Substanțele sunt nemetale. Proprietățile fizice și chimice ale nemetalelor. Proprietățile elementelor și ale sistemului periodic

1. Metalele reacţionează cu nemetale.

2Me+ n Hal 2 → 2 MeHal n

4Li + O2 = 2Li2O

Metalele alcaline, cu excepția litiului, formează peroxizi:

2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2

2. Metalele care rezistă la hidrogen reacţionează cu acizii (cu excepţia concentraţiei azotice şi sulfurice) cu eliberare de hidrogen

Me + HCl → sare + H2

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2

Pb + 2 HCl → PbCl2↓ + H2

3. Metalele active reacţionează cu apa pentru a forma alcali şi eliberează hidrogen.

2Me+ 2n H20 → 2Me(OH)n+ n H2

Produsul oxidării metalului este hidroxidul său - Me (OH) n (unde n este starea de oxidare a metalului).

De exemplu:

Ca + 2H2O → Ca (OH)2 + H2

4. Metalele cu activitate intermediară reacţionează cu apa când sunt încălzite pentru a forma oxid metalic şi hidrogen.

2Me + nH2O → Me2O n + nH2

Produsul de oxidare în astfel de reacții este oxidul de metal Me 2 O n (unde n este starea de oxidare a metalului).

3Fe + 4H 2 O → Fe 2 O 3 FeO + 4H 2

5. Metalele care stau după hidrogen nu reacționează cu apa și soluțiile acide (cu excepția concentrațiilor azotice și sulfurice)

6. Metalele mai active le înlocuiesc pe cele mai puțin active din soluțiile sărurilor lor.

CuSO 4 + Zn \u003d ZnSO 4 + Cu

CuSO 4 + Fe \u003d FeSO 4 + Cu

Metalele active - zincul și fierul au înlocuit cuprul în sulfat și au format săruri. Zincul și fierul sunt oxidate, iar cuprul este restaurat.

7. Halogenii reacţionează cu apa şi soluţia alcalină.

Fluorul, spre deosebire de alți halogeni, oxidează apa:

2H 2 O+2F 2 = 4HF + O 2 .

la rece: se formează Cl2 + 2KOH = KClO + KCl + H2OCl2 + 2KOH = KClO + KCl + H2O clorură și hipoclorit

încălzire: 3Cl2+6KOH−→KClO3+5KCl+3H2O3Cl2+6KOH→t,∘CKClO3+5KCl+3H2O formează lorura și cloratul

8 Halogenii activi (cu excepția fluorului) înlocuiesc halogenii mai puțin activi din soluțiile sărurilor lor.

9. Halogenii nu reacţionează cu oxigenul.

10. Metalele amfotere (Al, Be, Zn) reacţionează cu soluţii de alcalii şi acizi.

3Zn+4H2SO4= 3 ZnS04+S+4H20

11. Magneziul reacționează cu dioxidul de carbon și oxidul de siliciu.

2Mg + CO2 = C + 2MgO

Si02+2Mg=Si+2MgO

12. Metalele alcaline (cu excepția litiului) formează peroxizi cu oxigenul.

2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2

3. Clasificarea nu este compusi organici

Substanțe simple - substante ale caror molecule constau din atomi de acelasi tip (atomi ai aceluiasi element). LA reacții chimice nu se poate descompune pentru a forma alte substanțe.

Substanțe complexe (sau compuși chimici) - substanțe ale căror molecule sunt formate din atomi de diferite tipuri (atomi ai diferitelor elemente chimice). În reacțiile chimice, se descompun pentru a forma câteva alte substanțe.

Substanțele simple sunt împărțite în două mari grupe: metale și nemetale.

Metalele - un grup de elemente cu proprietăți metalice caracteristice: solidele (cu excepția mercurului) au un luciu metalic, sunt buni conductori de căldură și electricitate, maleabile (fier (Fe), cupru (Cu), aluminiu (Al), mercur ( Hg), aur (Au), argint (Ag), etc.).

nemetale - un grup de elemente: substante solide, lichide (brom) si gazoase care nu au luciu metalic, sunt izolatoare, casante.

Și substanțele complexe, la rândul lor, sunt împărțite în patru grupe sau clase: oxizi, baze, acizi și săruri.

oxizi - acestea sunt substanțe complexe, a căror compoziție a moleculelor include atomi de oxigen și o altă substanță.

Fundații - Acestea sunt substanțe complexe în care atomii de metal sunt legați la una sau mai multe grupări hidroxil.

Din punctul de vedere al teoriei disocierii electrolitice, bazele sunt substanțe complexe, a căror disociere într-o soluție apoasă produce cationi metalici (sau NH4 +) și hidroxid - anioni OH-.

acizi - sunt substante complexe ale caror molecule includ atomi de hidrogen care pot fi inlocuiti sau schimbati cu atomi de metal.

sare - Acestea sunt substanțe complexe, ale căror molecule constau din atomi de metal și reziduuri acide. Sarea este un produs al înlocuirii parțiale sau complete a atomilor de hidrogen ai unui acid cu un metal.

Atomii elementelor nemetalice formează marea majoritate a compușilor din Univers și din straturile superioare ale Pământului. Sunt mai frecvente în natură decât metalele. Unele elemente nemetalice se găsesc în natură sub formă de substanţe simple: zăcăminte de sulf nativ în regiunea carpatică; zăcământ de grafit Zavalevsky; există depozite de roci care conţin diamante. Compoziția aerului include: azot, oxigen, gaze inerte. Hidrogenul este un element comun în spațiu. Mult mai mulți atomi de elemente nemetalice formează diverse substanțe complexe. Deci, o parte semnificativă a litosferei este silice SiO 2, hidrosfera este apă.

Oxigenul este unul dintre cele mai abundente elemente de pe pământ. În scoarța terestră în compoziția compușilor 49% în greutate. Face parte din apă, roci, minerale, săruri. Este o componentă obligatorie a organismelor vegetale și animale: face parte din proteine, grăsimi, carbohidrați. În aer, oxigenul liber este de 21% în volum.

Sulful este larg distribuit în natură atât sub formă liberă (cu impurități ale rocilor), cât și în compuși cu diferite metale (sulfuri), precum și sub formă de săruri. Sulfuri: pirita de fier sau pirita FeS2, amestec de zinc ZnS, luciu de cupru CuS, cinabru HgS. Sulfați: gips CaSO4 2H2O, sare Glauber Na2SO4 10H2O, sare amară MgSO4 7H2O. Conținut în organismele vii, face parte din proteine, compuși organici din ulei.

Elementul carbon se găsește în petrol, gaze, cărbune, șist, compuși organici, dioxid de carbon și monoxid de carbon. Un element important al vieții sălbatice - face parte din proteine, grăsimi, carbohidrați, vitamine, enzime, hormoni. Sub formă de substanțe simple de grafit și diamant; substanțe complexe: CaCO3 - cretă, calcar, marmură, CaCO3 MgCO3 - dolomit, MgCO3 - magnezit.

Siliciul pur nu există în natură, este extras chimic. Ocupă locul al doilea ca abundență după oxigen. Învelișul Pământului este compus în proporție de 97% din compuși de siliciu. Apare sub forma: SiO2 - nisip, cuarț, silice; minerale - mica, azbest, talc, nefelina, feldspat. În tulpinile plantelor (coada-calului, bambus), în corpul păsărilor și animalelor - pene, un ochi, un schelet, un corp de bureți.

