Активни метали. Активни метали Серијата на активност на метали Табелата е завршена

Кои информации може да се добијат од низа напони?

Широко се користат низа метални напони во неорганска хемија. Особено, резултатите од многу реакции, па дури и можноста за нивна имплементација зависат од положбата на одреден метал во NER. Ајде да разговараме за ова прашање подетално.

Интеракција на метали со киселини

Металите лоцирани во напонската серија лево од водородот реагираат со киселини - неоксидирачки агенси. Металите лоцирани во ERN десно од H комуницираат само со оксидирачки киселини (особено, со HNO 3 и концентриран H 2 SO 4).

Пример 1. Цинкот се наоѓа во NER лево од водородот, затоа, тој може да реагира со речиси сите киселини:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2

Пример 2. Бакарот се наоѓа во ERN десно од H; овој метал не реагира со „обични“ киселини (HCl, H 3 PO 4, HBr, органски киселини), но комуницира со оксидирачки киселини (азотна, концентрирана сулфурна):

Cu + 4HNO 3 (конк.) = Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Cu + 2H 2 SO 4 (конк.) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Би сакал да го привлечам вашето внимание на една важна точка: кога металите комуницираат со оксидирачките киселини, не се ослободува водородот, туку некои други соединенија. Можете да прочитате повеќе за ова!

Интеракција на метали со вода

Металите лоцирани во напонската серија лево од Mg лесно реагираат со веќе натопена вода собна температурасо ослободување на водород и формирање на алкален раствор.

Пример 3. Натриум, калиум, калциум лесно се раствораат во вода за да формираат алкален раствор:

2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2

2K + 2H 2 O = 2KOH + H 2

Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2

Металите лоцирани во опсегот на напонот од водород до магнезиум (вклучително) во некои случаи комуницираат со вода, но реакциите бараат специфични услови. На пример, алуминиумот и магнезиумот почнуваат да комуницираат со H 2 O само по отстранувањето на оксидниот филм од металната површина. Железото не реагира со вода на собна температура, туку реагира со водена пареа. Кобалт, никел, калај и олово практично не комуницираат со H 2 O, не само на собна температура, туку и кога се загреваат.

Металите лоцирани на десната страна на ERN (сребро, злато, платина) не реагираат со вода под никакви услови.

Интеракција на метали со водени раствори на соли

Ќе зборуваме за реакции од следниов тип:

метал (*) + метална сол (**) = метал (**) + метална сол (*)

Би сакал да нагласам дека ѕвездичките во овој случај не ја означуваат состојбата на оксидација или валентноста на металот, туку едноставно дозволуваат да се направи разлика помеѓу метал бр. 1 и метал бр. 2.

За да се спроведе таква реакција, треба да се исполнат три услови истовремено:

1. солите вклучени во процесот мора да се растворат во вода (ова може лесно да се провери со помош на табелата за растворливост);
2. металот (*) мора да биде во серијата на напрегања лево од металот (**);
3. металот (*) не треба да реагира со вода (што исто така лесно се потврдува со ESI).

Пример 4. Ајде да погледнеме неколку реакции:

Zn + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu

K + Ni(NO 3) 2 ≠

Првата реакција е лесно изводлива, сите горенаведени услови се исполнети: бакар сулфат е растворлив во вода, цинкот е во NER лево од бакарот, Zn не реагира со вода.

Втората реакција е невозможна бидејќи првиот услов не е исполнет (бакар (II) сулфидот е практично нерастворлив во вода). Третата реакција не е изводлива, бидејќи оловото е помалку активен метал од железото (се наоѓа десно во ESR). Конечно, четвртиот процес НЕМА да резултира со врнежи од никел бидејќи калиумот реагира со вода; добиениот калиум хидроксид може да реагира со растворот на сол, но ова е сосема поинаков процес.

Процес на термичко распаѓање на нитрати

Да ве потсетам дека нитратите се соли на азотна киселина. Сите нитрати се распаѓаат кога се загреваат, но составот на производите на распаѓање може да варира. Составот се одредува според положбата на металот во серијата на напрегања.

Нитратите на металите лоцирани во NER лево од магнезиумот, кога се загреваат, го формираат соодветниот нитрит и кислород:

2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2

При термичко разложување на металните нитрати лоцирани во напонскиот опсег од Mg до Cu вклучено, се формираат метални оксиди, NO 2 и кислород:

2Cu(NO 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2

Конечно, при распаѓањето на нитратите од најмалку активните метали (лоцирани во ERN десно од бакарот), се формираат метал, азот диоксид и кислород.

Металите кои лесно реагираат се нарекуваат активни метали. Тие вклучуваат алкални, земноалкални металии алуминиум.

