Общие свойства металлов. Металлическая связь

 1. Взаимодействие с кислородом

Для ме­тал­лов ха­рак­тер­ны общие фи­зи­че­ские свой­ства: они об­ла­да­ют осо­бен­ным ме­тал­ли­че­ским блес­ком, вы­со­кой теп­ло- и элек­тро­про­вод­но­стью, пла­стич­но­стью.

Для ме­тал­лов также ха­рак­тер­ны неко­то­рые общие хи­ми­че­ские свой­ства. Важно за­пом­нить, что в хи­ми­че­ских ре­ак­ци­ях ме­тал­лы вы­сту­па­ют в ка­че­стве вос­ста­но­ви­те­лей: от­да­ют элек­тро­ны и по­вы­ша­ют свою сте­пень окис­ле­ния. Рас­смот­рим неко­то­рые ре­ак­ции, в ко­то­рых участ­ву­ют ме­тал­лы.

ВЗА­И­МО­ДЕЙ­СТВИЕ С КИС­ЛО­РО­ДОМ

Мно­гие ме­тал­лы могут всту­пать в ре­ак­цию с кис­ло­ро­дом. Обыч­но про­дук­та­ми этих ре­ак­ций яв­ля­ют­ся ок­си­ды, но есть и ис­клю­че­ния, о ко­то­рых вы узна­е­те на сле­ду­ю­щем уроке. Рас­смот­рим вза­и­мо­дей­ствие маг­ния с кис­ло­ро­дом.

Маг­ний горит в кис­ло­ро­де, при этом об­ра­зу­ет­ся оксид маг­ния:

  0        0        +2  -2

2Mg + O2 = 2MgO

Го­ре­ние маг­ния в кис­ло­ро­де

Рис. 1. Го­ре­ние маг­ния в кис­ло­ро­де

Атомы маг­ния от­да­ют свои внеш­ние элек­тро­ны ато­мам кис­ло­ро­да: два атома маг­ния от­да­ют по два элек­тро­на двум ато­мам кис­ло­ро­да. При этом маг­ний вы­сту­па­ет в роли вос­ста­но­ви­те­ля, а кис­ло­род – в роли окис­ли­те­ля.

 2. Взаимодействие с галогенами

Для ме­тал­лов ха­рак­тер­на ре­ак­ция с га­ло­ге­на­ми. Про­дук­том такой ре­ак­ции яв­ля­ет­ся га­ло­ге­нид ме­тал­ла, на­при­мер, хло­рид.

Го­ре­ние калия в хлоре

Рис. 2. Го­ре­ние калия в хлоре

Калий сго­ра­ет в хлоре  об­ра­зо­ва­ни­ем хло­ри­да калия:

  0      0      +1  -1

2К + Cl2 = 2KCl

Два атома калия от­да­ют мо­ле­ку­ле хлора по од­но­му элек­тро­ну. Калий, по­вы­шая сте­пень окис­ле­ния, иг­ра­ет роль вос­ста­но­ви­те­ля, а хлор, по­ни­жая сте­пень окис­ле­ния,- роль окис­ли­те­ля

 3. Взаимодействие с серой

Мно­гие ме­тал­лы ре­а­ги­ру­ют с серой с об­ра­зо­ва­ни­ем суль­фи­дов. В этих ре­ак­ци­ях ме­тал­лы также вы­сту­па­ют в роли вос­ста­но­ви­те­лей, тогда как сера будет окис­ли­те­лем. Сера в суль­фи­дах на­хо­дит­ся в сте­пе­ни окис­ле­ния -2, т.е. она по­ни­жа­ет свою сте­пень окис­ле­ния с 0 до -2. На­при­мер, же­ле­зо при на­гре­ва­нии ре­а­ги­ру­ет с серой с об­ра­зо­ва­ни­ем суль­фи­да же­ле­за (II):

  0    0   +2  -2

Fe + S = FeS

Вза­и­мо­дей­ствие же­ле­за с серой

Рис. 3. Вза­и­мо­дей­ствие же­ле­за с серой

Ме­тал­лы также могут ре­а­ги­ро­вать с во­до­ро­дом, азо­том и дру­ги­ми неме­тал­ла­ми при опре­де­лен­ных усло­ви­ях.

 4. Взаимодействие с водой

С водой без на­гре­ва­ния ре­а­ги­ру­ют толь­ко ак­тив­ные ме­тал­лы, на­при­мер, ще­лоч­ные и ще­лоч­но­зе­мель­ные. В ходе этих ре­ак­ций об­ра­зу­ет­ся ще­лочь и вы­де­ля­ет­ся га­зо­об­раз­ный во­до­род. На­при­мер, каль­ций ре­а­ги­ру­ет с водой с об­ра­зо­ва­ни­ем гид­рок­си­да каль­ция и во­до­ро­да, при этом вы­де­ля­ет­ся боль­шое ко­ли­че­ство теп­ло­ты:

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2

Менее ак­тив­ные ме­тал­лы, на­при­мер, же­ле­зо и цинк, ре­а­ги­ру­ют с водой толь­ко при на­гре­ва­нии с об­ра­зо­ва­ни­ем ок­си­да ме­тал­ла и во­до­ро­да. На­при­мер:

 0      +1 -2   +2 -2   0

Zn + H2O = ZnO + H2

В этих ре­ак­ци­ях окис­ли­те­лем яв­ля­ет­ся атом во­до­ро­да, вхо­дя­щий в со­став воды.

