемую таким образом черновую медь, очищают, подвергая электролизу.
Свойства
Для меди наиболее характерной степенью окисления является +2, хотя возможны соединения со степенью окисления +1 и, в исключительных случаях, +3.
В ряду активности металлов медь стоит правее водорода, поэтому растворяется только в кислотах — сильных окислителях.
3Cu + 8HNO3(разб) = 3Cu(NO3 )2 + 2NO + 4h3 O, Cu + 4HNO3(конц) = Cu(NO3 )2 + 2NO2 + 2h3 O, Cu + 2h3 SO4(конц) = CuSO4 + SO2 + 2h3 O.
Реагирует с галогенами (Г = F, Cl, Br):
Cu + Г2 = CuГ2 ,
2CuCl2 + 4KI = 2CuI¯ + I2 + 4KCl,
CuCl2 + Cu 
2CuCl.
Галогениды меди с аммиаком дают растворимые комплексные соединения :
CuCl + 2Nh4 =[Cu(Nh4 )2 ]Cl, CuCl2 + 2Nh4 =[Cu(Nh4 )2 ]Cl2 .
Кислородные соединения меди
Оксиды меди и соли можно получить:
2Cu + O2 = 2CuO,
Cu(OH)2
CuO + h3 O,
CuO + h3 SO4 = CuSO4 + h3 O.
Ионы меди в растворе существуют в виде комплексов [Cu(h3 O)6 ]2+, которые придают растворам солей меди сине-голубую окраску:
CuSO4 + 2KOH = K2 SO4 + Cu(OH)2 ¯ , Cu(OH)2 + 4Nh4 = [Cu(Nh4 )4 ](OH)2 (реактив Швейцера), 2CuCl + 2KOH = Cu2 O¯ + 2KCl + h3 O, 2Cu2 O + O2 + 4h3 O = 4Cu(OH)2 , Cu2 O + h3 SO4 = CuSO4 + Cu¯ + h3 O.
Сульфид меди не растворим в обычных кислотах
CuSO4 + h3 S = CuS¯ + h3 SO4 CuSO4 + Na2 S = CuS¯ + Na2 SO4 ,
во влажном воздухе легко окисляется:
CuS + 2O2 = СuSO4 .
Карбонат меди не растворим в воде, но из-за гидролиза он не может быть получен при сливании водных растворов соды и хлорида меди:
CuCl2 + 2NaHCO3 = Cu(OH)2 + 2CO2 + 2NaCl
Медь стоит левее ртути в ряду активности металлов, поэтому она вытесняет ртуть из растворов ее солей:
Cu + Hg(NO3 )2 = Cu(NO3 )2 + Hg
Применение
Медь используется в электротехнике, для изготовления химических аппаратов и получения различных сплавов с оловом (бронзы), цинком (латунь), никелем, марганцем.
www.ronl.ru
Металлы сообщение по химии кратко расскажет Вам много полезной информации об этих химических элементах. Также сообщение о металлах поможет подготовиться к занятию.
На сегодняшний день металлы широко распространены в природе и встречаются в водах рек, морей, океанов, озер, в недрах земли, даже в телах растений, животных и атмосфере.
Металлы и сплавы, разделяются на 2 группы:
К сплавам относятся сталь и чугун. В технике используются никель, хром, вольфрам, кобальт, титан, молибден, ванадий другие металлы. Они получаются путем легирования. Обладают высокой прочностью, сопротивляемостью к истиранию, коррозионной устойчивостью.
2.Цветные металлы и его сплавы
Они так называются, потому что их раскраска разнообразна. Медь, к примеру, медь светло-красная, олово, серебро, никель – белого окраса, золото – желтое, а свинец — голубовато-белый. Сплавы цветных металлов широко используются в ювелирном деле.
Часто с цветными и черными металлами выделяют и благородные металлы — золото, серебро, рутений и платину. Они на воздухе не окисляются и не разрушаются даже при воздействии щелочей и кислот.
Основное химическое свойство – способность атомов с легкостью отдавать валентные электроны и переходить в состояние положительно заряженных ионов. Типичные металлы не присоединяют электронов – их ионы всегда положительные. Поэтому они считаются энергичными восстановителями. И чем легче определенный металл отдает электроны, тем он стает активнее и энергичнее вступает в действие с другими металлами. Данное химическое свойство изучил русский ученый Бекетов, который расположил их по убыванию химической активности, так именуемый «вытеснительный ряд». Расположенные по возрастанию металлы образовывают электрохимический ряд напряжений. Выглядит он следующим образом: Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.
Металлы применяются в следующих областях:
Металлы являются главным конструкционным материалом из-за их однородности, высокой прочности и непроницаемости для газов и жидкостей. Благодаря возможности менять рецептуру сплавов можно и изменять их свойства.
Металлы являются прекрасными проводниками электричества, особенно алюминий и медь. Их используют для электронагревательных элементов и резисторов как материал с повышенным сопротивлением.
Сплавы и металлы применяются для изготовления рабочей части инструментов. Преимущественно это сталь, твердые сплавы, алмаз, керамика и нитрид бора.
