1. Связь внутреннего строения металлов с их свойствами

Что об­ще­го в стро­е­нии ато­мов ме­тал­лов? Для от­ве­та на этот во­прос нужно вспом­нить, где рас­по­ла­га­ют­ся ме­тал­лы в Пе­ри­о­ди­че­ской си­сте­ме. В боль­шин­стве своем, ме­тал­лы рас­по­ло­же­ны в левой и ниж­ней части таб­ли­цы Мен­де­ле­е­ва, т.е. в ос­нов­ном в I, II и III груп­пах. По­это­му для  эле­мен­тов-ме­тал­лов ха­рак­тер­ны от­но­си­тель­но боль­шие ра­ди­у­сы и малое число внеш­них элек­тро­нов (как пра­ви­ло, не более трех).

Такое стро­е­ние ато­мов ме­тал­лов объ­яс­ня­ет их боль­шую вос­ста­но­ви­тель­ную ак­тив­ность, они легко пре­вра­ща­ют­ся в ка­ти­о­ны. Ото­рвав­ши­е­ся от ато­мов элек­тро­ны сво­бод­но пе­ре­ме­ща­ют­ся между ка­ти­о­на­ми ме­тал­лов, воз­ни­ка­ет ме­тал­ли­че­ская связь. Ме­тал­ли­че­ской на­зы­ва­ют связь между ион-ато­ма­ми ме­тал­лов и де­ло­ка­ли­зо­ван­ны­ми элек­тро­на­ми. Кри­стал­ли­че­скую ре­шет­ку ме­тал­лов на­зы­ва­ют ме­тал­ли­че­ской.

Рис. 1. Мо­дель кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки ме­тал­ла

Осо­бое стро­е­ние ме­тал­ли­че­ской кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки обу­слав­ли­ва­ет общие свой­ства ме­тал­лов. Они по-осо­бо­му бле­стят, об­ла­да­ют пла­стич­но­стью, вы­со­кой теп­ло- и элек­тро­про­вод­но­стью. Все ме­тал­лы про­яв­ля­ют вос­ста­но­ви­тель­ные свой­ства. При­чем вос­ста­но­ви­тель­ная ак­тив­ность, как пра­ви­ло, уси­ли­ва­ет­ся свер­ху вниз по груп­пе и спра­ва на­ле­во по пе­ри­о­ду.

 2. Химические свойства металлов

Ме­тал­лы ре­а­ги­ру­ют со мно­ги­ми неме­тал­ла­ми, в част­но­сти с га­ло­ге­на­ми, кис­ло­ро­дом и серой. В ре­зуль­та­те про­те­ка­ют ре­ак­ции со­еди­не­ния. Ме­тал­лы в этих пре­вра­ще­ни­ях вы­сту­па­ют в роли вос­ста­но­ви­те­лей.

На­при­мер, при вза­и­мо­дей­ствии каль­ция с хло­ром об­ра­зу­ет­ся хло­рид каль­ция:

Ca + Cl₂ = CaCl₂

При вза­и­мо­дей­ствии маг­ния с кис­ло­ро­дом, об­ра­зу­ет­ся оксид маг­ния:

2Mg + O₂ = 2MgO

При вза­и­мо­дей­ствии калия с серой об­ра­зу­ет­ся суль­фид калия:

2K + S = K₂S

Нужно пом­нить, что ско­рость про­те­ка­ния дан­ных ре­ак­ций за­ви­сит от ак­тив­но­сти ме­тал­ла (от его при­ро­ды).

На­при­мер, кис­ло­ро­дом воз­ду­ха при обыч­ных усло­ви­ях быст­ро окис­ля­ют­ся толь­ко ме­тал­лы, сто­я­щие в ряду ак­тив­но­сти до маг­ния. Это ще­лоч­ные и ще­лоч­но­зе­мель­ные ме­тал­лы. Боль­шин­ство же ме­тал­лов окис­ля­ет­ся кис­ло­род воз­ду­ха мед­лен­но или толь­ко при на­гре­ва­нии. Се­реб­ро, зо­ло­то и пла­ти­на кис­ло­ро­дом воз­ду­ха не окис­ля­ют­ся.

