Активные металлы

Активные металлы

Металлы, легко вступающие в реакции, называются активными металлами. К ним относятся щелочные, щелочноземельные металлы и алюминий.

Положение в таблице Менделеева

Металлические свойства элементов ослабевают слева направо в периодической таблице Менделеева. Поэтому наиболее активными считаются элементы I и II групп.

Рис. 1. Активные металлы в таблице Менделеева.

Все металлы являются восстановителями и легко расстаются с электронами на внешнем энергетическом уровне. У активных металлов всего один-два валентных электрона. При этом металлические свойства усиливаются сверху вниз с возрастанием количества энергетических уровней, т.к. чем дальше электрон находится от ядра атома, тем легче ему отделиться.

Наиболее активными считаются щелочные металлы:

• литий;
• натрий;
• калий;
• рубидий;
• цезий;
• франций.

К щелочноземельным металлам относятся:

• бериллий;
• магний;
• кальций;
• стронций;
• барий;
• радий.

Узнать степень активности металла можно по электрохимическому ряду напряжений металлов. Чем левее от водорода расположен элемент, тем более он активен. Металлы, стоящие справа от водорода, малоактивны и могут взаимодействовать только с концентрированными кислотами.

Рис. 2. Электрохимический ряд напряжений металлов.

К списку активных металлов в химии также относят алюминий, расположенный в III группе и стоящий левее водорода. Однако алюминий находится на границе активных и среднеактивных металлов и не реагирует с некоторыми веществами при обычных условиях.

Алюминий

Алюминий представляет собой серебристо-белого цвета. Основные физические свойства алюминия – легкость, высокая тепло- и электропроводность. В свободном состоянии при пребывании на воздухе алюминий покрывается прочной пленкой оксида Al₂O₃, которая делает его устойчивым к действию концентрированных кислот.

Алюминий относится к металлам p-семейства. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня – 3s

. В своих соединениях алюминий проявляет степень окисления равную «+3».

Алюминий получают электролизом расплава оксида этого элемента:

Однако из-за небольшого выхода продукта, чаще используют способ получения алюминия электролизом смеси Na₃ и Al₂O₃. Реакция протекает при нагревании до 960С и в присутствии катализаторов – фторидов (AlF₃, CaF₂ и др.), при этом на выделение алюминия происходит на катоде, а на аноде выделяется кислород.

Алюминий способен взаимодействовать с водой после удаления с его поверхности оксидной пленки (1), взаимодействовать с простыми веществами (кислородом, галогенами, азотом, серой, углеродом) (2-6), кислотами (7) и основаниями (8):

Положение активных металлов в таблице Менделеева

К активным металлам относятся три группы элементов:

• щелочные металлы;
• щелочноземельные металлы;
• алюминий.

Щелочные металлы находятся в первой группе таблицы Менделеева, то есть занимают в ней крайнее левое положение. В частности щелочными металлами являются:

• литий (Li);
• натрий (Na);
• калий (K);
• рубидий (Rb);
• цезий (Cs);
• франций (Fr).

Щелочноземельные металлы находятся во второй группе, то есть правее щелочных металлов. К ним относятся:

• бериллий (Be);
• магний (Mg);
• кальций (Ca);
• стронций (Sr);
• барий (Ba);
• радий (Ra).

Активные металлы в таблице Менделеева

В целом активные металлы отличаются тем, что имеют один или два валентных электрона, поэтому они легко отдают эти электроны в ходе химических реакций, выступая в качестве восстановителей. Степень активности металла можно оценить по его расположению в электрохимическом ряде активности металлов. Чем левее там находится металл, тем сильнее выражены его восстановительные свойства. Крайнее левое положение в ряде занимает литий. В вот крайне правое положение в ряду занимает золото, именно поэтому оно почти не окисляется кислотами.

Электрохимический ряд напряжений металлов

Алюминий – это так называемый постпереходный металл, по своим свойствам он находится где-то между активными и среднеактивными металлами. Разные ученые придерживаются различного мнения о том, стоит ли считать алюминий активным металлом.

Активные металлы не встречаются в природе в чистом виде, так как они быстро вступают в химические реакции с другими элементами. Чаще всего в природе они присутствуют в виде оксидов. Например, даже если алюминий получен в чистом виде, то на воздухе он быстро покрывается оксидной пленкой.

Свойства

Активные металлы отличаются мягкостью (можно разрезать ножом), лёгкостью, невысокой температурой плавления.