Позиција во периодниот систем

Металните својства на елементите се намалуваат од лево кон десно во периодниот систем. Затоа, елементите на групите I и II се сметаат за најактивни.

Ориз. 1. Активни металиво периодниот систем.

Сите метали се редуцирачки агенси и лесно се разделуваат со електроните на надворешното енергетско ниво. Активните метали имаат само еден или два валентни електрони. Во исто време метални својствасе интензивира од врвот до дното со зголемување на бројот на нивоа на енергија, бидејќи Колку електронот е подалеку од јадрото на атомот, толку полесно ќе се оддели.

Алкалните метали се сметаат за најактивни:

• литиум;
• натриум;
• калиум;
• рубидиум;
• цезиум;
• француски

Алкалните земјени метали вклучуваат:

• берилиум;
• магнезиум;
• калциум;
• стронциум;
• бариум;
• радиум.

Степенот на активност на метал може да се определи со електрохемиската серија на метални напони. Колку подалеку од водородот се наоѓа елементот, толку е поактивен. Металите десно од водородот се неактивни и можат да реагираат само со концентрирани киселини.

Ориз. 2. Електрохемиска серијаметални напрегања.

Списокот на активни метали во хемијата го вклучува и алуминиумот, кој се наоѓа во групата III и лево од водородот. Сепак, алуминиумот е на границата на активните и средно активните метали и не реагира со некои супстанции во нормални услови.

Својства

Активните метали се меки (може да се сечат со нож), лесни и имаат ниска точка на топење.

Основни хемиски својстваметалите се претставени во табелата.

Активните метали лесно реагираат, па во природата ги има само во мешавини - минерали, карпи.

Ориз. 3. Минерали и чисти метали.

Што научивме?

Активните метали вклучуваат елементи од групите I и II - алкални и земноалкални метали, како и алуминиум. Нивната активност е одредена од структурата на атомот - неколку електрони лесно се одвојуваат од надворешниот ниво на енергија. Тоа се меки лесни метали кои брзо реагираат со едноставни и комплексни супстанции, формирајќи оксиди, хидроксиди, соли. Алуминиумот е поблиску до водородот и неговата реакција со супстанции бара дополнителни услови- високи температури, уништување на оксидниот филм.

Тест на темата

Евалуација на извештајот

Просечна оцена: 4.4. Вкупно добиени оценки: 388.

Ако од целата серија на стандардни електродни потенцијали ги избереме само оние електродни процеси кои одговараат на општата равенка

тогаш добиваме низа метални напрегања. Покрај металите, оваа серија секогаш ќе вклучува водород, кој ви овозможува да видите кои метали се способни да го поместат водородот од водените раствори на киселини.

Табела 19. Серии на метални напрегања

Голем број на напрегања за најважните метали се дадени во табелата. 19. Положбата на одреден метал во низа напрегања ја карактеризира неговата способност да подлежи на редокс интеракции во водени растворипод стандардни услови. Металните јони се оксидирачки агенси, а металите во форма едноставни материи- агенси за намалување. Освен тоа, колку повеќе металот се наоѓа во напонската серија, толку е посилно оксидирачкото средство во воден раствор неговите јони, и обратно, колку металот е поблиску до почетокот на серијата, толку посилни се намалувачките својства на едноставниот супстанција - метал.

Потенцијал за процес на електрода

во неутрална средина е еднаква на B (види страница 273). Активните метали на почетокот на серијата, кои имаат потенцијал значително понегативен од -0,41 V, го изместуваат водородот од водата. Магнезиумот го менува водородот само од топла вода. Металите лоцирани помеѓу магнезиум и кадмиум генерално не го поместуваат водородот од водата. На површината на овие метали се формираат оксидни филмови, кои имаат заштитен ефект.

Металите лоцирани помеѓу магнезиумот и водородот го менуваат водородот од киселинските раствори. Во исто време, на површината на некои метали се формираат и заштитни филмови, кои ја инхибираат реакцијата. Така, оксидниот филм на алуминиум го прави овој метал стабилен не само во вода, туку и во раствори на одредени киселини. Оловото не се раствора во сулфурна киселина во неговата концентрација подолу, бидејќи солта што се формира кога оловото реагира со сулфурна киселина е нерастворлива и создава заштитна фолија на металната површина. Феноменот на длабока инхибиција на оксидацијата на металот, поради присуството на заштитни оксиди или солени филмови на неговата површина, се нарекува пасивност, а состојбата на металот во овој случај се нарекува пасивна состојба.

