Interaksi logam dengan bukan logam. Sifat kimia bahan mudah logam dan bukan logam

Kuliah 11. Sifat kimia logam.

Interaksi logam dengan agen pengoksidaan ringkas. Nisbah logam kepada air, larutan akueus asid, alkali dan garam. Peranan filem oksida dan produk pengoksidaan. Interaksi logam dengan nitrik dan asid sulfurik pekat.

Logam termasuk semua unsur s-, d-, f, serta unsur-p yang terletak di bahagian bawah jadual berkala daripada pepenjuru yang dilukis daripada boron ke astatin. AT bahan mudah Ikatan logam direalisasikan dalam unsur-unsur ini. Atom logam mempunyai sedikit elektron dalam kulit elektron luar, dalam jumlah 1, 2, atau 3. Logam mempamerkan sifat elektropositif dan mempunyai keelektronegatifan rendah, kurang daripada dua.

Logam adalah wujud ciri-ciri. Ini adalah pepejal, lebih berat daripada air, dengan kilauan logam. Logam mempunyai kekonduksian haba dan elektrik yang tinggi. Mereka dicirikan oleh pelepasan elektron di bawah pengaruh pelbagai pengaruh luaran: penyinaran dengan cahaya, semasa pemanasan, semasa pecah (pelepasan eksoelektronik).

Ciri utama logam ialah keupayaannya untuk menderma elektron kepada atom dan ion bahan lain. Logam adalah agen pengurangan dalam kebanyakan kes. Dan ini adalah sifat kimia mereka. Pertimbangkan nisbah logam kepada agen pengoksidaan biasa, yang termasuk bahan mudah - bukan logam, air, asid. Jadual 1 memberikan maklumat tentang nisbah logam kepada agen pengoksidaan ringkas.

Jadual 1

Nisbah logam kepada agen pengoksidaan ringkas

Semua logam bertindak balas dengan fluorin. Pengecualian adalah aluminium, besi, nikel, tembaga, zink jika tiada kelembapan. Unsur-unsur ini, apabila bertindak balas dengan fluorin, pada mulanya membentuk filem fluorida yang melindungi logam daripada tindak balas selanjutnya.

Di bawah keadaan dan sebab yang sama, besi dipasifkan dalam tindak balas dengan klorin. Berhubung dengan oksigen, bukan semua, tetapi hanya beberapa logam yang membentuk padat filem pelindung oksida. Dalam peralihan daripada fluorin kepada nitrogen (jadual 1), aktiviti oksidatif berkurangan dan oleh itu semua lebih logam tidak teroksida. Sebagai contoh, hanya litium bertindak balas dengan nitrogen dan logam alkali tanah.

Nisbah logam kepada air dan larutan akueus agen pengoksida.

Dalam larutan akueus, aktiviti penurunan logam dicirikan oleh nilai potensi redoks piawainya. Daripada keseluruhan julat potensi redoks standard, satu siri voltan logam dibezakan, yang ditunjukkan dalam jadual 2.

jadual 2

Logam tegasan baris

Dalam siri voltan ini, nilai potensi elektrod elektrod hidrogen dalam media berasid (рН=0), neutral (рН=7), alkali (рН=14) juga diberikan. Kedudukan logam tertentu dalam satu siri tegasan mencirikan keupayaannya untuk meredoks interaksi dalam larutan akueus pada keadaan piawai. Ion logam adalah agen pengoksidaan dan logam adalah agen penurunan. Semakin jauh logam itu terletak dalam siri voltan, semakin kuat agen pengoksidaan dalam larutan akueus ialah ionnya. Semakin dekat logam itu dengan permulaan baris, semakin kuat agen pengurangannya.

Logam mampu menyesarkan satu sama lain daripada larutan garam. Arah tindak balas ditentukan dalam kes ini oleh kedudukan bersama mereka dalam siri voltan. Perlu diingat bahawa logam aktif menggantikan hidrogen bukan sahaja dari air, tetapi juga dari sebarang larutan akueus. Oleh itu, anjakan bersama logam daripada larutan garamnya berlaku hanya dalam kes logam yang terletak dalam siri voltan selepas magnesium.