Надеемся, что доклад на тему «Металлы» помог Вам узнать новую информацию об этих химических элементах. А сообщение по химии на тему «Металлы» Вы можете дополнить через форму комментариев ниже.
kratkoe.com
Общаяхарактеристика металлов.
Металлы – это элементы, проявляющие в своих соединениях толькоположительные степени окисления, и в простых веществах которые имеютметаллические связи. Металлическая кристаллическая решетка — решетка, образованнаянейтральными атомами и ионами металлов, связанными между собой свободнымиэлектронами./> У металлов в узлахкристаллической решетки находятся атомы и положительные ионы. Электроны,отданные атомами, находятся в общем владении атомов и положительных ионов.Такая связь называется металлической. Дляметаллов наиболее характерны следующие физические свойства: металлический блеск,твердость, пластичность, ковкость и хорошая проводимость тепла и электричества.Теплопроводность и электропроводность уменьшается в ряду металлов:
Аg Сu Аu Аl МgZn Fе РЬ Hg
Многие металлы широко распространены в природе. Так, содержание некоторых металловв земной коре следующее: алюминия — 8,2%; железа — 4,1%; кальция — 4,1%; натрия— 2,3%; магния — 2,3%; калия — 2,1%; титана — 0,56%.
Большое количество натрия и магния содержится в морской воде: — 1,05%, —0,12%. В природе металлы встречаются в различном виде: — в самородном состоянии: серебро, золото, платина, медь, иногда ртуть — в виде оксидов: магнетит Fe3O4, гематит Fe2О3и др. — в виде смешанных оксидов: каолин Аl2O3 • 2SiO2• 2Н2О, алунит (Na,K)2O • АlО3 • 2SiO2и др. — различных солей: сульфидов: галенит PbS, киноварь НgS, хлоридов: сильвин КС1, галит NaCl, сильвинит КСl• NаСl, карналлит КСl • МgСl2• 6Н2О, сульфатов: барит ВаSO4, ангидрид Са8О4фосфатов: апатит Са3(РО4)2, карбонатов: мел,мрамор СаСО3, магнезит МgСО3. Многие металлы часто сопутствуют основным природным минералам: скандий входит всостав оловянных, вольфрамовых руд, кадмий — в качестве примеси в цинковыеруды, ниобий и тантал — в оловянные. Железным рудам всегда сопутствуют марганец, никель, кобальт, молибден, титан,германий, ванадий.
Элементы I группы Li, Na, K, Rb, Cs, FrОбщаяхарактеристика: К элементам главной подгруппы I-ойгруппы Периодической системы относятся Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Их принятоназывать щелочными металлами. История открытия химических элементов IA группы.Эти металлы всвоих рядах являются первыми, т.е. именно у них начинается заполнениеэлектронами нового электронного слоя. Их валентную электронную конфигурациюможно в общем виде обозначить так: ns1, где n — номер периода, вкотором находится металл. Плотность, температураплавления, температура кипения простых веществ элементов IA группы.Щелочные металлы имеют серебристо-белый цвет, а цезий — золотисто-желтый.Хранят щелочные металлы под слоем керосина или бензола. Металлические К, Rb, Csсамопроизвольно загораются на воздухе.
Первый потенциал ионизации, сродство к электрону и электроотрицательность поПолингу атомов элементов IA группы.
При комнатной температуре щелочные металлы находиться в твердом(кристаллическом) состоянии, хотя все они имеют очень невысокую температуруплавления. Первые три металла легче воды и плавают на ее поверхности, вступая вбурную реакцию:
2 Me + 2 h3O = 2 MeOH + h3.
Щелочные металлы самые активные из всех металлов. Поэтому иногда говорят,что атомы щелочных металлов «стремятся отдавать свой валентный электрон,чтобы приобрести устойчивую электронную оболочку инертного газа». Это несовсем так: чтобы у атома щелочного металла отнять электрон и превратить его вположительно заряженный ион:
Me — e + ПИ = Me+
необходимо затратить достаточно большую энергию ПИ (потенциал ионизации).При переходе от Li к Cs она уменьшается и поэтому активность металла, т.е.способность к химическому взаимодействию — увеличивается. И уж совсемнеожиданны данные о сродстве к электрону (СЭ) у атомов щелочных металлов:изолированные атомы щелочных металлов «с удовольствием», т.е. свыделением энергии (СЭ) присоединяют к себе электрон:
Me + e = Me- + СЭ.
Отсюда следует очень важный вывод, что поведение изолированных атомовщелочных металлов — это одно, а их поведение в молекулах, т.е. привзаимодействии с атомами других химических элементов — это качественно другаяситуация. В молекулах атомные орбитали преобразовываются в молекулярныеорбитали, валентные электроны атомов в молекуле находятся в совместномпользовании или сильно смещаются к одному из атомов вплоть до образованияионной связи.
Типичные степени окисления элементов IA группы в различных соединениях +1.Таким образом, имеются две степени окисления у элементов IA группы: 0 — вмолекулах Ме2 и в металлическом состоянии и +1 — в соединениях (ярко выраженная ионная связь. Очень высокая химическая активность щелочныхметаллов обусловлена низкими ПИ, легко разрушаемой кристаллической структурой ималой плотностью.