Вам также из­вест­ны ре­ак­ции ме­тал­лов с водой, кис­ло­та­ми и рас­тво­ра­ми солей.

Наи­бо­лее ак­тив­ные ме­тал­лы вза­и­мо­дей­ству­ют с водой при обыч­ных усло­ви­ях (без на­гре­ва­ния) с об­ра­зо­ва­ни­ем гид­рок­си­дов и во­до­ро­да. Ме­тал­лы, сто­я­щие в ряду ак­тив­но­сти между алю­ми­ни­ем и во­до­ро­дом, вза­и­мо­дей­ству­ют с водой при на­гре­ва­нии с об­ра­зо­ва­ни­ем ок­си­дов и во­до­ро­да. Ме­тал­лы, сто­я­щие за во­до­ро­дом, во­до­род из воды не вы­тес­ня­ют.

Вза­и­мо­дей­ствие ме­тал­ла с рас­тво­ром соли воз­мож­но, если ре­а­ги­ру­ю­щий ме­талл ак­тив­нее, чем ме­талл, вхо­дя­щий в со­став соли. На­при­мер, ре­ак­ция между суль­фа­том меди(II) и цин­ком про­те­ка­ет, т.к. цинк рас­по­ло­жен в ряду ак­тив­но­сти левее меди. В ре­зуль­та­те об­ра­зу­ет­ся суль­фат цинка и ме­тал­ли­че­ская медь. А вот медь с рас­тво­ром суль­фа­та цинка вза­и­мо­дей­ство­вать не будет, т.к. медь – мене ак­тив­ный ме­талл, чем цинк.

Zn + CuSO₄ = Cu + ZnSO₄

Cu + ZnSO₄ → ре­ак­ция не идет

Ме­тал­лы, сто­я­щие в ряду ак­тив­но­сти левее во­до­ро­да, спо­соб­ны вы­тес­нять во­до­род из рас­тво­ров кис­лот. Ис­клю­че­ние со­став­ля­ет раз­бав­лен­ная азот­ная кис­ло­та. Даже в раз­бав­лен­ном виде эта кис­ло­та об­ла­да­ет силь­ны­ми окис­ли­тель­ны­ми свой­ства­ми и спо­соб­на окис­лять даже ма­ло­ак­тив­ные ме­тал­лы, при­чем в этих ре­ак­ци­ях во­до­род, как пра­ви­ло, не вы­де­ля­ет­ся.

 3. Способы получения металлов

Наи­бо­лее ак­тив­ные ме­тал­лы по­лу­ча­ют элек­тро­ли­зом рас­пла­вов их со­еди­не­ний. Менее ак­тив­ные ме­тал­лы вос­ста­нав­ли­ва­ют из их ок­си­дов углем, ок­си­дом уг­ле­ро­да(II), во­до­ро­дом или алю­ми­ни­ем, а суль­фи­ды ме­тал­лов вна­ча­ле об­жи­га­ют. Такие ме­то­ды по­лу­че­ния ме­тал­лов на­зы­ва­ют пи­ро­ме­тал­лур­ги­ей. Неко­то­рые ме­тал­лы по­лу­ча­ют из рас­тво­ров их солей ме­то­да­ми гид­ро- или элек­тро­ме­тал­лур­гии.

За­ко­но­мер­но­сти, от­ра­жен­ные в таб­ли­це 1, услов­ные. Од­на­ко эта таб­ли­ца по­мо­га­ет ори­ен­ти­ро­вать­ся в неко­то­рых хи­ми­че­ских про­цес­сах.

Таб­ли­ца 1. Хи­ми­че­ские свой­ства и спо­со­бы по­лу­че­ния ме­тал­лов