Semua logam dibahagikan kepada tiga kumpulan bersyarat, yang ditunjukkan dalam jadual berikut.

Jadual 3

Pembahagian logam bersyarat

Interaksi dengan air. Agen pengoksidaan dalam air ialah ion hidrogen. Oleh itu, hanya logam tersebut boleh dioksidakan oleh air, potensi elektrod piawai yang lebih rendah daripada potensi ion hidrogen dalam air. Ia bergantung kepada pH medium dan adalah

φ \u003d -0.059 pH.

Dalam persekitaran neutral (рН=7) φ = -0.41 V. Sifat interaksi logam dengan air dibentangkan dalam Jadual 4.

Logam dari permulaan siri, mempunyai potensi lebih negatif daripada -0.41 V, menyesarkan hidrogen daripada air. Tetapi sudah magnesium menggantikan hidrogen sahaja daripada air panas. Biasanya, logam yang terletak di antara magnesium dan plumbum tidak menggantikan hidrogen daripada air. Filem oksida terbentuk pada permukaan logam ini, yang mempunyai kesan perlindungan.

Jadual 4

Interaksi logam dengan air dalam medium neutral

Interaksi logam dengan asid hidroklorik.

Agen pengoksidaan dalam asid hidroklorik ialah ion hidrogen. Keupayaan elektrod piawai ion hidrogen sifar. Oleh itu, semua logam aktif dan logam aktiviti perantaraan mesti bertindak balas dengan asid. Hanya plumbum mempamerkan kepasifan.

Jadual 5

Interaksi logam dengan asid hidroklorik

Tembaga boleh dibubarkan dalam asid hidroklorik yang sangat pekat, walaupun pada hakikatnya ia tergolong dalam logam aktif rendah.

Interaksi logam dengan asid sulfurik berlaku secara berbeza dan bergantung kepada kepekatannya.

Tindak balas logam dengan asid sulfurik cair. Interaksi dengan asid sulfurik cair dijalankan dengan cara yang sama seperti asid hidroklorik.

Jadual 6

Tindak balas logam dengan asid sulfurik cair

dicairkan asid sulfurik teroksida dengan ion hidrogennya. Ia berinteraksi dengan logam yang potensi elektrodnya lebih rendah daripada hidrogen. Plumbum tidak larut dalam asid sulfurik pada kepekatan di bawah 80%, memandangkan garam PbSO 4 yang terbentuk semasa interaksi plumbum dengan asid sulfurik tidak larut dan menghasilkan filem pelindung pada permukaan logam.

Interaksi logam dengan asid sulfurik pekat.

Dalam asid sulfurik pekat, sulfur dalam keadaan pengoksidaan +6 bertindak sebagai agen pengoksidaan. Ia adalah sebahagian daripada ion sulfat SO 4 2-. Oleh itu, asid pekat mengoksidakan semua logam yang potensi elektrod piawainya kurang daripada agen pengoksidaan. Nilai tertinggi potensi elektrod dalam proses elektrod dengan penyertaan ion sulfat sebagai agen pengoksidaan ialah 0.36 V. Akibatnya, beberapa logam aktif rendah turut bertindak balas dengan asid sulfurik pekat.

Bagi logam aktiviti sederhana (Al, Fe), pempasifan berlaku disebabkan oleh pembentukan filem oksida tumpat. Timah dioksidakan kepada keadaan tetravalen dengan pembentukan timah (IV) sulfat:

Sn + 4 H 2 SO 4 (conc.) \u003d Sn (SO 4) 2 + 2SO 2 + 2H 2 O.

Jadual 7

Interaksi logam dengan asid sulfurik pekat

Plumbum teroksida kepada keadaan divalen dengan pembentukan hidrosulfat plumbum larut. Merkuri larut dalam asid sulfurik pekat panas untuk membentuk merkuri (I) dan merkuri (II) sulfat. Malah perak larut dalam mendidih asid sulfurik pekat.

Perlu diingat bahawa semakin aktif logam, semakin dalam tahap pengurangan asid sulfurik. Dengan logam aktif, asid dikurangkan terutamanya kepada hidrogen sulfida, walaupun produk lain juga ada. sebagai contoh

Zn + 2H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;

3Zn + 4H 2 SO 4 = 3ZnSO 4 + S↓ + 4H 2 O;

4Zn + 5H 2 SO 4 \u003d 4ZnSO 4 \u003d 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O.