Получение
Li, Na, K (Ме) получают электролизом расплавов их хлоридов или гидроксидов:
2KCl = 2K+ + 2Cl-, катод 2K+ + 2e = 2K; анод 2Cl- -2e = Cl2.
Температуры плавления хлоридов игидроксидов щелочных металлов, oС
Анион Li Na K Rb CsCl-
610 801 776 723 645OH-
473 322 405 385 343Гидроксиды МеОН имеют меньшую, чем у хлоридов, температуру плавления, онитермически вполне устойчивы, а при электролизе из расплавов идет процесс:
4МеOH = 4Ме + 2h3O + O2.
Используя относительно меньшую, чем у Al, Si, Ca, Mg, температуру кипения,можно получать щелочные металлы восстановлением их из оксидов, хлоридов,карбонатов при высоких температурах:
3Li2O +2Al />6Li + Al2O3, 4NaCl + 3CaO + Si />4Na + 2CaCl2+ CaSiO3.
Свойства: Щелочные металлы — очень сильные восстановители. Ониэнергично реагируют с большинством неметаллов, разлагают воду и бурновзаимодествуют с кислотами. В общем виде (обозначая атом щелочного металлапросто Ме) эти реакции будут выглядеть так:
2Me + h3= 2MeH (гидриды), 2Me + Г2 = 2MeГ (галогениды), 2Me + S = Me2S (сульфиды), 3Me + P = Me3P (фосфиды), 6Me + N2 = 2Me3N (нитриды), 2Me + 2h3O = 2MeOH + h3.
Гидриды щелочных металлов реагируют с водой и кислородом:
MeH + h3O= MeOH + h3, 2MeH + O2 = 2 MeOH.
Из солей щелочных металлов с галогенами гидролизуются только фториды:
MeF + h3O = MeOH + HF.
Li используют в некоторых сплавах и для получения трития в термоядерномсинтезе. Na и K применяют для получения Ti, Zr, Nb, Ta:
TiCl4 + 4Na = Ti + 4NaCl.
Li, Na, и K используют в реакциях органического синтезах. Na эффективен приосушке органических растворителей. Сs применяется для изготовленияфотоэлементов, так как у его атомов самое малое значение ПИ из всех химическихэлементов.
Оксиды и пероксиды щелочныхметаллов
Атомы щелочных металлов (Ме) в соединениях одновалентны. Поэтому общаяформула оксидов — Me2O, пероксидов — Me2O2.Приведем перечень всех соединений щелочных металлов с кислородом:
Li2O, Na2O, Na2O2 (пероксид), K2O, K2O2 (пероксид), KO2 (надпероксид), KO3 (озонид), Rb2O, Rb2O2 (пероксид), RbO2 (надпероксид), Cs2O, Cs2O2 (пероксид), CsO2 (надпероксид).Литий не образует пероксидов, у Na — один пероксид, у K, Rb и Cs естьнадпероксиды типа MeO2, у калия известен озонид. Все это надоучитывать при изучении взаимодействия щелочных металлов с кислородом и озоном:
4 Li + O2/>2 Li2O, 2 Na + O2/>Na2O2, K + O2 = KO2.
Оксиды щелочных металлов можно получить из надпероксидов:
2МеO2/>Ме2O2+ О2
и пероксидов:
Ме2O2 + 2Ме />2 Ме2O.
Li2О обычно получают при нагревании его карбоната:
Li2CO3/>Li2O+ CO2.
Оксиды щелочных металлов, растворяясь в воде, дают щелочи:
Ме2O + h3O = 2МеOH.
Пероксиды и надпероксиды также реагируют с водой:
Ме2O2 + 2 h3O= 2 МеOH + h3O2, 2 МеO2 + 2 h3O = 2 МеOH + h3O2 + O2,
с кислотными оксидами и кислотами:
Me2O + SO3= Me2SO4, Me2O + 2HNO3 = 2MeNO3 + h3O, Me2O2 + h3SO4 = Me2SO4+ h3O2, 4MeO2 + 2CO2 = 2Me2CO3 + 3O2.
Пероксиды и надпероксиды являются сильными окислителями:
Me2O2+ 2FeSO4 + 2h3SO4 ® Fe2(SO4)3+ Me2SO4 + 2h3O,
но могут и сами окисляться:
5Me2O2+ 2KMnO4 +8h3SO4 ® 2MnSO4 + 5Me2SO4+ K2SO4 + 8h3O + 5O2 .
Надпероксид калия поглощает СО2 и регенерирует кислород:
4KO2 + 2h3O+ 2CO2 = 4KHCO3 + O2.
Гидроксиды
Гидроксиды имеют общую формулу МеОН.
Получение
Гидроксиды получают с помощью обменных реакций из сульфатов и карбонатов:
Me2SO4+ Ba(OH)2 = BaSO4¯ + 2 MeOH, Me2CO3 + Ca(OH)2 = CaCO3¯ + 2 MeOH,
электролизом водных растворов хлоридов щелочных металлов:
2 МеCl + 2 h3O = 2 МеOH +h3 + Cl2, катод: 2H+ + 2e = h3; анод: 2Cl- — 2e = Cl2.