Основные химические свойства металлов представлены в таблице.

Реакция

Уравнение

Исключение

Щелочные металлы самовозгораются на воздухе, взаимодействуя с кислородом

Литий реагирует с кислородом только при высокой температуре

Щелочноземельные металлы и алюминий на воздухе образуют оксидные плёнки, а при нагревании самовозгораются

Реагируют с простыми веществами, образуя соли

Алюминий не вступает в реакцию с водородом

Бурно реагируют с водой, образуя щёлочи и водород

Реакция с литием протекает медленно. Алюминий реагирует с водой только после удаления оксидной плёнки

Реагируют с кислотами, образуя соли

Взаимодействуют с растворами солей, сначала реагируя с водой, а затем с солью

Активные металлы легко вступают в реакции, поэтому в природе находятся только в составе смесей – минералов, горных пород.

Рис. 3. Минералы и чистые металлы.

Тест по теме

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

• Александр Котков 5/5
• Илья Ударцев 5/5
• Инесса Медведева 4/5
• Александр Котков 5/5
• Лидия Маслова 5/5
• Александр Котков 5/5
• Сергей Ефремов 2/5
• Дима Мухтаров 5/5
• Сергей Макаров 5/5
• Александр Просто 5/5

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.4. Всего получено оценок: 705.

Химические свойства металлов

Основным химическим свойством металлов является способность их атомов легко отдавать свои валентные электроны и переходить в положительно заряженные ионы.

Типичные металлы никогда не присоединяют электронов; их ионы всегда заряжены только положительно. Поэтому металлы называются «электроположительными» элементами, в отличие от «электроотрицательных» элементов — металлоидов, для которых более характерна способность при соединять электроны.

Удельный вес и температура плавления некоторых металлов

Почему типичные металлы восстановители

Легко отдавая при химических реакциях свои валентные электроны, типичные металлы являются энергичными восстановителями.

Способность к отдаче электронов проявляется у отдельных металлов далеко не в одинаковой степени. Чем легче металл отдает свои электроны, тем он активнее, тем энергичнее вступает во взаимодействие с другими веществами.

Для сравнительного изучения активности металлов можно воспользоваться различными реакциями. Особенно удобны для этой цели реакции вытеснения металлов из их солей другими металлами. Опустим, например, кусочек цинка в раствор какой-нибудь свинцовой соли. Цинк начинает растворяться, а из раствора выделяется свинец. Реакция выражается уравнением

Проверь хорошо ли Вы знаете науки
Ты получил <> снаружи >или в ионной форме

Zn + Pb •• = Pb + Zn ••

Из уравнения видно, что эта реакция является типичной реакцией окисления-восстановления. Сущность ее сводится к тому, что атомы цинка отдают свои валентные электроны ионам Рb •• , тем самым превращаясь в ионы Zn •• , а ионы Рb •• разряжаются и выделяются в виде металлического свинца. Если поступить наоборот, т. е погрузить кусочек свинца в раствор цинковой соли, то никакой реакции не произойдет. Это показывает, что цинк более активен, чем свинец, что его атомы легче отдают, а ионы труднее присоединяют электроны, чем атомы и ионы свинца.

Сравнивая таким же способом активность свинца и меди, легко убедиться, что свинец более активен, чем медь, так как он вытесняет медь из ее солей, а медь не может вытеснять свинец:

Рb + Cu •• = Сu + Рb ••

Следовательно, из трех сравниваемых металлов — цинка, свинца и меди — наиболее активным, легче других отдающим электроны, является цинк, менее активен свинец и еще менее активна медь.

Вытеснение металлов из соединений металлами

Вытеснение одних металлов из их соединений другими металлами впервые было подробно изучено Н. Н. Бекетовым (1865 г.), расположившим металлы по их убывающей химической активности в так называемый «вытеснительный ряд». В настоящее время вытеснительный ряд Бекетова носит название ряда напряжений, так как положение каждого металла в ряду точно определяется величиной электрического напряжения, или разности потенциалов, возникающей при погружении данного металла в раствор его соли. Об измерении этих величин и их значении будет сказано несколько позже.

Для наиболее важных металлов ряд напряжений, как уже было указано , имеет следующий вид:

Уменьшение химической активности нейтральных атомов

К, Na, Са, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H₂, Cu, Hg, Ag, Au

Уменьшение способности ионов к присоединению электронов

В этом ряду помещен и водород, так как он тоже может вытеснять некоторые металлы из растворов их солей и в свою очередь вытесняется многими металлами из растворов кислот.