Interaksi logam dengan asid nitrik cair.

Dalam asid nitrik, nitrogen dalam keadaan pengoksidaan +5 bertindak sebagai agen pengoksidaan. Nilai maksimum potensi elektrod untuk ion nitrat asid cair sebagai agen pengoksida ialah 0.96 V. Disebabkan ini sangat penting, asid nitrik adalah agen pengoksida yang lebih kuat daripada asid sulfurik. Ini terbukti daripada fakta bahawa asid nitrik mengoksidakan perak. Asid dikurangkan semakin dalam, semakin aktif logam dan semakin mencairkan asid.

Jadual 8

Tindak balas logam dengan asid nitrik cair

Interaksi logam dengan asid nitrik pekat.

Asid nitrik pekat biasanya dikurangkan kepada nitrogen dioksida. Interaksi asid nitrik pekat dengan logam dibentangkan dalam jadual 9.

Apabila menggunakan asid dalam kekurangan dan tanpa kacau, logam aktif mengurangkannya kepada nitrogen, dan logam aktiviti sederhana kepada karbon monoksida.

Jadual 9

Interaksi asid nitrik pekat dengan logam

Interaksi logam dengan larutan alkali.

Logam tidak boleh dioksidakan oleh alkali. Ini adalah kerana logam alkali adalah agen penurunan yang kuat. Oleh itu, ion mereka adalah agen pengoksidaan yang paling lemah dan tidak menunjukkan sifat pengoksidaan dalam larutan akueus. Walau bagaimanapun, dengan kehadiran alkali, kesan pengoksidaan air ditunjukkan pada tahap yang lebih besar daripada ketiadaannya. Disebabkan ini, dalam larutan alkali, logam dioksidakan oleh air untuk membentuk hidroksida dan hidrogen. Jika oksida dan hidroksida adalah sebatian amfoterik, maka ia akan larut dalam larutan alkali. Akibatnya, pasif air bersih logam berinteraksi dengan kuat dengan larutan alkali.

Jadual 10

Interaksi logam dengan larutan alkali

Proses pembubaran dibentangkan dalam bentuk dua peringkat: pengoksidaan logam dengan air dan pembubaran hidroksida:

Zn + 2HOH \u003d Zn (OH) 2 ↓ + H 2;

Zn (OH) 2 ↓ + 2NaOH \u003d Na 2.

Objektif: praktikal membiasakan diri dengan sifat kimia ciri logam pelbagai aktiviti dan sebatiannya; untuk mengkaji ciri-ciri logam dengan sifat amfoterik. samakan tindak balas redoks dengan kaedah imbangan elektron-ion.

Bahagian teori

Sifat fizikal logam. Di bawah keadaan biasa, semua logam, kecuali merkuri, adalah pepejal yang berbeza secara mendadak dalam darjah kekerasan. Logam, sebagai konduktor jenis pertama, mempunyai kekonduksian elektrik dan haba yang tinggi. Sifat-sifat ini dikaitkan dengan struktur kekisi kristal, di nodnya terdapat ion logam, di antaranya elektron bebas bergerak. Pemindahan elektrik dan haba berlaku disebabkan oleh pergerakan elektron ini.

Sifat kimia logam . Semua logam adalah agen penurunan, i.e. di tindak balas kimia mereka kehilangan elektron dan menjadi ion bercas positif. Akibatnya, kebanyakan logam bertindak balas dengan agen pengoksidaan biasa, seperti oksigen, untuk membentuk oksida, yang dalam kebanyakan kes menutup permukaan logam dalam lapisan padat.

Mg°+O 2 °=2Mg +2 O- 2

Mg-2=Mg +2

O 2 +4 =2O -2

Aktiviti penurunan logam dalam larutan bergantung pada kedudukan logam dalam satu siri voltan atau pada nilai potensi elektrod logam (jadual). Semakin rendah nilai potensi elektrod logam tertentu, semakin aktif. ia sebagai agen pengurangan. Semua logam boleh dibahagikan kepada 3 kumpulan :

logam aktif – dari permulaan siri tegasan (iaitu dari Li) hingga Mg;

Logam aktiviti perantaraan Mg kepada H;

Logam tidak aktif – dari H ke penghujung siri voltan (ke Au).