Ме­тал­лы, сто­я­щие в ряду на­пря­же­нии пра­вее во­до­ро­да, с водой не ре­а­ги­ру­ют.

 5. Взаимодействие с кислотами

Вы уже зна­е­те, что с кис­ло­та­ми ре­а­ги­ру­ют ме­тал­лы, сто­я­щие в ряду на­пря­же­ний левее во­до­ро­да. В этих ре­ак­ци­ях ме­тал­лы от­да­ют элек­тро­ны и вы­сту­па­ют в ка­че­стве вос­ста­но­ви­те­ля. Окис­ли­те­лем яв­ля­ют­ся ка­ти­о­ны во­до­ро­да, об­ра­зу­ю­щи­е­ся в рас­тво­рах кис­лот. На­при­мер, цинк ре­а­ги­ру­ет с со­ля­ной кис­ло­той:

  0      +1 -1   +2 -1      0

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

Иначе про­те­ка­ют ре­ак­ции ме­тал­лов с азот­ной и кон­цен­три­ро­ван­ной сер­ной кис­ло­та­ми. В этих ре­ак­ци­ях во­до­род прак­ти­че­ски не вы­де­ля­ет­ся. Мы по­го­рим о таких вза­и­мо­дей­стви­ях на сле­ду­ю­щих уро­ках.

 

6. Взаимодействие с солями

Ме­талл может ре­а­ги­ро­вать с рас­тво­ром соли, если он ак­тив­нее, чем ме­талл, вхо­дя­щий в со­став соли. На­при­мер, же­ле­зо за­ме­ща­ет медь из суль­фа­та меди (II):

 0     +2            +2           0

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

Же­ле­зо – вос­ста­но­ви­тель, ка­ти­о­ны меди – окис­ли­тель.

 7. Внутреннее строение металлов

По­про­бу­ем объ­яс­нить, по­че­му ме­тал­лы об­ла­да­ют об­щи­ми фи­зи­че­ски­ми и хи­ми­че­ски­ми свой­ства­ми. Для этого рас­смот­рим мо­дель внут­рен­не­го стро­е­ния ме­тал­ла.

Атомы ме­тал­лов имеют от­но­си­тель­но боль­шие ра­ди­у­сы и малое число внеш­них элек­тро­нов. Эти элек­тро­ны слабо при­тя­ги­ва­ют­ся к ядру, по­это­му в хи­ми­че­ских ре­ак­ци­ях ме­тал­лы вы­сту­па­ют в роли вос­ста­но­ви­те­лей, от­да­вая элек­тро­ны с внеш­не­го энер­ге­ти­че­ско­го уров­ня.

В узлах кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки ме­тал­лов на­хо­дят­ся не толь­ко ней­траль­ные атомы, но и ка­ти­о­ны ме­тал­ла, т.к. внеш­ние элек­тро­ны сво­бод­но пе­ре­ме­ща­ют­ся по кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ке. При этом атомы, от­да­вая элек­тро­ны, ста­но­вят­ся ка­ти­о­на­ми, а ка­ти­о­ны, при­ни­мая элек­тро­ны, пре­вра­ща­ют­ся в элек­тро­ней­траль­ные атомы.

Мо­дель внут­рен­не­го стро­е­ния ме­тал­ла

Рис. 4. Мо­дель внут­рен­не­го стро­е­ния ме­тал­ла

Хи­ми­че­скую связь, ко­то­рая об­ра­зу­ет­ся в ре­зуль­та­те при­тя­же­ния ка­ти­о­нов ме­тал­ла к сво­бод­но пе­ре­ме­ща­ю­щим­ся элек­тро­нам, на­зы­ва­ют ме­тал­ли­че­ской.

Элек­тро– и теп­ло­про­вод­ность ме­тал­лов объ­яс­ня­ют­ся на­ли­чи­ем сво­бод­ных элек­тро­нов, ко­то­рые могут быть но­си­те­ля­ми элек­три­че­ско­го тока и пе­ре­нос­чи­ка­ми теп­ло­ты. Пла­стич­ность ме­тал­ла объ­яс­ня­ет­ся тем, что при ме­ха­ни­че­ском воз­дей­ствии не рвет­ся хи­ми­че­ская связь, т.к. хи­ми­че­ская связь уста­нав­ли­ва­ет­ся не между кон­крет­ны­ми ато­ма­ми и ка­ти­о­на­ми, а между всеми ка­ти­о­на­ми ме­тал­ла со всеми сво­бод­ны­ми элек­тро­на­ми в кри­стал­ле ме­тал­ла.

Последнее изменение: Четверг, 19 Октябрь 2017, 01:05