Металите се способни да се поместуваат едни со други од растворите на сол. Насоката на реакцијата се определува со нивната релативна положба во низата напрегања. Кога се разгледуваат конкретни случаи на такви реакции, треба да се запомни дека активните метали го поместуваат водородот не само од водата, туку и од кој било воден раствор. Затоа, меѓусебното поместување на металите од растворите на нивните соли практично се случува само во случај на метали лоцирани во серијата по магнезиум.

Бекетов бил првиот кој детално го проучувал поместувањето на металите од нивните соединенија со други метали. Како резултат на неговата работа, тој ги подредил металите според нивната хемиска активност во серија на поместување, што е прототип на низа метални напрегања.

Релативната положба на некои метали во серијата на напрегања и во периодниот систем на прв поглед не одговараат едни на други. На пример, според позицијата во периодниот систем, хемиската активност на калиумот треба да биде поголема од натриумот, а натриумот - поголема од литиумот. Во серијата на напони, литиумот е најактивен, а калиумот зазема средна позиција помеѓу литиумот и натриумот. Цинкот и бакарот, според нивната положба во периодниот систем, треба да имаат приближно еднаква хемиска активност, но во напонската серија, цинкот се наоѓа многу порано од бакарот. Причината за овој вид на недоследност е следнава.

Кога се споредуваат металите кои заземаат една или друга позиција во периодниот систем, енергијата на јонизација на слободните атоми се зема како мерка за нивната хемиска активност - способност за намалување. Навистина, кога се движите, на пример, од врвот до дното по главната подгрупа од групата I периодниот системенергијата на јонизација на атомите се намалува, што е поврзано со зголемување на нивните радиуси (т.е. со поголемо растојание на надворешните електрони од јадрото) и со зголемување на скринингот на позитивниот полнеж на јадрото со средни електронски слоеви (види § 31) . Затоа, атомите на калиум покажуваат поголема хемиска активност - тие имаат посилни намалувачки својства - од атомите на натриум, а атомите на натриум покажуваат поголема активност од атомите на литиум.

Кога се споредуваат металите во низа напони, работата на претворање на метал во цврста состојба во хидрирани јони во воден раствор се зема како мерка за хемиската активност. Оваа работа може да се претстави како збир од три члена: енергија на атомизација - трансформација на метален кристал во изолирани атоми, енергија на јонизација на слободни метални атоми и енергија на хидратација на добиените јони. Енергијата на атомизација ја карактеризира јачината на кристалната решетка на даден метал. Енергијата на јонизација на атомите - отстранување на валентни електрони од нив - е директно одредена од положбата на металот во периодниот систем. Енергијата што се ослободува за време на хидратацијата зависи од електронска структурајон, неговиот полнеж и радиус.

Јоните на литиум и калиум, кои имаат ист полнеж, но различни радиуси, ќе создадат нееднакви електрични полиња. Полето генерирано во близина на мали јони на литиум ќе биде посилно од полето во близина на големи јони на калиум. Од ова е јасно дека јоните на литиум ќе хидратираат со ослободување на повеќе енергија од јоните на калиум.

Така, за време на разгледуваната трансформација, енергијата се троши на атомизација и јонизација и енергија се ослободува за време на хидратацијата. Колку е помала вкупната потрошувачка на енергија, толку ќе биде полесен целиот процес и колку поблиску до почетокот на серијата на напрегања ќе се наоѓа дадениот метал. Но, од трите члена на општата енергетска рамнотежа, само еден - енергијата на јонизација - е директно одредена од положбата на металот во периодниот систем. Следствено, нема причина да се очекува дека релативната положба на одредени метали во серијата на напрегања секогаш ќе одговара на нивната позиција во периодниот систем. Така, за литиумот, вкупната потрошувачка на енергија се покажува помала отколку за калиумот, според кој литиумот доаѓа пред калиумот во напонската серија.

За бакар и цинк, потрошувачката на енергија за јонизација на слободните атоми и енергетското засилување при јонска хидратација се блиски. Но, металниот бакар формира посилна кристална решетка, отколку цинкот, како што може да се види од споредбата на температурите на топење на овие метали: цинкот се топи на , а бакарот само на . Затоа, енергијата потрошена за атомизација на овие метали е значително различна, како резултат на што вкупните трошоци за енергија за целиот процес во случајот на бакар се многу поголеми отколку во случајот со цинкот, што ја објаснува релативната положба на овие метали во серијата на напрегања.

При премин од вода на растворувачи кои не се водени, релативните позиции на металите во напонската серија може да се променат. Причината за ова е што енергијата на растворање на различни метални јони се менува различно кога се движат од еден растворувач во друг.