Свойства
Галогениды щелочных металлов в воде полностью диссоциируют на ионы — это самыесильные основания. Твердые щелочи очень гигроскопичны и это позволяетиспользовать их в качестве эффективных осушителей. Они энергичновзаимодействуют с кислотными и амфотерными оксидами и гидроксидами, смногоосновными кислотами могут давать кислые соли.
2Al + 2 MeOH + 6 h3O= 2Me[Al(OH)4] + 3h3, Cl2 + 2MeOH = MeCl + MeClO + h3O, MeOH + HCl = MeCl + h3O, Nh5Cl + MeOH = MeCl + Nh4 + h3O, CuCl2 + 2MeOH = Cu(OH)2¯ + 2MeCl, Nah3PO4 + NaOH = Na2HPO4 + h3O, 2 MeOH + CO2 = Me2CO3 + h3O, 2 MeOH + h3SO4 = Me2SO4 + 2 h3O.
Натриевые соли очень широко используются вхимической промышленности, их применение рассматривается в соответствующихгруппах неметаллов.
Калийные соли используют как удобрение и при получении стекла.
Элементы главной IIA группы: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra Общая характеристикаК элементам главной IIA группы относятся Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra. Историяоткрытия химических элементов группы IIA.
Атомы металлов IIA подгруппы имеют валентную электронную конфигурацию ns2,где n — номер периода, в котором находится металл.
Плотность, температура плавления, температура кипения простых веществэлементов IIA группы.
Как видно из табл. 13.2, металлы IIА группы относительно легкоплавки. Самымтугоплавким является Ве. Все эти металлы сравнительно легкие.
Первый потенциал ионизации (ПИ1), сродство к электрону (СЭ) иэлектроотрицательность по Полингу атомов элементов группы IIA.
Металлы от кальция до радия могут взаимодействовать с водой, даваягидроксиды, растворимые в воде (т.е. щелочи), поэтому их называютщелочноземельными:
Me + 2 h3O = Me(OH)2+ h3.
Щелочноземельные металлы самые активные после щелочных металлов. Поэтомуиногда говорят, что атомы щелочноземельных металлов «стремятся отдаватьвалентные электроны, чтобы приобрести устойчивую электронную оболочку инертногогаза». Из данных табл. следует, что это не совсем так. Чтобы у атомаметалла отнять даже один электрон и превратить его в положительно заряженныйион
Me — e + ПИ1 = Me+
необходимо затратить достаточно большую энергию ПИ1. Чтобы у ионаМе+ отнять еще один электрон, необходимо затратить еще большуюэнергию ПИ2:
Me+ -e + ПИ2 =Ме2+.
Эта большая, (по химическим масштабам) затрата энергии будет компенсированапрежде всего электростатическим взаимодействием с противоположно заряженнымиионами. При переходе от Be к Ra и ПИ1, и ПИ2 уменьшаются,и поэтому активность металла, т.е. способность к химическому взаимодействию — увеличивается. Типичные степени окисления элементов IIA группы в различных соединениях +2.
Получение
Be, Mg, Ca и Sr (Ме) получают электролизом расплавов их хлоридов:
MeCl2 =Me2+ + 2Cl-, катод: Me2+ + 2e = Me; анод: 2Cl- -2e = Cl2,
а Ва — электролизом его окислов.
Используя относительно меньшую, чем у Al, С, Si, температуру кипения, можнополучать эти металлы восстановлением их из оксидов и фторидов при высокихтемпературах:
4МеO + 2Al />Ме(AlO2)2+3Me (Ме = Ca, Sr, Ba), MeO + C />CO + Me, 2MeO + CaO + Si />CaSiO3+ 2Me, BeF2 + Mg = MgF2 + Be.
Свойства
Хранят Са, Sr, Ва под слоем керосина, так как при обычной температуре ониокисляются кислородом воздуха.
Металлы IIA группы (Ме) — сильные восстановители. Они сравнительно легкореагируют с большинством неметаллов, разлагают воду (кроме Ве и Мg),растворяются в кислотах. В общем виде эти реакции будут выглядеть так:
Me + h3/>Meh3(гидриды), Me + Г2/>MeГ2 (галогениды), Me + S />MeS(сульфиды), 3Me + 2P />Me3P2(фосфиды), 3Me + N2/>Me3N2(нитриды), Me + 2h3O = Me(OH)2 + h3 (кроме Be и Mg), Ме + 2НГ = МеГ2 + Н2.
Гидриды металлов IIA группы реагируют с водой и кислородом:
Meh3 + 2h3O= Me(OH)2 + 2h3, Meh3 + O2 = Me(OH)2 (кроме Be и Mg).
Галогениды (Г) Be и Mg сильно гидролизуются, давая оксосоли:
MeГ2 + h3O = Me(OH)Г + HГ
Mg и Ca применяют для получения Ti, U и редкоземельных металлов. Основнаямасса производимого Ве используется в атомной промышленности. Бериллиевыесплавы обладают высокой химической стойкостью. Магниевые сплавы используют вавиационной промышленности. Для осушки и очистки ряда веществ (CaCl2)и в других областях.
Оксиды и пероксиды металлов IIAгруппы
Атомы металлов IIA группы в соединениях двухвалентны. Поэтому общая формулаоксидов — MeO и пероксидов — MeO2 (ВеО2 — не получен).
