🗊Презентация Металлы. Общие свойства металлов

Лекция № 9-МЕТАЛЛЫ

Расположение металлов в периодической системе Д.И. Менделеева

Расположение металлов в периодической системе Д.И. Менделеева s-металлы: элементы IA и IIA групп. Свойства s-металлов: – постоянные валентности или степени окисления (+1 и +2); – основной характер оксидов, за исключением бериллия.

p-металлы: элементы IIIA (кроме бора B), IVA (германий Ge, олово Sn, свинец Pb) и VA (сурьма Sb и висмут Bi) групп. p-металлы: элементы IIIA (кроме бора B), IVA (германий Ge, олово Sn, свинец Pb) и VA (сурьма Sb и висмут Bi) групп. Свойства: – образование химических связей осуществляется s- и p-электронами в процессе их возбуждения и гибридизации орбиталей; – оксиды p-металлов проявляют амфотерный характер; – основные оксиды образуют только p-элементы IIIA группы пятого и шестого периодов – индий In и таллий Tl.

d-металлы: 30 элементов, расположенных в серединах периодов (IV, V, VI, VII) и достраивающих d-подуровень предпоследнего слоя при уже заполненном внешнем ns-подуровне. d-металлы: 30 элементов, расположенных в серединах периодов (IV, V, VI, VII) и достраивающих d-подуровень предпоследнего слоя при уже заполненном внешнем ns-подуровне. Свойства: – в образовании химических связей у атомов d-металлов могут принимать участие как s-, так и d-электроны. Все d-элементы, кроме Zn и Cd, обладают переменной степенью окисления; – характер оксидов d-металлов зависит от степени окисления: оксиды низшей степени окисления имеют основной характер, средней - амфотерный, высшей – кислотный.

f-металлы: лантаноиды и актиноиды. У этих элементов достраиваются энергетические подуровни 4f и 5f при заполненном внешнем уровне 6s2 и 7s2. f-металлы: лантаноиды и актиноиды. У этих элементов достраиваются энергетические подуровни 4f и 5f при заполненном внешнем уровне 6s2 и 7s2. Сложное строение электронных оболочек f-металлов сказывается на их свойствах: – f-металлы проявляют устойчивую степень окисления +3, при возбуждении возможны и более высокие степени окисления; – f-металлы обладают высоким сродством к кислороду и образуют устойчивые оксиды типа R2O3.

Черные металлы Черные металлы характеризуются темно-серым цветом, большой плотностью (кроме щелочноземельных Ме), высокой температурой плавления, относительно высокой твердостью, часто имеют - полиморфизм.

Черные подразделяются: Черные подразделяются: Железные металлы - Fe, Co, Ni (ферромагнетики) и Mn. Тугоплавкие металлы - температура плавления выше Fe (1539оС) - добавки легированных сталей и основы для соответствующих сплавов. Урановые металлы - актиниды - для сплавов атомной энергетики. Редкоземельные металлы (РЗМ) – лантан , церий, неодим, празеодим и др. - лантаноиды + иттрий и скандий. Близки по химическим, различаются по физическим свойствам. Присадки к сплавам других элементов. Щелочноземельные металлы. В свободном состоянии применяются в особых случаях (теплоносители в атомных реакторах).

Цветные металлы Цветные металлы характеризуются: характерной окраской (красная, желтая, белая), большой пластичностью, низкой температурой плавления, отсутствием полиморфизма.

Цветные подразделяются: Цветные подразделяются: Легкие металлы - Be, Mg, Al - малая плотность. Благородные металлы - Ag, Au, платиновая группа (Pt, Pd, Ir (иридий), Rh (родий), Os (осмий), Ru (рутений)), "полублагородная" медь. Высокая устойчивость против коррозии. Легкоплавкие металлы - Zn, Cd, Hg, Sn, Pb, Bi, Tl (таллий), Sb (сурьма), элементы с ослабленными металлическими свойствами: Ga (галлий), Ge (германий).

Нахождение металлов в природе В самородном состоянии: Cu, Ag, Hg, Pt, Au В виде соединений: оксидные (Fe3O4 – магнетит), карбонатные (CaCO3 – известняк), фосфатные, силикатные, алюмосиликатные (K2O×Al2O3×6SiO2 – полевой шпат или ортоклаз), сульфидные (HgS – киноварь) и галидные (NaCl – галит, каменная или поваренная соль).