Конкретно, бакарниот јон е доста енергично растворен во некои органски растворувачи; Ова води до фактот дека во таквите растворувачи бакарот се наоѓа во напонската серија пред водородот и го поместува од киселинските раствори.

Така, за разлика од периодичниот систем на елементи, низата метални напрегања не се одраз на општа шема, врз основа на која е можно да се даде сеопфатна Карактеристика на хемиските својства на металите. Низа напони ја карактеризираат само редокс способноста на електрохемискиот систем „јон метал - метал“ под строго дефинирани услови: вредностите дадени во него се однесуваат на воден раствор, температура и единечна концентрација (активност) на метални јони.

Li, K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Cr, Fe, Pb, Х 2 , Cu, Ag, Hg, Au

Колку е металот подалеку лево во низата стандардни електроди, толку е посилен редукциониот агенс тој е литиум металот, златото е најслаб и, обратно, златниот (III) јон е најсилниот оксидирачки агенс; агенс, литиумот (I) е најслаб.

Секој метал е способен да ги намали од солите во раствор оние метали кои се во низата напрегања по него, на пример, железото може да го измести бакарот од растворите на неговите соли. Сепак, запомнете дека алкалните и земноалкалните метали ќе реагираат директно со водата.

Металите лоцирани во напонската серија лево од водородот се способни да го поместат од растворите на разредени киселини, додека се раствораат во нив.

Намалувачката активност на металот не секогаш одговара на неговата позиција во периодниот систем, бидејќи при одредувањето на местото на металот во серија, не се зема предвид само неговата способност да донира електрони, туку и енергијата потрошена за уништување на металната кристална решетка, како и енергијата потрошена за хидратација на јоните.

Интеракција со едноставни супстанции

СО кислород Повеќето метали формираат оксиди - амфотерични и основни:

4Li + O 2 = 2Li 2 O,

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3.

Алкалните метали, со исклучок на литиумот, формираат пероксиди:

2Na + O 2 = Na 2 O 2.

СО халогени металите формираат соли на хидрохалични киселини, на пример,

Cu + Cl 2 = CuCl 2.

СО водород најактивните метали формираат јонски хидриди - супстанции слични на сол во кои водородот има оксидациона состојба од -1.

2Na + H2 = 2NaH.

СО сива боја металите формираат сулфиди - соли на водород сулфид киселина:

СО азот Некои метали формираат нитриди, реакцијата речиси секогаш се случува кога се загреваат:

3Mg + N2 = Mg3N2.

СО јаглерод се формираат карбиди:

4Al + 3C = Al 3 C 4.

СО фосфор - фосфиди:

3Ca + 2P = Ca 3 P2.

Металите можат да комуницираат едни со други, формирајќи меѓуметални соединенија :

2Na + Sb = Na 2 Sb,

3Cu + Au = Cu 3 Au.

Металите можат да се растворат еден во друг на високи температури без да реагираат, да се формираат легури.

Легури

Легури се нарекуваат системи кои се состојат од два или повеќе метали, како и метали и неметали, кои имаат карактеристични својства својствени само за металната состојба.

Својствата на легурите се многу разновидни и се разликуваат од својствата на нивните компоненти, на пример, за златото да стане потврдо и посоодветно за изработка на накит, на него се додава сребро и легура која содржи 40% кадмиум и 60% бизмут. има точка на топење од 144 °C, односно многу пониска од точката на топење на неговите компоненти (Cd 321 °C, Bi 271 °C).

Можни се следниве типови на легури:

Стопените метали се мешаат едни со други во кој било сооднос, се раствораат едни во други на неодредено време, на пример, Ag-Au, Ag-Cu, Cu-Ni и други. Овие легури се хомогени во составот, имаат висока хемиска отпорност и спроведуваат електрична струја;

Исправените метали се мешаат едни со други во кој било сооднос, но кога се ладат се одвојуваат и се добива маса составена од поединечни кристали на компоненти, на пример, Pb-Sn, Bi-Cd, Ag-Pb и други.

Ресторативни својства- ова се главните хемиски својства карактеристични за сите метали. Тие се манифестираат во интеракција со широк спектар на оксидирачки агенси, вклучително и оксидирачки агенси од животната средина. ВО општ погледИнтеракцијата на метал со оксидирачки агенси може да се изрази со следниот дијаграм:

Мене + Оксидирачко средство" Јас(+ X),

Каде е (+X). позитивен степеноксидација на Мене.

Примери за оксидација на метал.

Fe + O 2 → Fe (+3) 4Fe + 3O 2 = 2 Fe 2 O 3

Ti + I 2 → Ti(+4) Ti + 2I 2 = TiI 4

Zn + H + → Zn(+2) Zn + 2H + = Zn 2+ + H 2