Определения положения водорода в вытеснительном ряду

Для определения положения водорода в «вытеснительном ряду» Бекетовым производились следующие опыты. В колена изогнутой стеклянной трубки (рис.) помещали отдельно друг от друга раствор соли металла, кислоту и цинк. Трубку запаивали» затем наклоняли ее так, что цинк падал в кислоту и выделяющийся водород действовал под давлением на раствор соли.

Наблюдая явления, происходящие в колене трубки, наполненном раствором соли, можно было судить о том, вытесняется ли металл водородом. На основании проведенных опытов Бекетов пришел к заключению, что в «вытеснительном ряду» водород занимает место после свинца и может вытеснять(восстанавливать) следующие за ним металлы: медь, ртуть, серебро, золото из растворов их солей.

Бекетов был убежден, что реакции вытеснения водорода металлами являются обратимыми и что для каждого металла должно существовать такое давление, при котором направление реакции меняется на обратное, т. е. водород начинает вытеснять металл из раствора его соли.

Взгляды Бекетова получили позднее полное подтверждение.

Рассмотрим, например, реакцию вытеснения водорода цинком:

Константа равновесия этой реакции выражается следующей формулой:

где вместо концентрации водорода взято его давление р_н2 в атмосферах. Вычисление показывает, что при обычной температуре К = 36 • 10 24 . Значит, потребовалось бы недостижимое при современной технике давление водорода, чтобы сделать ощутимой обратную реакцию, т. е. вытеснение цинка водородом. При обычном же давлении равновесие реакции практически нацело смещено вправо.

Однако для реакции

Sn + 2H • ⇄ Sn •• + H₂

Это значит, что равновесие будет достигнуто, например, при концентрациях: [Sn •• ]= l г-ион/л,[Н • ] = 0,01 г-ион/л и давлении водорода р_н2 = 4 ат. Следовательно, при сравнительно небольшом давлении водород может вытеснить олово из раствора его соли.

Электрохимический ряд напряжений

Ряд напряжений дает много общих указаний относительно химического поведения отдельных металлов при реакциях в растворах:

1. Каждый металл этого ряда, а также и водород, находящийся под давлением, вытесняет (восстанавливает) все следующие за ним металлы из растворов их солей. В свою очередь сам он может быть вытеснен (восстановлен) любым из металлов, стоящих впереди него.
2. Только те металлы, которые стоят в ряду напряжений впереди водорода, могут вытеснять его из разбавленных кислот («солей водорода»). Металлы, стоящие вправо от водорода, не способны вытеснять водород из кислот.
3. Чем левее в ряду напряжений стоит металл, тем он активнее, тем больше его восстановительная способность в отношении ионов других металлов, тем легче он сам превращается в ионы, тем труднее восстанавливаются его ионы.

Вы читаете, статья на тему Химические свойства металлов

Похожие страницы:

Вытеснительный ряд металлов Бекетова Рассматривая способы получения водорода, мы уже отмечали, что одни металлы легко вытесняют из воды водород, другие —.

Ряд активности металлов это последовательность в которой металлы расположены в порядке увеличения их стандартных электрохимических потенциалов. Металлы в ряду активности.

Химические свойства воды Из химических свойств воды прежде всего следует отметить большую устойчивость ее молекул по отношению к нагреванию. Однако.

Химические уравнения и расчеты по ним Согласно атомно-молекулярной теории, всякая химическая реакция заключается в том, что молекулы одних веществ превращаются.

Сернистые металлы Соли сероводородной кислоты называются сернистыми металлами или сульфидами. Они могут быть получены непосредственным соединением металлов с серой. Смешав.

Составление ионных уравнений Подавляющее большинство реакций, с которыми нам придется сталкиваться при изучении свойств отдельных элементов и их соединений, протекает.

Понравилась статья поделись ей

Leave a Comment

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Металлы

Все металлы обладают многими химическими свойствами. Они могут вступать в химические реакции с другими веществами и образовывать разнообразные сплавы и другие вещества. При обобщённой характеристике металлов можно отметить, что все они обладают восстановительными свойствами.