Azotul sub forma unei substanțe de azot simplu face parte din aer, aproximativ 78% din volum. Conținutul elementului din scoarța terestră este de 0,01% din greutate sub formă de nitrați. O cantitate mică în compoziția petrolului și a cărbunelui. Face parte din substanțele proteice ale tuturor organismelor vii.

Fosforul în natură există numai în compuși sub formă de fosfați. Principalele minerale care includ Fosfor - Ca3 (PO4) 2 - apatite și fosforite (0,08%). Elementul Fosfor este o parte a țesuturilor osoase, musculare și nervoase ale oamenilor și animalelor, iar multe dintre ele se găsesc în celulele creierului.

ESEU

METALELE

NEMETALE

METALELE

Structura atomilor de metal. Poziția metalelor în sistemul periodic. Grupuri metalice.

În prezent, sunt cunoscute 107 elemente chimice, majoritatea sunt metale. Acestea din urmă sunt foarte frecvente în natură și se găsesc sub formă de diverși compuși în intestinele pământului, apele râurilor, lacurilor, mărilor, oceanelor, compoziția corpului animalelor, plantelor și chiar în atmosferă.

În proprietățile lor, metalele diferă puternic de nemetale. Pentru prima dată, această diferență între metale și nemetale a fost determinată de M. V. Lomonosov. „Metale”, a scris el, „corpuri solide, maleabile, strălucitoare”.

Clasificând acest sau acel element ca metal, înțelegem că are un anumit set de proprietăți:

1. Structură cristalină densă.

2. Luciu metalic caracteristic.

3. Conductivitate termică ridicată și conductivitate electrică.

4. Scăderea conductibilității electrice odată cu creșterea temperaturii.

5. Valori scăzute ale potențialului de ionizare, i.e. capacitatea de a dona cu ușurință electroni.

6. Maleabilitatea și ductilitatea.

7. Capacitatea de a forma aliaje.

Toate metalele și aliajele utilizate în prezent în tehnologie pot fi împărțite în două grupe principale. Primul dintre acestea include metale feroase - fier și toate aliajele sale, în care este componenta principală. Aceste aliaje sunt fonte și oțeluri. În inginerie, așa-numitele oțeluri aliate sunt adesea folosite. Acestea includ oțeluri care conțin crom, nichel, wolfram, molibden, vanadiu, cobalt, titan și alte metale. Uneori, oțelurile aliate includ 5-6 metale diferite. Prin metoda de aliere se obțin diverse oțeluri valoroase, care în unele cazuri au rezistență crescută, în altele - rezistență mare la abraziune, în altele - rezistență la coroziune, de exemplu. capacitatea de a nu fi distrus sub influența mediului extern.

Al doilea grup include metale neferoase și aliajele acestora. Au primit acest nume pentru că au o culoare diferită. De exemplu, cuprul este roșu deschis, nichelul, staniul, argintul sunt alb, plumbul este alb albăstrui și aurul este galben. Dintre aliaje, acestea au găsit o mare aplicație în practică: bronzul este un aliaj de cupru cu staniu și alte metale, alama este un aliaj de cupru cu zinc, babbit este un aliaj de staniu cu antimoniu și cupru etc.

Această împărțire în metale feroase și neferoase este condiționată.

Alături de metalele feroase și neferoase, există și un grup de metale nobile: argint, aur, platină, ruteniu și altele. Ele sunt denumite astfel deoarece practic nu se oxidează în aer nici la temperaturi ridicate și nu sunt distruse prin acțiunea soluțiilor acide și alcaline asupra lor.

Proprietăți fizice metale.

Din exterior, metalele, după cum știți, sunt caracterizate în primul rând de un luciu „metalic” special, care se datorează capacității lor de a reflecta puternic razele de lumină. Cu toate acestea, această strălucire este de obicei observată numai atunci când metalul formează o masă compactă continuă. Este adevărat că magneziul și aluminiul își păstrează strălucirea chiar și atunci când sunt pulverizate, dar majoritatea metalelor, atunci când sunt fin împărțite, sunt de culoare neagră sau gri închis. Atunci metalele tipice au o conductivitate termică și electrică ridicată, iar în ceea ce privește capacitatea lor de a conduce căldura și curentul sunt în aceeași ordine: cei mai buni conductori sunt argintul și cuprul, cei mai rele sunt plumbul și mercurul. Odată cu creșterea temperaturii, conductivitatea electrică scade, iar cu o scădere a temperaturii, dimpotrivă, crește.

O proprietate foarte importantă a metalelor este deformabilitatea lor mecanică relativ ușoară. Metalele sunt ductile, sunt bine forjate, trase în sârmă, laminate în foi etc.

Proprietățile fizice caracteristice ale metalelor sunt legate de particularitățile structurii lor interne. Conform opiniilor moderne, cristalele metalice constau din ioni încărcați pozitiv și electroni liberi despărțiți de atomii corespunzători. Întregul cristal poate fi imaginat ca o rețea spațială, ale cărei noduri sunt ocupate de ioni, iar în golurile dintre ioni se află electroni ușor mobili. Acești electroni se deplasează în mod constant de la un atom la altul și se învârt în jurul nucleului unuia sau altuia. Deoarece electronii nu sunt legați de anumiți ioni, deja sub influența unei mici diferențe de potențial, ei încep să se miște într-o anumită direcție, adică. apare electricitate.

Prezența electronilor liberi este, de asemenea, responsabilă pentru conductivitatea termică ridicată a metalelor. Fiind în mișcare continuă, electronii se ciocnesc în mod constant cu ionii și schimbă energie cu aceștia. Prin urmare, vibrațiile ionilor, care s-au intensificat într-o anumită parte a metalului din cauza încălzirii, sunt imediat transferate ionilor învecinați, de la aceștia la următorii etc., iar starea termică a metalului se nivelează rapid; întreaga masă de metal ia aceeași temperatură.

După densitate, metalele sunt împărțite condiționat în două grupuri mari: metale ușoare, a căror densitate nu este mai mare de 5 g / cm 3 și metale grele - toate celelalte. Densitatea, precum și punctele de topire ale unor metale, sunt date în Tabelul nr. 1.

Tabelul 1

Densitatea și punctul de topire al unor metale.

Metale ușoare.
Aluminiu
Metale grele
Mangan
Tungsten

Particulele de metale care se află în stare solidă și lichidă sunt legate printr-un tip special de legătură chimică - așa-numita legătură metalică. Este determinată de prezența simultană a legăturilor covalente obișnuite între atomi neutri și de atracția coulombiană dintre ioni și electronii liberi. Astfel, legătura metalică nu este o proprietate a particulelor individuale, ci a agregatelor lor.

Proprietățile chimice ale metalelor.

Principala proprietate chimică a metalelor este capacitatea atomilor lor de a-și dona cu ușurință electronii de valență și de a se transforma în ioni încărcați pozitiv. Metalele tipice nu acceptă niciodată electroni; ionii lor sunt întotdeauna încărcați pozitiv.

Donându-și cu ușurință electronii de valență în timpul reacțiilor chimice, metalele tipice sunt agenți reducători de energie.

Capacitatea de a dona electroni nu se manifestă în metale individuale în nici un caz în aceeași măsură. Cu cât un metal renunță mai ușor la electroni, cu atât este mai activ, cu atât interacționează mai energetic cu alte substanțe.