2. Гранецентрированная кубическая решетка (ГЦК). 2. Гранецентрированная кубическая решетка (ГЦК). Решетка куба с центрированными гранями (-Fe, Al, Ag, Ni, Pb, Cu, Ca, Ir, Pt, Pd, Au). к.ч. = 12  = 74 %

Полиморфизм α – модификация устойчива при сравнительно низких температурах,  – устойчива при более высоких температурах. Например, железо может существовать в виде четырех полиморфных модификаций Fe. Модификации Fe отличаются друг от друга температурными интервалами устойчивости и магнитными свойствами, но имеют одинаковую объемноцентрированную кубическую решетку. Модификация Fe, устойчивая в интервале 910-1401°С, имеет гранецентрированную кубическую решетку.

Физические свойства металлов 1. Твердость (кроме Hg) Самый твердый Cr. Самые мягкие – щелочные.

Получение металлов Пирометаллургия Восстановители: уголь, оксида углерода (II) или водород. — С или СО ZnО + С = Zn + СО Fе2О3 + 3СО = 2Fе + 3СО2 — H2 WO3 + 3H2 =W + 3H2O СоО + Н2 = Со + Н2О

— Сульфидные руды — Сульфидные руды 2ZnS + 3О2 = 2ZnО + 2SО2 ZnО + С = СО + Zn

Гидрометаллургия Гидрометаллургия Руда  раствор CuO + Н2SО4 = CuSО4 + Н2О CuSО4 + Fe = FeSO4 + Cu

Электролиз раствора Электролиз раствора 2CuSO4 + 2H2O Cu + O2 + H2SO4   К(–): Cu+2, H2O А(+): SO42–, H2O о 0.34  –0.41 2.05  1.23 Cu+2 + 2ē → Cu 2H2O – 4ē → 4H+ + O2↑ 2H+ + SO42– → H2SO4

ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАЛЛОВ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ 1. Электролитическое рафинирование (Ag, Cu, Fe, Ni, Pb)

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Me ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ПРОСТЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ С кислородом. Все, кроме Pt, Pd, Au. 4Li + O2 = 2Li2O оксид лития 2Cu + O2 = 2CuO оксид меди

С водородом. С водородом. Взаимодействуют щел. и щел.-зем. металлы: Ca (Sr, Ba) + H2 = CaH2 (SrH2, BaH2) гидриды Гидриды щелочных металлов малоустойчивы, обладают восстановительными свойствами.

С серой. С серой. 2Ag + S = Ag2S2- сульфид серебра С галогенами. Mg + Cl2 = MgCl21- хлорид магния

С другими неметаллами. С другими неметаллами. Из металлов I группы с азотом, углеродом, кремнием непосредственно взаимодействует только литий: 6Li + N2 = 2Li3N (250C) нитрид лития 2Li + 2C = Li2C2 (600C) карбид лития 4Li + Si = Li4Si (600-700C, примесь Li2Si) Металлы II группы: Са + С = СаС2 карбиды 3Mп + N2 = Mg3N2 нитриды

2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СО СЛОЖНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ 2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СО СЛОЖНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ С водой. Металлы I группы: Na + H2O = NaOH + ½ H2 При переходе от Li к Cs интенсивность реакции увеличивается, цезий взаимодействует с водой наиболее бурно. Металлы II группы: Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2 Be и Mg взаимодействуют медленно из-за обволакивания металлов образующимися гидроксидами.

3) Со щелочами. 3) Со щелочами. Взаимодействуют амфотерные металлы (Zn, Al, Pb, Sn, Be, Cr(III)). Zn + 2NaOH + 2Н2О = Na2[Zn(OH)4] + H2 2Al+6NaOH+6Н2О = 2Na2[Al(OH)6]+3H2

С концентрированной серной кислотой реакции идут по схеме: С концентрированной серной кислотой реакции идут по схеме: Сu + 2Н2SO4(конц) = СuSO4 + SO2 + 2Н2О

Схемы образования твердого раствора (или смешанного кристалла) в металлах: а – решетка металла-растворителя; б – твердый раствор замещения; в – фаза со сверхструктурой; г – твердый раствор внедрения. Схемы образования твердого раствора (или смешанного кристалла) в металлах: а – решетка металла-растворителя; б – твердый раствор замещения; в – фаза со сверхструктурой; г – твердый раствор внедрения.