Взаимодействие металлов с неметаллами

Обладая восстановительными свойствами, металлы, взаимодействуя с неметаллами, отдают им свои электроны. При таких реакциях неметаллы являются окислителями. Результатом взаимодействия является появление новых бинарных соединений. Их названия формируют из названий неметалла и металла. К корню первого добавляется суффикс «ид», а ко второму добавляют окончание «а» или «о» (неметаллид + металла).

При вступлении металлов в химическую реакцию с некоторыми веществами образуются соли. Такие вещества называют галогенами, или «рождающими соль». К примеру, при взаимодействии натрия и хлора получается поваренная соль.

Химическая реакция между хлором и сурьмой – красочное явление. Она происходит очень бурно. Кристаллы сурьмы, попадая в колбу с хлором, сгорают в нём. В результате получается смесь хлоридов сурьмы.

Взаимодействие некоторых неметаллов с металлами требует наличие катализатора. К примеру, алюминий вступает в реакцию с серой и йодом при наличии воды.

Так как степень окисления металлов переменна, то от окислительных свойств неметаллов зависит результат их взаимодействия. Если соединить железо и серу, то в результате получится сульфид железа, а при реакции железа и хлора получается хлорид железа.

Некоторые химические элементы относятся к высшим оксидам благодаря своим ярко выраженным свойствам. Эти элементы Д. И. Менделеев собрал в отдельной графе своей таблицы. Одним из таких веществ является кислород. Это один из самых активных неметаллов. Металлы, взаимодействуя с кислородом, образуют оксиды и пероксиды. Оксиды, полученные в результате таких реакций, обладают основными или амфотерными свойствами.

В результате такой химической реакции, как горение лития или магния, образуются основные оксиды:

При горении магния возникает яркая световая вспышка. Эту реакцию использовали во время фотографирования, когда появились первые фотоаппараты. Сейчас используются более современные способы фотосъёмки с электровспышкой.

Горение алюминия сопровождается очень ярким ослепляющим пламенем. Этот металл, измельчённый в порошок, применяют в качестве одного из компонентов пиротехнических изделий, таких как салюты и бенгальские огни. Взаимодействие алюминия с кислородом выражается следующей формулой:

При взаимодействии железа с кислородом получается оксид.

Пероксид получается при вступлении в химическую реакцию натрия и кислорода.

Данное вещество – пероксид натрия – обладает способностью регенерировать воздух, поэтому его используют на космических кораблях и подводных лодках.

Если пероксид натрия прокалить вместе с натрием, то получится оксид натрия.

Взаимодействие металлов с водой

Разные металлы взаимодействуют с водой при различных условиях. Щелочные и щелочноземельные металлы вступают в реакцию при обычных условиях. В результате такого взаимодействия образуются водород и щёлочь.

В зависимости от природы щелочного металла скорость протекания реакции при взаимодействии с водой разная. Реакция взаимодействия натрия и калия с водой протекает стремительно, при этом выделяется большое количество водорода, и попытка собрать водород в колбу может окончиться взрывом. При этом произойдёт выброс щёлочи.

Реакция, происходящая с литием и водой, медленная, и водород можно собрать в колбу. Также медленно взаимодействуют с водой магний и кальций.

Магний при проведении опытов измельчают в мелкую стружку, иначе реакцию будет невозможно заметить из-за её медленного течения.

Взаимодействие металлов с растворами кислот

Положение металлов в электрохимическом ряду напряжений определяет их способность к взаимодействию с растворами кислот. K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Sn, Pb, (H₂), Cu, Hg, Ag, Au.

Для того чтобы металл вступил в химическую реакцию с раствором кислоты, необходимо соблюсти следующие условия:

• положение металла в ряду напряжений должно быть перед водородом;
• во время протекания реакций должны образовываться растворимые соли, иначе металл покроется осадком и кислота не будет проникать к металлу;
• не следует использовать щелочные металлы для проведения опытов;
• серная и азотная кислоты реагируют с металлами по-особенному.

Одним из примеров взаимодействия металлов и растворов кислот является реакция Г. Кавендиша.

Чтобы получить водород при помощи этой реакции, используют прибор Кирюшкина вместо аппарата Киппа. Реакция взаимодействия металла и органических кислот протекает подобно реакции Г. Кавендиша.

С щелочными металлами вступают в реакцию некоторые органические соединения благодаря их слабым кислотным свойствам.