Scufundați o bucată de zinc într-o soluție de sare de plumb. Zincul începe să se dizolve, iar plumbul este eliberat din soluție. Reacția este exprimată prin ecuația:

Zn + Pb(NO3)2 = Pb + Zn(NO3)2

Din ecuație rezultă că această reacție este o reacție redox tipică. Esența sa se rezumă la faptul că atomii de zinc își donează electronii de valență ionilor de plumb divalenți, transformându-se astfel în ioni de zinc, iar ionii de plumb sunt redusi și eliberați sub formă de plumb metalic. Dacă faceți opusul, adică scufundați o bucată de plumb într-o soluție de sare de zinc, atunci nu va avea loc nicio reacție. Acest lucru arată că zincul este mai activ decât plumbul, că atomii săi donează mai ușor, iar ionii sunt mai greu de acceptat electroni decât atomii și ionii plumbului.

Deplasarea anumitor metale din compușii lor de către alte metale a fost studiată pentru prima dată în detaliu de către omul de știință rus Beketov, care a aranjat metalele în funcție de activitatea lor chimică în scădere în așa-numita „serie de deplasare”. În prezent, seria de deplasări a lui Beketov se numește seria de stres.

Tabelul nr. 2 prezintă valorile potențialelor standard ale electrodului unor metale. Simbolul Me + /Me denotă metalul Me scufundat într-o soluție de sare a acestuia. Potențialele standard ale electrozilor care acționează ca agenți reducători în raport cu hidrogenul au semnul „-”, iar semnul „+” marchează potențialele standard ale electrozilor care sunt agenți oxidanți.

Tabelul numărul 2

Potențialele electrozilor standard ale metalelor.

Electrod		Electrod

Metalele, dispuse în ordinea crescătoare a potențialelor lor standard ale electrodului, formează o serie electrochimică de tensiuni metalice: 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.

O serie de tensiuni caracterizează proprietățile chimice ale metalelor:

1. Cu cât potenţialul electrodului metalului este mai mic, cu atât capacitatea sa de reducere este mai mare.

2. Fiecare metal este capabil să înlocuiască (restaurează) din soluțiile sărate acele metale care se află în seria tensiunilor după el.

3. Toate metalele care au un potențial de electrod standard negativ, adică cele care se află într-o serie de tensiuni la stânga hidrogenului, sunt capabile să-l înlocuiască din soluțiile acide.

De remarcat faptul că seria prezentată caracterizează comportamentul metalelor și sărurilor acestora numai în soluții apoase și la temperatura camerei. În plus, trebuie avut în vedere faptul că activitatea electrochimică ridicată a metalelor nu înseamnă întotdeauna activitatea sa chimică ridicată. De exemplu, o serie de tensiuni începe cu litiu, în timp ce rubidiul și potasiul, care sunt mai active din punct de vedere chimic, sunt situate în dreapta litiului. Acest lucru se datorează energiei excepțional de mare a procesului de hidratare cu ioni de litiu în comparație cu alți ioni de metale alcaline.

Coroziunea metalelor.

Aproape toate metalele, care intră în contact cu mediul gazos sau lichid din jur, sunt mai mult sau mai puțin rapid distruse de la suprafață. Motivul este interacțiunea chimică a metalelor cu gazele din aer, precum și cu apa și substanțele dizolvate în acesta.

Orice proces de distrugere chimică a metalelor sub influența mediului se numește coroziune.

Coroziunea apare cel mai ușor atunci când metalele intră în contact cu gazele. Pe suprafața metalului se formează compuși corespunzători: oxizi, compuși cu sulf, săruri bazice ale acidului carbonic, care adesea acoperă suprafața cu un strat dens care protejează metalul de expunerea ulterioară la aceleași gaze.

Situația este diferită atunci când metalul intră în contact cu un mediu lichid - apă și substanțe dizolvate în acesta. Compușii rezultați se pot dizolva, astfel încât coroziunea se răspândește mai mult în metal. În plus, apa care conține substanțe dizolvate este un conductor de curent electric, în urma căruia au loc constant procese electrochimice, care sunt unul dintre principalii factori care provoacă și accelerează coroziunea.

Metalele pure în majoritatea cazurilor se corodează cu greu. Chiar și un metal precum fierul, într-o formă complet pură, aproape că nu ruginește. Dar metalele tehnice obișnuite conțin întotdeauna diverse impurități, ceea ce creează condiții favorabile pentru coroziune.

Daunele cauzate de coroziunea metalelor sunt enorme. S-a calculat, de exemplu, că, ca urmare a coroziunii, o astfel de cantitate de oțel piere anual, ceea ce este egal cu aproximativ un sfert din întreaga producție mondială a acestuia pe an. Prin urmare, studiul proceselor de coroziune și căutarea cel mai bun mijloc se acordă multă atenție prevenirii acestuia.

Metodele de control al coroziunii sunt extrem de diverse. Cel mai simplu dintre ele este de a proteja suprafața metalică de contactul direct cu mediu inconjurator prin acoperire cu vopsea de ulei, lac, email sau, in final, un strat subtire de alt metal. Un interes deosebit din punct de vedere teoretic este acoperirea unui metal cu altul.

Acestea includ: acoperirea catodică, când metalul de protecție se află într-o serie de tensiuni la dreapta celui de protecție (un exemplu tipic este cositorit, adică cositorit, oțel); acoperire anodică, cum ar fi oțel acoperit cu zinc.

Pentru a proteja împotriva coroziunii, este indicat să acoperiți suprafața metalică cu un strat dintr-un metal mai activ decât un strat cu unul mai puțin activ. Cu toate acestea, alte considerente forțează adesea folosirea de acoperiri din metale mai puțin active.

În practică, cel mai adesea este necesar să se ia măsuri pentru a proteja oțelul ca metal care este deosebit de susceptibil la coroziune. Pe lângă zinc, printre metalele mai active, cadmiul este uneori folosit în acest scop, acționând ca zincul. Dintre metalele mai puțin active, staniul, cuprul și nichelul sunt cel mai adesea folosite pentru acoperirea oțelului.

Produsele din oțel placat cu nichel au vedere frumoasă ceea ce explică utilizarea pe scară largă a nichelării. Când stratul de nichel este deteriorat, coroziunea este mai puțin intensă decât atunci când stratul de cupru (sau staniu) este deteriorat, deoarece diferența de potențial pentru o pereche nichel-fier este mult mai mică decât pentru o pereche cupru-fier.

Printre alte modalități de combatere a coroziunii, există o altă metodă de protecție, care constă în faptul că obiectul metalic protejat este adus în contact cu o suprafață mare a unui metal mai activ. Astfel, în cazanele de abur sunt introduse foi de zinc, care sunt în contact cu pereții cazanului și formează cu acestea un cuplu galvanic.

Conceptul de aliaje.

O trăsătură caracteristică a metalelor este capacitatea lor de a forma aliaje între ele sau cu nemetale. Pentru a obține un aliaj, un amestec de metale este de obicei supus la topire și apoi răcit la viteze diferite, care este determinată de natura componentelor și de modificarea naturii interacțiunii lor în funcție de temperatură. Uneori aliajele se obțin prin sinterizarea pulberilor metalice subțiri fără a recurge la topire (metalurgia pulberilor). Deci aliajele sunt produse ale interacțiunii chimice a metalelor.

Structura cristalină a aliajelor este în multe privințe asemănătoare metalelor pure, care, interacționând între ele în timpul topirii și cristalizării ulterioare, formează: a) compuși chimici numiți compuși intermetalici; b) solutii solide; c) un amestec mecanic de cristale componente.

Acest tip de interacțiune este determinat de raportul dintre energia de interacțiune a particulelor eterogene și omogene ale sistemului, adică raportul dintre energiile de interacțiune ale atomilor din metale pure și aliaje.