Получение
Оксиды получают при нагревании:
2Me + O2= 2 MeO, Me(OH)2/>MeO + h3O(Me = Be, Mg) MeCO3/>MeO + CO2 (Me = Be, Mg,Ca, Sr) 2Me(NO3)2/>2MeO + 4NO2<sub/>+ O2
Пероксиды получают по реакции нейтрализации Н2О2:
Me(OH)2 +h3O2 = MeO2 + 2h3O (кроме BaO2), 2BaO + O2/>2BaO2.
Свойства
Оксиды металлов IIA группы являются основными оксидами, а ВеО проявляетамфотерные свойства. Оксиды реагируют с водой:
МеO + h3O = Ме(OH)2(кроме ВеО),
легко растворяются в кислотах:
MeO + 2HCl = MeCl2 + h3O,
а ВеО взаимодействует и со щелочами:
BeO + 2NaOH />Na2BeO2 + h3O, BeO + 2NaOH + h3O = Na2[Be(OH)4], BeO + Na2CO3 = Na2BeO2 + CO2.
Пероксиды подвергаются сильному гидролизу:
MeO2 + 2h3O =Me(OH)2 + h3O2, BaO2 + h3SO4 = BaSO4¯ + h3O2 (в лаборатории),
легко разлагаются кислотами, даже очень слабыми:
MeO2 + h3CO3= MeCO3 + h3O2.
Пероксиды являются сильными окислителями:
MeO2 +2NaI + 2h3O ® Me(OH)2 + 2NaOH + I2¯,
но могут и сами окисляться.
Они реагируют с кислотными оксидами и кислотами:
MeO + SO3= MeSO4, MeO + 2HNO3 = Me(NO3)2 + h3O.
Гидроксиды
Гидроксиды имеют общую формулу Ме(ОН)2.
Получение
Их получают взаимодействием оксидов Ca, Sr, Ba (Ме) с водой:
MeO + h3O = Me(OH)2.
Be(OH)2 и Mg(OH)2 получают с помощью обменных реакций:
BeГ2 + 2NaOH = 2NaГ + Be(OH)2¯.
Свойства
Гидроксиды щелочноземельных металлов в воде полностью диссоциируют на ионы.Они энергично взаимодействуют с кислотными и амфотерными оксидами игидроксидами, с многоосновными кислотами могут давать кислые соли:
Cl2 + Ca(OH)2 =Ca(ClO)Cl + h3O (хлорная известь), Me(OH)2 + 2HCl = MeCl2 + 2h3O, 2Nh5Cl + Me(OH)2 = MeCl2 + 2Nh4 + 2h3O, CuCl2 + Me(OH)2 = Cu(OH)2¯ + MeCl2, Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3¯ + 2h3O, Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3¯ + h3O, Ba(OH)2 + h3SO4 = BaSO4¯ + 2 h3O.
Все содинения бериллия и растворимые соли бария весьма токсичны.
Известняк и известь применяют в сельскомхозяйстве для известкования почв с целью понижения ее кислотности и улучшенияструктуры. Гипс (CaSO4·2h3O) при нагревании превращаетсяв алебастр (CaSO4·0.5h3O).Они широко используются в строительном деле:.
CaSO4·0,5h3O+ 1,5h3O = CaSO4·2h3O.
Катионы кальция и магния обуславливают жесткостьводы. При кипячении воды бикарбонаты разлагаются:
Ca(HCO3)2/>CaCO3¯ + h3O + CO2
и образуется накипь, что приводит к взрыву паровых катлов. Для борьбы скарбонатной жесткостью воду подвергают предварительному кипячению либообрабатывают гашеной известью. Некарбонатная жесткость воды устраняется спомощью соды.
Ca2+ + CO32-= CaCO3¯, Mg2+ + CO32- = MgCO3¯.
Наиболее эффективным способом борьбы с жесткостью воды является применениеионнообменныхсмол. Важнейший строительный материал — цемент — это силикат и алюмосиликат кальция.
Переходные металлы.Общаяхарактеристика.Переходные элементы расположены в Периодической системе в рядах с 4 по 7. Тепереходные элементы, символы которых расположены в самой таблице, называют d-переходнымиэлементами, а те элементы, символы которых расположены в низу таблицы, называютлантаноидами и актиноидами или f-переходными элементами. Отстановимся наполучении и свойствах соединений элементов Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, и Ag. Историяоткрытия этих элементов.
Все эти элементы в свободном состоянии — металлы. На внешней электроннойоболочке, номер которой совпадает с номером периода, расположены, как правило,два электрона. С ростом заряда ядра (при переходе в ряду слева на право)происходит заполнение d-орбиталей предыдущего электронного слоя. Несмотря нато, что d- и f-электроны расположены во внутреннем электронном слое, они вмомент заполнения электронной оболочки могут как валентные электроны участвоватьв образовании химической связи.