Взаимодействие металлов с растворами солей

Для проведения реакций по взаимодействию металлов с растворами солей необходимо соблюсти несколько условий:

• расположение металла в ряду напряжений должно быть левее, чем металл, который образует соль;
• соль, образующаяся в ходе реакции, должна быть растворимой, чтобы она не покрывала металл осадком и не преграждала доступ к нему раствора;

К примеру, можно привести следующие реакции:

В растворе соли серебра серебро замещается медью.

Металлотермия

Наиболее активные металлы, такие как кальций, алюминий, магний и литий обладают способностью вытеснения других металлов из их оксидов. Эта особенность активных металлов используется для изготовления термитных смесей, и в целях получения некоторых металлов. Таким образом, для получения хрома используют алюминотермию.

Коррозия металлов и способы защиты от неё

Коррозия – это самопроизвольное разрушение металлов под воздействием внешних факторов. Ярким примером коррозии является появление ржавчины на чугунных или стальных изделиях. В течение одного года во всём мире от коррозии разрушается одна четвёртая общего объёма произведённого железа. Порча самих металлов и всех металлических изделий приводит к росту расходов. Испорченные детали кораблей, автомобилей или производственных станков требуют замены. Такие издержки при эксплуатации металлических изделий в несколько раз увеличивают стоимость металлов.

Коррозия трубопроводов может привести к утечкам нефти и газа, что приводит к загрязнению окружающей среды и является глобальной экологической проблемой. Именно поэтому большую роль в металлопроизводстве играет защита изделий от коррозии. Коррозия металла может быть вызвана из-за контакта металла с пресной или морской водой, кислородом, оксидами серы и углерода. Эти вещества окисляют металлы, что приводит к химической коррозии.

В большей степени коррозии подвержено железо. Изделия, изготовленные из него, корродируют в воде и влажном воздухе. Этот процесс выражается формулой:

Железо без примесей менее подвержено коррозии, чем сплавы из него. В чугунах и сталях железо ржавеет. Чем неоднороднее металл и больше в нём примесей, тем больше он подвержен коррозии.

Пример протекания коррозивного процесса

Если два разных металла совместить и опустить в водный раствор электролита, то металл, находящийся в ряду напряжений левее, разрушится быстрее, чем будет препятствовать разрушению менее активного металла. Раствор электролита в природе представлен грунтовыми водами или атмосферной влажностью. Если железо и медь поместить в воду, то железо начнёт постепенно растворяться, образуя ионы железа.

При этом из атомов железа высвобождаются электроны, которые на поверхности меди соединяются с ионами водорода, которые выделились из водной среды. При выделении водорода из серной и других кислот происходит реакция, называемая «кислотный дождь». Этот электрохимический процесс представляют следующими формулами:

Способы борьбы с коррозией

Учёные изобрели множество методов борьбы с коррозией. Наиболее часто применяются четыре из них.

1. Нанесение защитных покрытий. К таким покрытиям относятся масляные краски, лаки и эмали. Их наносят на поверхность изделия тонким слоем. Этот способ защиты металлов считается самым недорогим, но и недолговечным. Наносить покрытие на металл необходимо примерно один раз в два года. Такой способ выбран для защиты Эйфелевой башни в Париже.

Иногда металлы покрывают слоем других металлов. К ним относятся серебро, золото, никель, хром, олово и цинк. С давних времён применялся такой способ защиты, как лужение, когда железо покрывали оловом. Полученный металл носил название «белая жесть».

1. Использование нержавеющей стали. Такая сталь содержит особые добавки. Например, нержавеющая сталь, из которой изготавливают столовые приборы, в своём составе содержит 10 процентов никеля и 12 – хрома. Лёгкие нержавеющие сплавы изготавливают с добавлением алюминия и титана. К примеру, памятник Юрию Алексеевичу Гагарину, изготовленный в 1980 году, был облицован пластинками из титанового сплава.
2. Уменьшение агрессивности среды. Для уменьшения агрессивности среды в неё вводят специальные вещества. Они носят название ингибиторов коррозии. Их используют в замкнутых системах, газопроводах и нефтепроводах. Это приводит к снижению коррозивности труб изнутри. Чтобы в серной кислоте железо не разрушалось, к нему добавляют азотную кислоту.

Источник https://rosobrnauka.ru/nauki-o-prirode/aktivnie-metalli.html

Источник https://znaesh-kak.com/x/x/%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5-%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0-%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%BE%D0%B2

Источник https://dzodzo.ru/chemistrysub/metally/