Tehnologia modernă folosește un număr mare de aliaje, iar în marea majoritate a cazurilor acestea constau nu din două, ci din trei, patru și Mai mult metale. Interesant este că proprietățile aliajelor diferă adesea foarte mult de proprietățile metalelor individuale cu care sunt formate. Deci, un aliaj care conține 50% bismut, 25% plumb, 12,5% staniu și 12,5% cadmiu se topește la doar 60,5 grade Celsius, în timp ce componentele aliajului au puncte de topire de 271, 327, 232, respectiv 321 de grade Celsius. . Duritatea bronzului de staniu (90% cupru și 10% staniu) este de trei ori mai mare decât a cuprului pur, iar coeficientul de dilatare liniară a aliajelor de fier și nichel este de 10 ori mai mic decât cel al componentelor pure.

Cu toate acestea, unele impurități degradează calitatea metalelor și aliajelor. Se știe, de exemplu, că fonta (un aliaj de fier și carbon) nu are rezistența și duritatea caracteristice oțelului. Pe lângă carbon, proprietățile oțelului sunt afectate de adăugarea de sulf și fosfor, care cresc fragilitatea acestuia.

Dintre proprietățile aliajelor, cele mai importante pentru utilizare practică sunt rezistența la căldură, rezistența la coroziune, rezistența mecanică etc. Pentru aviație, aliajele ușoare pe bază de magneziu, titan sau aluminiu sunt de mare importanță, pentru industria metalurgică - aliaje speciale care conțin wolfram. , cobalt, nichel. În tehnologia electronică se folosesc aliaje, a căror componentă principală este cuprul. Magneții de mare putere au fost obținuți folosind produsele interacțiunii cobaltului, samariului și a altor elemente de pământuri rare și aliaje supraconductoare la temperaturi scăzute - pe baza de compuși intermetalici formați din niobiu cu staniu etc.

Metode de obținere a metalelor.

Marea majoritate a metalelor se găsesc în natură sub formă de compuși cu alte elemente.

Doar câteva metale se găsesc în stare liberă și apoi sunt numite native. Aurul și platina se găsesc aproape exclusiv în formă nativă, argintul și cuprul - parțial în formă nativă; uneori există și mercur nativ, staniu și alte metale.

Extracția aurului și a platinei se realizează fie prin separarea mecanică a acestora de roca în care sunt închise, de exemplu, prin spălare cu apă, fie prin extragerea lor din rocă cu diverși reactivi, urmată de separarea metalului de soluţie. Toate celelalte metale sunt extrase prin prelucrarea chimică a compușilor lor naturali.

Mineralele și rocile care conțin compuși metalici și potrivite pentru producerea acestor metale într-un mod de fabrică se numesc minereuri. Principalele minereuri sunt oxizi, sulfuri și carbonați ai metalelor.

Cea mai importantă metodă de obținere a metalelor din minereuri se bazează pe reducerea oxizilor acestora cu cărbune.

Dacă, de exemplu, minereul de cupru roșu (cuprita) Cu 2 O este amestecat cu cărbune și este supus unei incandescențe puternice, atunci cărbunele, reducând cuprul, se va transforma în monoxid de carbon (II), iar cuprul va fi eliberat în stare topită:

Cu 2 O + C \u003d 2Cu + CO

În mod similar, fonta este topită din minereurile de fier, staniul se obține din piatra de staniu SnO 2 și alte metale sunt reduse din oxizi.

La prelucrarea minereurilor de sulf, compușii de sulf sunt mai întâi transformați în compuși de oxigen prin arderea în cuptoare speciale, iar apoi oxizii rezultați sunt redusi cu cărbune. De exemplu:

2ZnS + 3O 2 = 2ZnO + 2SO 2

ZnO + C = Zn + CO

În acele cazuri în care minereul este o sare a acidului carbonic, acesta poate fi redus direct de cărbune, precum oxizii, deoarece atunci când sunt încălziți, carbonații se descompun în oxid de metal și dioxid de carbon. De exemplu:

ZnCO 3 \u003d ZnO + CO 2

De obicei, minereurile, pe lângă compusul chimic al acestui metal, conțin mult mai multe impurități sub formă de nisip, argilă, calcar, care se topesc foarte greu. Pentru a facilita topirea metalului, la minereu se adaugă diferite substanțe, care formează compuși cu punct de topire scăzut cu impurități - zgură. Astfel de substanțe se numesc fluxuri. Dacă amestecul constă din calcar, atunci nisipul este folosit ca flux, care formează silicat de calciu cu calcar. Dimpotrivă, în cazul unei cantități mari de nisip, calcarul servește ca flux.

În multe minereuri, cantitatea de impurități (roci sterile) este atât de mare încât topirea directă a metalelor din aceste minereuri este neprofitabilă din punct de vedere economic. Astfel de minereuri sunt pre-îmbogățite, adică o parte din impurități sunt îndepărtate din ele. Deosebit de răspândită este metoda prin flotație de prelucrare a minereului (flotație), bazată pe umecbilitatea diferită a minereului pur și a rocii sterile.

Tehnica metodei de flotație este foarte simplă și se rezumă în principiu la următoarele. Minereul, constând, de exemplu, din metal sulfuros și rocă reziduală silicatică, este măcinat fin și turnat în cuve mari de apă. În apă se adaugă o substanță organică cu polaritate scăzută, care contribuie la formarea unei spume stabile atunci când apa este agitată și o cantitate mică dintr-un reactiv special, așa-numitul „colector”, care este bine adsorbit de către suprafața mineralului care urmează să fie plutit și îl face incapabil să fie umezit de apă. După aceea, un curent puternic de aer este trecut prin amestec de dedesubt, amestecând minereul cu apă și substanțe adăugate, iar bulele de aer sunt înconjurate de pelicule subțiri de ulei și formează spumă. În procesul de amestecare, particulele mineralului plutit sunt acoperite cu un strat de molecule colectoare adsorbite, se lipesc de bulele de aer suflat, se ridică cu ele în sus și rămân în spumă; particulele de rocă sterilă, umezite de apă, se depun pe fund. Spuma este colectată și stoarsă, obținându-se un minereu cu un conținut de metal semnificativ mai mare.

Pentru a restabili unele metale din oxizii lor, în locul cărbunelui se utilizează hidrogen, siliciu, aluminiu, magneziu și alte elemente.

Procesul de reducere a unui metal din oxidul său cu ajutorul altui metal se numește metalotermie. Dacă, în special, aluminiul este utilizat ca agent reducător, atunci procesul se numește aluminotermie.

Electroliza este, de asemenea, o metodă foarte importantă de obținere a metalelor. Unele dintre cele mai active metale sunt obținute exclusiv prin electroliză, deoarece toate celelalte mijloace nu sunt suficient de energetice pentru a-și reduce ionii.

NEMETALE

Poziția elementelor nemetalice în sistemul periodic al elementelor chimice. Găsirea în natură. Proprietăți chimice și fizice generale.

Există relativ puține elemente nemetalice în comparație cu elementele metalice. Amplasarea lor în sistemul periodic al elementelor chimice D.I. Mendeleev este reflectat în tabelul nr. 1.

	Amplasarea elementelor nemetalice în sistemul periodic pe grupe
								VIII (gaze nobile)

Tabelul numărul 1.