Электронные конфигурации атомов переходных элементов:
Cr1s22s22p63s23p63d54s1
Mn1s22s22p63s23p63d54s2
Fe1s22s22p63s23p63d64s2
Cu1s22s22p63s23p63d104s1
Zn1s22s22p63s23p63d104s2
Ag1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1
При заполнении электронной оболочки у атома хрома правило Клечковского(минимум энергии атома определяется минимумом суммы квантовых чисел n+l)конкурирует с правилом Хунда (минимуму энергии отвечает максимальный суммарныйспин электронов у атома). У Cr победило правило Хунда.
У Zn полностью завершена электронная оболочка внутренних электронных слоев,а на s-подуровне внешнего электронного слоя находятся два электрона, поэтомуцинк проявляет в соединениях только одну степень окисления: +2. Незавершенностьd-подуровня и один электрон на внешнем s-подуровне указывают на способностьхимического элемента проявлять в соединениях несколько степеней окисления.
Хром и его соединенияХром — серебристо-белый с голубоватым оттенком металл, встречается в природев виде хромита железа Fe(CrO2)2 и хромата свинца PbCrO4.
Получение
Хром получают восстановлением:
Fe(CrO2)2 + 4C= Fe + 2Cr + 4CO, K2Cr2O7 + 2C = Cr2O3 + K2CO3+ CO, Cr2O3 + 2Al = 2Cr + Al2O3.
Свойства
Реагирует с неметаллами: галогенами, кислородом и т.д.:
2Cr + 3Г2 = 2CrГ3, 4Cr + 3O2 = 2Cr2O3.
При высокой температуре хром реагирует с водой:
2Cr + 3h3O = Cr2O3+ 3h3,
растворяется в кислотах:
Cr + h3SO4 =CrSO4 + h3<sub/> (без доступа воздуха).
Хром не растворяется в концентрированных серной и азотных кислотах на холоде(пассивируется), но растворяется в них при нагревании:
2Cr + 6h3SO4(конц) = Cr2(SO4)3+ 3SO2<sub/>+ 6h3O.
Применение
Хром используется для получения нержавеющих сталей и различных сплавов,применяется для хромирования изделий.
Соединения хрома со степеньюокисления />+2
Получение
Эти содеинения получают растворением хрома в кислотах без доступа воздуха:
Cr + 2HCl = CrCl2 + h3 (голубой раствор), 2CrCl3 + h3 = 2CrCl2 + 2HCl, Cr + Ch4COOH = Cr(Ch4COO)2 + h3 .
Свойства
Cr(Ch4COO)2+ 2NaOH = 2Ch4COONa + Cr(OH)2¯ .
Степень окисления: +2 очень />неустойчивая идаже кислород воздуха окисляет Cr+2 до Cr+3:
4Cr(OH)2 + O2 +2h3O = 4Cr(OH)3 (зелено-голубоватый осадок).
При нагревании Cr(OH)2 разлагается.
Соединения хрома со степеньюокисления />+3
Они напоминают по свойствам соединения Al+3.
Оксид
Оксид получают:
4Cr + 3O2= 2Cr2O3, (Nh5)2Cr2O7/>Cr2O3+ N2 + 4h3O.
Оксид хрома (III) малорастворим и воде и в кислотах. Отвечающий ему />гидрооксид обладает амфотерными свойствами:
Cr2(SO4)3+ 6КOH = 2Cr(OH)3¯ + 3К2SO4 (зеленоватый осадок).
Cr(OH)3 растворяется в избытке щелочи:
Cr(OH)3 +NaOH = Na[Cr(OH)4],
И в кислотах:
Cr(OH)3 + 3HCl = CrCl3+ 3h3O.
При прокаливании Сr(OH)3 разлагается:
2Сr(OH)3/>Cr2O3+ 3h3O.
При сплавлении Сr2O3 со щелочами или карбонатамиполучают метахромиты:
Сr2O3+ 2КOH = 2КCrO2 + h3O , Сr2O3 + К2CO3 = 2КCrO2 + CO2<sub/>.
Галогениды
Галогениды получают:
2Cr + 3Cl2 = 2CrCl3, Cr2O3 + 3Cl2 + 3C = 2CrCl3 + 3CO. 2CrCl3(тв) + 3h3S(газ)/>Cr2S3+ 6HCl 2CrCl3 + 3Na2S + 6h3O = 2Cr(OH)3 +3h3S + 6NaCl , CrCl3 + Nh4/>CrN + 3HCl , 2CrCl3 + 3h3O2 + 10KOH = 2K2CrO4+ 6KCl + 8h3O. CrCl3 + 3NaHCO3 = Cr(OH)3 + 3CO2+ 3NaCl
Соединения хрома со степеньюокисления />+6
В этих соединениях по свойствам хром напоминает S+6.
Кислотный оксид CrO3 получаютразложением дихромовой кислоты:
K2Cr2O7+ h3SO4(конц) = 2CrO3 + K2SO4 + h3O.
Свойства
Свойства галогенидов передают реакций:
CrO3 является ангидридом хромовой и дихромовой кислот, хорошорастворим в воде:
CrO3 + h3O= h3CrO4, h3CrO4 + CrO3 = h3Cr2O7.
В кислой среде существуют дихроматы:
2K2CrO4 + h3SO4 =
K2Cr2O7 + K2SO4 + h3O,
желтый оранжевыйа в щелочной — хроматы:
K2Cr2O7 + 2KOH =
2K2CrO4 + h3O.