După cum se poate observa din tabelul nr. 1, elementele nemetalice sunt situate în principal în partea dreaptă sus a tabelului periodic. Întrucât în ​​perioadele de la stânga la dreapta sarcinile nucleelor ​​atomilor elementelor cresc, iar razele atomice scad, iar în grupele de sus în jos cresc și razele atomice, este clar de ce electronii exteriori atrag cei non- atom de metal mai puternic decât atomii de metal. În acest sens, nemetalele sunt dominate de proprietățile oxidante. Proprietăți oxidante deosebit de puternice, de ex. capacitatea de atașare a electronilor este demonstrată de nemetale care se află în perioadele a 2-a și a 3-a din grupele VI-VII. Fluorul este cel mai puternic agent oxidant. În conformitate cu valorile numerice ale electronegativității relative, abilitățile de oxidare ale nemetalelor cresc în următoarea ordine:

Si, B, H, P, C, S, I, N, Cl, O, F.

În consecință, fluorul interacționează cel mai puternic cu hidrogenul și metalele:

H3 + F2  2HF

Oxigenul reacționează mai puțin energic:

2H3 +O2  2H3 О

Fluorul este cel mai tipic nemetal, care nu are proprietăți reducătoare, adică. capacitatea de a dona electroni în reacții chimice.

Oxigenul, judecând după compușii săi cu fluor, poate prezenta și o stare de oxidare pozitivă, de exemplu. fii un restaurator.

Toate celelalte nemetale prezintă proprietăți reducătoare. Mai mult, aceste proprietăți cresc treptat de la oxigen la siliciu: O, Cl, N, I, S, C, P, H, B, Si. Deci, de exemplu, clorul nu se combină direct cu oxigenul, dar oxizii săi pot fi obținuți indirect (Cl2 O, ClO2, Cl2O2), în care clorul prezintă o stare de oxidare pozitivă. Azotul la temperaturi ridicate se combină direct cu oxigenul și, prin urmare, prezintă proprietăți reducătoare. Sulful reacționează și mai ușor cu oxigenul: prezintă și proprietăți oxidante.

Să ne întoarcem la considerarea structurii moleculelor nemetalice. Nemetalele formează atât monoatomici, cât și molecule diatomice.

Nemetalele monoatomice includ gaze inerte care practic nu reacţionează nici cu cele mai active substanţe. Gazele inerte sunt situate în Grupa VIII a Tabelului Periodic, iar formulele chimice ale substanțelor simple corespunzătoare sunt următoarele: He, Ne, Ar, Kr, Xe și Rn.

Unele nemetale formează molecule diatomice. Acestea sunt H3, F2, Cl2, Br2, I2 (elemente din Grupa VII a Tabelului Periodic), precum și oxigenul O2 și azotul N2. Ozonul gazos (O3) este format din molecule triatomice.

Pentru substanțele nemetalice care sunt în stare solidă, este destul de dificil să se facă o formulă chimică. Atomii de carbon din grafit sunt legați între ei în diferite moduri. Este dificil să izolați o moleculă individuală în structurile date. La scrierea formulelor chimice ale unor astfel de substanțe, ca în cazul metalelor, se introduce presupunerea că astfel de substanțe constau numai din atomi. Formule chimice, în același timp, se scriu fără indici - C, Si, S etc.

Substanțe simple precum ozonul și oxigenul, care au aceeași compoziție calitativă (ambele constau din același element - oxigen), dar diferă prin numărul de atomi din moleculă, au proprietăți diferite. Deci, oxigenul nu are miros, în timp ce ozonul are un miros înțepător pe care îl simțim în timpul unei furtuni. Proprietățile nemetalelor solide, grafitul și diamantul, care au, de asemenea, aceeași compoziție calitativă, dar structură diferită, diferă puternic (grafitul este casant, diamantul este dur). Astfel, proprietățile unei substanțe sunt determinate nu numai de compoziția sa calitativă, ci și de câți atomi sunt conținuti într-o moleculă de substanță și de modul în care sunt interconectați.

Nemetalele sub formă de corpuri simple sunt în stare solidă sau gazoasă (cu excepția bromului - lichid). Nu au proprietățile fizice ale metalelor. Nemetalele solide nu au luciul caracteristic metalelor, sunt de obicei fragile, conduc slab electricitatea și căldura (cu excepția grafitului).

General Proprietăți chimice nemetale.

Oxizii nemetalici sunt clasificați ca oxizi acizi, care corespund acizilor. Cu hidrogen, nemetalele formează compuși gazoși (de exemplu, HCl, H3S, NH4). Soluțiile apoase ale unora dintre ele (de exemplu, halogenuri de hidrogen) sunt acizi puternici. În cazul metalelor, nemetalele tipice dau compuși cu legături ionice (de exemplu NaCl). Nemetalele pot, în anumite condiții, să reacționeze între ele, formând compuși cu legături polare covalente (H3O, HCl) și nepolare (CO2).

Nemetalele formează compuși volatili cu hidrogen, cum ar fi fluorura de hidrogen HF, hidrogenul sulfurat H3S, amoniacul NH4, metanul CH5. Când sunt dizolvați în apă, compușii cu hidrogen ai halogenilor, sulfului, seleniului și telurului formează acizi cu aceeași formulă ca și compușii cu hidrogen înșiși: HF, HCl, HCl, HBr, HI, H3S, H3Se, H3Te.

Când amoniacul este dizolvat în apă, se formează apă amoniacală, de obicei desemnată cu formula NH5OH și numită hidroxid de amoniu. De asemenea, este notat cu formula NH4 H3O și se numește hidrat de amoniac.

Cu oxigen, nemetalele formează oxizi acizi. La unii oxizi, ei prezintă o stare de oxidare maximă egală cu numărul grupului (de exemplu, SO2, N2O5), în timp ce în alții, o stare mai mică (de exemplu, SO2, N2O3). Oxizii acizi corespund acizilor, iar dintre cei doi acizi oxigenați ai unui nemetal, cel în care prezintă un grad mai mare de oxidare este mai puternic. De exemplu, acidul azotic HNO3 este mai puternic decât HNO2 azotat, iar acidul sulfuric H3SO4 este mai puternic decât H3SO3 sulfuros.

Structura și proprietățile substanțelor simple - nemetale.

Cele mai tipice nemetale au o structură moleculară, în timp ce cele mai puțin tipice au o structură nemoleculară. Aceasta explică diferența dintre proprietățile lor. Acest lucru este arătat clar în Figura 2.

Substanțe simple
Cu o structură nemoleculară	cu structura moleculara
C, B, Si	F2 , O2 , Cl2 , Br2 , N2 , eu2 , S8
Aceste nemetalerețele cristaline atomice , deci au duritate mare și puncte de topire foarte mari.	Aceste nemetale în stare solidărețelele cristaline moleculare . În condiții normale, acestea sunt gaze, lichide sau solide cu puncte de topire scăzute.

Tabelul numărul 2

Borul cristalin B (precum siliciul cristalin) are un punct de topire foarte ridicat (2075°C) și duritate ridicată. Conductivitatea electrică a borului crește foarte mult odată cu creșterea temperaturii, ceea ce face posibilă utilizarea pe scară largă în tehnologia semiconductoarelor. Adăugarea de bor în oțel și aliaje de aluminiu, cupru, nichel etc. îmbunătățește proprietățile mecanice ale acestora.

Borurile (compuși ai borului cu anumite metale, cum ar fi titanul: TiB, TiB2) sunt necesare în fabricarea pieselor motoarelor cu reacție, palelor turbinelor cu gaz.

După cum se poate observa din schema nr. 2, carbonul C, siliciul Si, borul B au o structură similară și au unele proprietăți comune. Ca substanțe simple, ele apar în două modificări - cristaline și amorfe. Modificările cristaline ale acestor elemente sunt foarte dure, cu puncte de topire ridicate. Siliciul cristalin are proprietăți semiconductoare.