оранжевый желтыйВ кислой среде Cr+6 сильный окислитель:
K2Cr2O7+ 14HCl = 2CrCl3 + 2KCl + 3Cl2<sub/>+ 7h3O. 6FeSO4 + K2Cr2O7 + 7h3SO4= 3Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3+ K2SO4 + 7h3O
в нейтральной среде:
K2Cr2O7+ 3(Nh5)2S + h3O = 2Cr(OH)3 ¯+ 3S ¯+ 6Nh4<sub/>+ 2KOH.
Бихромат калия используется как окислитель.
Железо и его соединенияЖелезо встречается в природе в виде минералов: Fe3O4 — магнитный железняк, Fe2O3 — красный железняк, Fe2O3·h3O — бурый железняк,FeS2 — пирит.
Получение: Восстановлением оксидов при высокой температуре спомощью окиси углерода, кокса, водорода:
3Fe2O3+ CO = 2Fe3O4 + CO2, Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2, FeO + C = Fe + CO, Fe2O3 + 3h3 = 2Fe + 3h3O.
Свойства: Для железа наиболее характерной степенью окисленияявляется +3, возможна и +2, мало встречается +6. В ряду активностей металловжелезо стоит левее водорода и вытесняет его из кислот:
Fe + 2HCl = FeCl2 + h3.
При нагревании железо растворяется в кислотах — сильных окислителях. Привысокой температуре (8000С) железо разлагает воду (промышленныйспособ получения водорода): 3Fe +4h3O = Fe3O4 + 4h3 .
Железо реагирует с активными неметаллами:
2Fe + 3Cl2= 2FeCl3, Fe + S = FeS.
На воздухе в присутствии паров воды и углекислого газа происходит ржавлениежелеза:
Fe + 1/2 O2+ h3O + 2 CO2 = Fe(HCO3)2, Fe(HCO3)2 + 2 h3O = Fe(OH)2 + 2h3O+ 2CO2, 2Fe(OH)2 + 1/2 O2 + h3O = 2Fe(OH)3.
Железо вытесняет менее активные металлы из растворов их солей:
CuCl2 + Fe = FeCl2+ Cu¯ .
Кислородные соединения железа
Некоторые способы получения оксидов:
FeC2O4/>FeO + CO2 + CO 3Fe + O2 = Fe3O4 2Fe(OH)3/>Fe2O3 + 3h3O
Оксиды FeO и Fe2O3 не растворяются в воде, норастворяются в кислотах:
FeO + 2HCl = FeCl2+ h3O, Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3h3O.
Отвечающие оксидам железа гидроксидыполучают, действуя щелочами на соли железа:
FeCl2 + 2NaOH =
Fe(OH)2¯ + 2NaCl
белыйFeCl3 + 3NaOH =
Fe(OH)3¯ + 3NaCl
коричневыйFeCl3 +3NaHCO3 = Fe(OH)3 + 3CO2 + 3NaCl
Соли двухвалентного железалегко окисляются кислородом воздуха
4FeSO4 +2h3O + O2 = 4Fe(OH)SO4,
и другими окислителями:
6FeSO4 +K2Cr2O7 + 7h3SO4 = 3Fe2(SO4)3+ Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7h3O
Получение и свойства карбонатов железа:
FeCl2+ 2NaHCO3 = FeCO3 + h3O + CO2+2NaCl FeCO3+ h3O + CO2 = Fe(HCO3)2, FeS + 2HCl = FeCl2 + h3S.
При сильном нагревании соли разлагаются:
Fe2(SO4)3® Fe2O3 + 3SO3.
/>Соли железа (III) реагируют ссильными восстановителями:
2FeCl3 +2KI = 2FeCl2 + 2KCl + I2 2FeCl3 + 3Na2S= 2FeS + S + 2KCl + 6NaCl
Качественные реакции на ионы Fe2+ и Fe3+:
FeCl3 + 3KSCN = Fe(SCN)3+ 3KCl (вишневый цвет раствора)
Комплексные соединенияжелеза:
Fe(CN)2 + 4KCN =
K4[Fe(CN)6]
гексоцианоферрат (II) калия желтая кровяная сольFe(CN)3 + 3KCN =
K3[Fe(CN)6]
гексоцианоферрат (III) калия красная кровяная сольЭти соли являются реактивами на Fe2+ и Fe3+:
3K4[Fe(CN)6] + 4FeCl3 =
Fe4[Fe(CN)6]3¯ + 12KCl
берлинская лазурь2K3[Fe(CN)6] + 3FeCl2 =
Fe3[Fe(CN)6]2¯ + 6KCl
турнбулева синьПрименение: Широко используются в промышленности сплавы железас углеродом (стали, чугуны). На основе Fe2O3 получаютсяферриты, важнейшие магнитные материалы для современной техники. Железоиспользуется как катализатор во многих химических производствах. Оно входит всостав ферментов, катализирующих различные биохимические реакции.
Цинк и его соединенияЦинк — серебристо-серый металл, встречается в природе только в связанном состоянии:ZnS — цинковая обманка, ZnCO3 — цинковыйшпат.