Toate aceste elemente formează compuși cu metale - carburi, siliciuri și boruri (CaC2, Al4C3, Fe3C, Mg2Si, TiB, TiB2). Unele dintre ele au duritate mai mare, cum ar fi Fe3C, TiB. Carbura de calciu este folosită pentru a produce acetilenă.

Dacă comparăm aranjarea electronilor în orbitalii f atomi de fluor, clor și alți halogeni, atunci putem judeca și proprietățile lor distincte. Atomul de fluor nu are orbiti liberi. Prin urmare, atomii de fluor pot prezenta doar valența I și starea de oxidare - 1. În atomii altor halogeni, de exemplu, în atomul de clor, există orbitali d liberi la același nivel de energie. Din acest motiv, degenerarea electronilor poate avea loc în trei moduri diferite.

În primul caz, clorul poate prezenta o stare de oxidare de +3 și poate forma acid clorhidric HClO2, care corespunde sărurilor - cloriți, de exemplu, cloritul de potasiu KClO2.

În al doilea caz, clorul poate forma compuși în care starea de oxidare a clorului este +5. Astfel de compuși includ acidul cloronic HClO3 și sărurile sale - clorați, de exemplu, clorat de potasiu KClO3 (sarea lui Bertolet).

În al treilea caz, clorul prezintă o stare de oxidare de +7, de exemplu, în acidul percloric HClO4 și în sărurile sale - perclorați, de exemplu, în perclorat de potasiu KClO4.

Compușii cu oxigen și hidrogen ai nemetalelor. Scurtă descriere a proprietăților lor.

Cu oxigen, nemetalele formează oxizi acizi. La unii oxizi, ei prezintă o stare de oxidare maximă egală cu numărul grupului (de exemplu, SO2, N2O5), în timp ce în alții, o stare mai mică (de exemplu, SO2, N2O3). Oxizii acizi corespund acizilor, iar dintre cei doi acizi oxigenați ai unui nemetal, cel în care prezintă un grad mai mare de oxidare este mai puternic. De exemplu, acidul azotic HNO3 este mai puternic decât HNO2 azotat, iar acidul sulfuric H3SO4 este mai puternic decât H3SO3 sulfuros.

Caracteristicile compușilor oxigenați ai nemetalelor:

Proprietățile oxizilor superiori (adică oxizilor, care includ un element din acest grup cu cea mai mare stare de oxidare) în perioade de la stânga la dreapta se schimbă treptat de la bazic la acid.

În grupuri de sus în jos, proprietățile acide ale oxizilor superiori slăbesc treptat. Acest lucru poate fi judecat după proprietățile acizilor corespunzători acestor oxizi.

Creșterea proprietăților acide ale oxizilor superiori ai elementelor corespondente în perioade de la stânga la dreapta se explică printr-o creștere treptată a sarcinii pozitive a ionilor acestor elemente.

În principalele subgrupe ale sistemului periodic de elemente chimice în direcția de sus în jos, proprietățile acide ale oxizilor superiori ai nemetalelor scad.

Formulele generale ale compuşilor hidrogenului după grupele sistemului periodic de elemente chimice sunt date în tabelul nr. 3.

Tabelul numărul 3.

Cu metale, hidrogenul formează (cu câteva excepții) compuși nevolatili, care sunt solide nemoleculare. Prin urmare, punctele lor de topire sunt relativ ridicate.

Cu nemetale, hidrogenul formează compuși volatili cu o structură moleculară. În condiții normale, acestea sunt gaze sau lichide volatile.

În perioade de la stânga la dreapta, proprietățile acide ale compușilor hidrogen volatili ai nemetalelor în soluții apoase sunt îmbunătățite. Acest lucru se datorează faptului că ionii de oxigen au perechi de electroni liberi, iar ionii de hidrogen au un orbital liber, apoi are loc un proces care arată astfel:

H3O + HF  H4O + F

Fluorura de hidrogen într-o soluție apoasă desparte ionii de hidrogen pozitivi, de exemplu. prezintă proprietăți acide. La acest proces contribuie și o altă circumstanță: ionul de oxigen are o pereche de electroni neîmpărtășită, iar ionul de hidrogen are un orbital liber, datorită căruia se formează o legătură donor-acceptor.

Când amoniacul este dizolvat în apă, are loc procesul opus. Și deoarece ionii de azot au o pereche de electroni neîmpărțiți, iar ionii de hidrogen au un orbital liber, apare o legătură suplimentară și se formează ionii de amoniu NH5 + și ionii de hidroxid OH-. Ca urmare, soluția dobândește proprietăți de bază. Acest proces poate fi exprimat prin formula:

H3O + NH4  NH5 + OH

Moleculele de amoniac într-o soluție apoasă adaugă ioni de hidrogen pozitivi, de exemplu. amoniacul prezintă proprietăți de bază.

Acum luați în considerare de ce compusul cu hidrogen al fluorului - fluorură de hidrogen HF - într-o soluție apoasă este un acid, dar mai slab decât acidul clorhidric. Acest lucru se datorează faptului că razele ionilor de fluor sunt mult mai mici decât cele ale ionilor de clor. Prin urmare, ionii de fluor atrag ionii de hidrogen mult mai puternic decât ionii de clorură. În acest sens, gradul de disociere al acidului fluorhidric este mult mai mic decât cel al acidului clorhidric, adică. acidul fluorhidric este mai slab decât acidul clorhidric.

Din exemplele de mai sus se pot trage următoarele concluzii generale. :

În perioade de la stânga la dreapta, sarcina pozitivă a ionilor elementelor crește. În acest sens, proprietățile acide ale compușilor de hidrogen volatil ai elementelor din soluții apoase sunt îmbunătățite.

În grupuri, de sus în jos, anionii încărcați negativ atrag din ce în ce mai mult ionii de hidrogen cu încărcare pozitivă slabă H+. În acest sens, procesul de separare a ionilor de hidrogen H + este facilitat și proprietățile acide ale compușilor cu hidrogen cresc.

Compușii cu hidrogen ai nemetalelor, care au proprietăți acide în soluții apoase, reacționează cu alcalii. Compușii cu hidrogen ai nemetalelor, care au proprietăți bazice în soluții apoase, reacționează cu acizii.

Activitatea de oxidare a compușilor hidrogen ai nemetalelor în grupuri de sus în jos crește foarte mult. De exemplu, este imposibil să se oxideze chimic fluorul din compusul hidrogen HF, dar clorul poate fi oxidat din compusul hidrogen HCl prin diverși agenți oxidanți. Acest lucru se explică prin faptul că razele atomice cresc brusc de sus în jos în grupuri, în legătură cu care este facilitată întoarcerea electronilor.

metale și nemetale, uneori se numesc semimetale ... 85) îi aparţin metale, iar la dreapta - în principal la nemetale. Această graniță nu este suficient de clară... . STRUCTURĂ CRISTALINĂ METALELE Proprietate generală metaleși aliaje -...

1. Metalele (5)

   Rezumat >> Chimie

   Restaurarea ionilor lor. Proprietăți chimice metale I. Reacţii cu nemetale 1) Cu oxigen: 2Mg0 + O2 2Mg ... . Fierul este destul de activ din punct de vedere chimic metal. Interacţiune nemetale. Când este încălzit, fierul reacţionează...

PROPRIETATI ALE ELEMENTELOR SI SISTEMUL PERIODIC

Toate elementele din Tabelul Periodic sunt împărțite condiționat în metale și nemetale. Elementele nemetalice includ:

El, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, F, C1, Br, I, At, O, S, Se. Te, N, P, As, C, Si, B, H

Toate celelalte elemente sunt considerate metalice.

Substanțele simple (elementele în formă liberă) se împart și ele în metale și nemetale, în funcție de proprietățile lor fizico-chimice. Deci, în funcție de proprietățile fizice, de exemplu, conductivitatea electronică, borul este un nemetal, iar cuprul este un metal, deși sunt posibile excepții (grafit).

În sistemul Periodic, nemetalele sunt elemente ale grupelor principale (grupele A), începând cu grupa IIIA (bor); elementele rămase ale grupelor A și toate elementele grupelor B sunt metale. În principalele grupe, proprietățile metalice sunt mai pronunțate pentru elementele mai grele, iar grupa 1A include doar metale, iar grupele VPA și VIIIA includ numai nemetale.

În principalele grupe, proprietățile metalice ale elementelor cresc, iar proprietățile nemetalice scad odată cu creșterea numărului atomic al elementului.

În perioadele pentru elementele grupelor principale, proprietățile metalice scad, iar proprietățile nemetalice cresc cu creșterea numărului ordinal al elementului.

Rezultă că cel mai tipic element nemetalic este fluorul, cel mai tipic element metalic este franciul.

În sistemul periodic, granițele naturale sunt clar vizibile, față de care se observă o schimbare a proprietăților elementelor. 1A grupă conține metale tipice, elemente din grupa VIIIA (gaze nobile) - nemetale tipice, grupurile intermediare includ nemetale „în partea de sus” a tabelului de elemente și metale „în partea de jos” a tabelului de elemente. O altă graniță între metale și nemetale corespunde elementelor Be - A1-Ge - Sb - Po (limită diagonală). Elementele acestei granițe în sine și cele adiacente acesteia au proprietăți atât metalice, cât și nemetalice; aceste elemente sunt caracterizate de comportament amfoter. Substanțele simple ale acestor elemente pot apărea atât sub formă de modificări metalice, cât și nemetalice (forme alotrope).

Ca măsură a naturii metalice și nemetalice a elementelor, se poate lua energia de ionizare a atomilor lor. Energia de ionizare este energia necesară îndepărtarea completă un electron dintr-un atom. De obicei, metalele au o energie de ionizare relativ scăzută (496 kJ/mol pentru Na, 503 kJ/mol pentru Ba), în timp ce nemetalele au o energie de ionizare mare (1680 kJ/mol pentru F, 1401 kJ/mol pentru N). Atomii elementelor care prezintă comportament amfoter (Be, A1, Ge, Sb, Po etc.) corespund energiilor de ionizare intermediare (762 kJ/mol pentru Ge, 833 kJ/mol pentru Sb), în timp ce gazele nobile au cele mai mari valori (2080 kJ/mol pentru Ne, 2372 kJ/mol pentru He). În cadrul grupului sistemului periodic, valorile energiei de ionizare a atomilor scad odată cu creșterea numărului ordinal al elementului, adică cu creșterea dimensiunii atomilor. Elemente electropozitive și electronegative. În conformitate cu înclinația atomilor elementelor de a forma ioni monoatomici pozitivi și negativi, există elemente electropozitive și electronegative.

Atomii elementelor electronegative au o mare afinitate electronică. Atomii unor astfel de elemente se mențin foarte puternic proprii electroniși tind să accepte electroni suplimentari în reacțiile chimice. Atomii elementelor electropozitive au o afinitate electronică scăzută. Atomii unor astfel de elemente își păstrează slab proprii electroni și tind să-și piardă acești electroni în reacțiile chimice.

Cele mai electropozitive elemente sunt metalele tipice (elementele grupului 1A), iar cele mai electronegative elementele sunt nemetale tipice (elementele grupului VPA).

Caracterul electropozitiv al elementelor crește de sus în jos în cadrul grupurilor principale și scade de la stânga la dreapta în intervale de timp. Natura electronegativă a elementelor scade de sus în jos în cadrul grupurilor principale și crește de la stânga la dreapta în intervale de timp.

Metalele(din latină metallum - mine, mine) - un grup de elemente sub formă de substanțe simple cu proprietăți metalice caracteristice, cum ar fi conductivitate termică și electrică ridicată, coeficient de rezistență pozitiv la temperatură, ductilitate ridicată, maleabilitate și luciu metalic.

Dintre cele 118 elemente chimice descoperite în acest moment (dintre care nu toate sunt recunoscute oficial), metalele includ:

6 elemente din grupa metalelor alcaline: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr

4 din grupa metalelor alcalino-pământoase: Ca, Sr, Ba, Ra

precum şi în afara anumitor grupe de beriliu şi magneziu

38 din grupul metalelor de tranziție:

Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn;

Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd;

La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg;

7 din grupa metalelor ușoare: Al, Ga, In, Sn, Tl, Pb, Bi

7 din grupa semimetalelor: B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po

14 în grupul lantanide + lantan (La):

Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu

14 din grupul actinidelor (proprietățile fizice nu au fost studiate pentru toate elementele) + actiniu (Ac):

Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr.

Astfel, 94 de elemente din toate cele descoperite pot aparține metalelor; toate celelalte sunt nemetale.

În astrofizică, termenul „metal” poate avea un înțeles diferit și se poate referi la toate elemente chimice mai greu decât heliul (vezi Metalicitatea).

În plus, în fizică, metalele [ca conductori] sunt opuse semiconductorilor și dielectricilor (vezi și Semimetal (spintronica)).

Originea cuvântului „metal”:

Cuvântul „metal” este împrumutat de la Limba germană. Se notează în „Herbal” a lui Nikolai Lyubchanin, scris în 1534: „... aurul și argintul înving toate metalele”. A fost în cele din urmă asimilat în epoca petrină. Avea inițial sens general„minerale, minereu, metal”; distincția dintre aceste concepte s-a produs în epoca lui M. V. Lomonosov.

Cuvântul german „metall” este împrumutat din limba latină, unde „metallum” este „al meu, metal”. Latina, la rândul ei, este împrumutată din greacă (μεταλλον - „al meu, al meu”).

Găsirea în natură:

Majoritatea metalelor sunt prezente în natură sub formă de minereuri și compuși. Ele formează oxizi, sulfuri, carbonați și alți compuși chimici. Pentru a obține metale pure și pentru a le folosi în continuare, este necesar să le separați de minereuri și să efectuați purificarea. Dacă este necesar, se efectuează alierea și alte prelucrări ale metalelor. Studiul acestui lucru este știința metalurgiei. Metalurgia face diferența între minereurile de metale feroase (pe bază de fier) ​​și minereurile neferoase (fierul nu este inclus în compoziția lor, doar aproximativ 70 de elemente). Aurul, argintul și platina sunt, de asemenea, metale prețioase (nobile). În plus, sunt prezenți în cantități mici în apa de mare și în organismele vii (în timp ce joacă un rol important).

Se știe că 3% din corpul uman este format din metale. Cel mai mult în organismul de calciu (în oase) și sodiu, care acționează ca un electrolit în fluidul intercelular și citoplasmă. Magneziul este stocat în mușchi și sistem nervos, cupru - în ficat, fier - în sânge.

Proprietățile metalului:

Proprietățile fizice ale metalelor

Toate metalele (cu excepția mercurului și, în mod condiționat, a Franței) sunt în stare solidă în condiții normale, dar au durități diferite. Tabelul de mai jos arată duritatea unor metale pe scara Mohs.