Получение. Цинк можно получить по реакциям:
2ZnS + 3O2= 2ZnO + 2SO2, ZnCO3/>ZnO + CO2, ZnO +C />Zn + CO, ZnO + CO />Zn + CO2, ZnO + h3SO4 = ZnSO4 + h3O,
электролизом ZnSO4.
Свойства
Для цинка характерна только одна степень окисления +2. Цинк растворяется какв кислотах, так и в щелочах, вытесняя водород:
Zn + 2 HCl =ZnCl2 + h3,
Реакция цинка с соляной кислотой ускорятся в присутствии солей меди и замедляетсяв присутствии солей ртути:
Zn + 2NaOH +2h3O= Na2[Zn(OH)4] + h3.
Цинк растворяется в кислотах — сильных окислителях:
4Zn + 10HNO3(разб) = = 4Zn(NO3)2 + 3h3O + Nh5NO3, Zn + 4HNO3(конц) = Zn(NO3)2 + 2h3O + 2NO2 , Zn + 2h3SO4(конц) = ZnSO4 + 2h3O + SO2<sub/>.
Кислородные соединения цинка
Оксидцинкаполучают: 2Zn + O2 = 2ZnO, ZnCO3/>ZnO + CO2.
Оксид цинка амфотерен и растворяется как в кислотах, так и в щелочах:
ZnO + 2HCl = ZnCl2 + h3O, ZnO + 2KOH + h3O = K2[Zn(OH)4].
В воде ZnO не растворим, и гидроксидцинка получают из его солей:
ZnCl2 +2KOH = Zn(OH)2 +2KCl.
Гидроксид цинка обладает амфотерными свойствами и растворяется как вкислотах, так и в щелочах.
Сульфид цинка:
Zn + S = ZnS, BаS + ZnSO4 = BaSO4¯+ ZnS, ZnS + 2O2 = ZnSO4.
Применение: Zn используется для изготовления оцинкованногожелеза, для получения сплавов (латуни).
Медь и ее соединенияМедь обладает высокой тепло- и электропроводностью. Медь встречается вприроде в самородном виде и в виде соединений: CuS×·FeS — медный колчадан, Cu2S — медный блеск,CuCO3·Cu(OH)2 — малахит.
Получение
Медь получают вытеснением из ее солей:
CuCl2 + Fe = FeCl2+ Cu¯,. CuCl2 + Zn = ZnCl2 + Cu¯
обжигом природных минералов:
3Cu2S + 3O2 =6Cu + 3SO2 .
Получаемую таким образом черновую медь, очищают, подвергая электролизу.
Свойства
Для меди наиболее характерной степенью окисления является +2, хотя возможнысоединения со степенью окисления +1 и, в исключительных случаях, +3.
В ряду активности металлов медь стоит правее водорода, поэтому растворяетсятолько в кислотах — сильных окислителях.
3Cu + 8HNO3(разб) = 3Cu(NO3)2 +2NO+ 4h3O, Cu + 4HNO3(конц) = Cu(NO3)2 + 2NO2<sub/>+ 2h3O, Cu + 2h3SO4(конц) = CuSO4 + SO2<sub/>+ 2h3O.
Реагирует с галогенами (Г = F, Cl, Br):
Cu + Г2 = CuГ2, 2CuCl2 + 4KI = 2CuI¯ + I2 + 4KCl, CuCl2 + Cu />2CuCl.
Галогениды меди с аммиаком дают растворимые комплексныесоединения:
CuCl + 2Nh4=[Cu(Nh4)2]Cl, CuCl2 + 2Nh4 =[Cu(Nh4)2]Cl2.
Кислородные />соединения меди
Оксиды меди и солиможно получить:
2Cu + O2= 2CuO, Cu(OH)2/>CuO + h3O, CuO + h3SO4 = CuSO4 + h3O.
Ионы меди в растворе существуют в виде комплексов [Cu(h3O)6]2+,которые придают растворам солей меди сине-голубую окраску:
CuSO4 + 2KOH = K2SO4+ Cu(OH)2¯ , Cu(OH)2 + 4Nh4 = [Cu(Nh4)4](OH)2 (реактив Швейцера), 2CuCl + 2KOH = Cu2O¯ +2KCl + h3O, 2Cu2O + O2 + 4h3O = 4Cu(OH)2, Cu2O + h3SO4 = CuSO4 + Cu¯ + h3O.
Сульфид меди не растворим в обычных кислотах
CuSO4 + h3S= CuS¯ + h3SO4 CuSO4 + Na2S = CuS¯ + Na2SO4,
во влажном воздухе легко окисляется:
CuS + 2O2 = СuSO4.
Карбонат меди не растворим в воде, но из-за гидролиза он не может бытьполучен при сливании водных растворов соды и хлорида меди:
CuCl2 +2NaHCO3 = Cu(OH)2 + 2CO2 + 2NaCl
Медь стоит левее ртути в ряду активности металлов, поэтому она вытесняетртуть из растворов ее солей:
Cu + Hg(NO3)2= Cu(NO3)2 + Hg
Применение
Медь используется в электротехнике, для изготовления химических аппаратов иполучения различных сплавов с оловом (бронзы), цинком (латунь), никелем,марганцем.
www.ronl.ru