Duritatea unor metale pe scara Mohs:

Punctele de topire ale metalelor pure variază de la -39°C (mercur) la 3410°C (tungsten). Punctul de topire al majorității metalelor (cu excepția alcalinelor) este ridicat, dar unele metale „normale”, precum staniul și plumbul, pot fi topite pe o sobă convențională electrică sau pe gaz.

În funcție de densitate, metalele se împart în ușoare (densitate 0,53 ÷ 5 g/cm³) și grele (5 ÷ 22,5 g/cm³). Cel mai ușor metal este litiul (densitate 0,53 g/cm³). În prezent, este imposibil să numim cel mai greu metal, deoarece densitățile osmiului și iridiului - cele două metale cele mai grele - sunt aproape egale (aproximativ 22,6 g / cm³ - exact de două ori densitatea plumbului) și este extrem de dificil să le calculăm exact. densitate: pentru aceasta aveți nevoie de metale complet curate, deoarece orice impurități le reduc densitatea.

Majoritatea metalelor sunt ductile, ceea ce înseamnă că un fir metalic poate fi îndoit fără a se rupe. Acest lucru se datorează deplasării straturilor de atomi de metal fără a rupe legătura dintre ele. Cele mai multe plastice sunt aurul, argintul și cuprul. Aurul poate fi folosit pentru a face folie cu grosimea de 0,003 mm, care este folosită pentru aurirea produselor. Cu toate acestea, nu toate metalele sunt plastice. Sârmă de zinc sau staniu se îndoiește; manganul și bismutul nu se îndoaie deloc în timpul deformării, ci se rup imediat. Plasticitatea depinde și de puritatea metalului; Astfel, cromul foarte pur este foarte ductil, dar contaminat chiar și cu impurități minore, devine fragil și mai dur. Unele metale, cum ar fi aurul, argintul, plumbul, aluminiul, osmiul, pot crește împreună, dar acest lucru poate dura decenii.

Toate metalele conduc bine electricitatea; aceasta se datorează prezenței în rețelele lor cristaline a electronilor mobili care se mișcă sub acțiunea unui câmp electric. Argintul, cuprul și aluminiul au cea mai mare conductivitate electrică; din acest motiv, ultimele două metale sunt cel mai des folosite ca material pentru fire. Sodiul are, de asemenea, o conductivitate electrică foarte mare; sunt cunoscute încercări de a utiliza conductori de sodiu sub formă de tuburi din oțel inoxidabil cu pereți subțiri umplute cu sodiu în echipamentele experimentale. Datorită celor mici gravitație specifică sodiu, cu rezistență egală, „firele” de sodiu sunt mult mai ușoare decât cuprul și chiar puțin mai ușoare decât aluminiul.

Conductivitatea termică ridicată a metalelor depinde și de mobilitatea electronilor liberi. Prin urmare, seria conductivităților termice este similară cu seria conductivităților electrice, iar cel mai bun conductor de căldură, ca și electricitatea, este argintul. Sodiul găsește, de asemenea, utilizare ca un bun conductor de căldură; Este larg cunoscută, de exemplu, utilizarea sodiului în supapele motoarelor de automobile pentru a le îmbunătăți răcirea.

Bismutul și mercurul au cea mai scăzută conductivitate termică.

Culoarea majorității metalelor este aproximativ aceeași - gri deschis cu o nuanță albăstruie. Aurul, cuprul și cesiul sunt galben, roșu și, respectiv, galben deschis.

Proprietățile chimice ale metalelor

La nivel electronic extern, majoritatea metalelor au un număr mic de electroni (1-3), astfel încât în ​​majoritatea reacțiilor acţionează ca agenți reducători (adică își „dau” electronii)

Reacții cu substanțe simple

Toate metalele reacționează cu oxigenul, cu excepția aurului și a platinei. Reacția cu argintul are loc când temperaturi mari, dar oxidul de argint(II) practic nu se formează, deoarece este instabil termic. În funcție de metal, producția poate fi oxizi, peroxizi, superoxizi:

oxid de litiu

peroxid de sodiu

Superoxid de potasiu

Pentru a obține oxid din peroxid, peroxidul este redus cu un metal:

Cu metale cu activitate medie și scăzută, reacția are loc atunci când este încălzită:

Doar cele mai active metale reacționează cu azotul, doar litiul interacționează la temperatura camerei, formând nitruri:

Când este încălzit:

Toate metalele reacţionează cu sulful, cu excepţia aurului şi platinei:

Fierul reacționează cu sulful atunci când este încălzit pentru a forma sulfură:

Doar cele mai active metale reacționează cu hidrogenul, adică metalele din grupele IA și IIA, cu excepția Be. Reacțiile sunt efectuate atunci când sunt încălzite și se formează hidruri. În reacții, metalul acționează ca un agent reducător, starea de oxidare a hidrogenului este -1:

Doar cele mai active metale reacţionează cu carbonul. În acest caz, se formează acetilenide sau metanide. Acetilidele, atunci când interacționează cu apa, dau acetilenă, metanide - metan.

Interacțiunea acizilor cu metalele:

Metalele reacţionează diferit cu acizii. Metalele din seria de activitate electrochimică a metalelor (ERAM) până la hidrogen interacționează cu aproape toți acizii.

2. Nemetale- elemente chimice cu proprietăți tipic nemetalice care ocupă dreapta colțul de sus Sistem periodic. Localizarea lor în principalele subgrupe ale perioadelor respective este următoarea:

grup	eu	III	IV	V	VI	VII	VIII
prima perioada	H
a 2-a perioadă
a 3-a perioadă
a 6-a perioadă

O trăsătură caracteristică a nemetalelor este un număr mai mare (comparativ cu metalele) de electroni la nivelul de energie externă a atomilor lor. Acest lucru determină capacitatea lor mai mare de a atașa electroni suplimentari și manifestarea unei activități oxidative mai mari decât cea a metalelor.

Nemetalele au afinități electronice ridicate, electronegativitate ridicată și potențial redox ridicat.

Datorită energiilor mari de ionizare ale nemetalelor, atomii lor pot forma legături chimice covalente cu atomii altor nemetale și elemente amfotere. Spre deosebire de natura predominant ionică a structurii compușilor metalici tipici, substanțele nemetalice simple, precum și compușii nemetalici, au o natură covalentă a structurii.

În formă liberă, pot exista substanțe simple nemetalice gazoase - fluor, clor, oxigen, azot, hidrogen, gaze inerte, solide - iod, astatin, sulf, seleniu, telur, fosfor, arsen, carbon, siliciu, bor, la temperatura camerei în brom lichid există.

Unele nemetale prezintă alotropie. Deci, oxigenul gazos se caracterizează prin două modificări alotropice - oxigenul (O2) și ozonul (O3), carbonul solid are multe forme - diamant, astralene, grafen, grafit, carbyne, lonsdaleit, fullerene, carbon sticlos, dicarbon, nanostructuri de carbon (nanofeam). , nanoconuri , nanotuburi, nanofibre) și carbonul amorf au fost deja descoperite și sunt posibile și alte modificări, de exemplu, haoitul și carbonul metalic.

Azotul, oxigenul și sulful se găsesc sub formă moleculară ca substanțe simple în natură. Mai des, nemetalele se găsesc în substanțe chimice formă legată: acestea sunt apa, minerale, roci, diverși silicați, fosfați, borați. În ceea ce privește prevalența în scoarța terestră, nemetalele diferă semnificativ. Cele mai frecvente sunt oxigenul, siliciul, hidrogenul; cele mai rare sunt arsenicul, seleniul, iodul.