Logam kumpulan pertama berinteraksi dengan air (ini termasuk terutamanya logam alkali dan alkali tanah); hasil tindak balas ialah hidroksida logam dan hidrogen yang sepadan, contohnya:

2K°+2N 2 O=2KOH+N 2 O

K°-=K + | 2

2H + +2 =H 2 0 | 1

Interaksi logam dengan asid

Semua asid anoksik (HCl hidroklorik, HBr hidrobromik, dsb.), serta beberapa asid yang mengandungi oksigen (asid sulfurik cair H 2 SO 4, fosforik H 3 PO 4 , asetik CH 3 COOH, dsb.) bertindak balas dengan logam 1 dan 2 kumpulan berdiri dalam satu siri voltan sehingga hidrogen. Dalam kes ini, garam yang sepadan terbentuk dan hidrogen dibebaskan:

Zn+ H 2 JADI 4 = ZnSO 4 + H 2

Zn 0 -2 = Zn 2+ | 1

2H + +2 =H 2 ° | satu

Asid sulfurik pekat mengoksidakan logam kumpulan pertama, kedua dan separa ke-3 (sehingga termasuk Ag) sambil dikurangkan kepada SO 2 - gas tidak berwarna dengan bau pedas, sulfur bebas yang memendakan sebagai mendakan putih atau hidrogen sulfida H 2 S - gas dengan telur bau busuk. Lebih aktif logam, lebih banyak sulfur dikurangkan, contohnya:

| 1

| 8

Asid nitrik sebarang kepekatan mengoksidakan hampir semua logam, sambil membentuk nitrat logam yang sepadan, air dan hasil pengurangan N +5 (NO 2 - gas perang dengan bau pedas, NO - gas tidak berwarna dengan bau pedas, N 2 O - gas dengan bau narkotik, N 2 - gas tidak berbau, NH 4 NO 3 - larutan tidak berwarna). Semakin aktif logam dan semakin mencairkan asid, semakin banyak nitrogen dikurangkan dalam asid nitrik.

berinteraksi dengan alkali amfoterik logam yang tergolong terutamanya kepada kumpulan 2 (Zn, Be, Al, Sn, Pb, dll.). Tindak balas berlaku melalui peleburan logam dengan alkali:

Pb+2 NaOH= Na 2 PbO 2 +H 2

Pb 0 -2 = Pb 2+ | 1

2H + +2 =H 2 ° | satu

atau apabila berinteraksi dengan mortar yang kuat alkali:

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

Jadi°-2=Jadilah +2 | 1

Logam amfoterik terbentuk oksida amfoterik dan, oleh itu, hidroksida amfoterik (bertindak balas dengan asid dan alkali untuk membentuk garam dan air), contohnya:

atau dalam bentuk ion:

atau dalam bentuk ion:

Bahagian praktikal

Pengalaman nombor 1.Interaksi logam dengan air .

Ambil sekeping kecil logam alkali atau alkali tanah (natrium, kalium, litium, kalsium) yang disimpan dalam balang minyak tanah, keringkan dengan teliti dengan kertas turas, dan letakkan dalam cawan porselin yang berisi air. Pada akhir eksperimen, tambahkan beberapa titis fenolftalein dan tentukan medium larutan yang terhasil.

Apabila magnesium berinteraksi dengan air, panaskan tiub tindak balas untuk beberapa lama pada lampu alkohol.

Pengalaman nombor 2.Tindak balas logam dengan asid cair .

Tuangkan 20 - 25 titis larutan 2N asid hidroklorik, sulfurik dan nitrik ke dalam tiga tabung uji. Jatuhkan logam ke dalam setiap tabung uji dalam bentuk dawai, kepingan atau pencukur. Perhatikan peristiwa yang berlaku. Panaskan tabung uji di mana tiada apa-apa berlaku dalam lampu alkohol sehingga tindak balas bermula. Hidu perlahan-lahan tiub asid nitrik untuk menentukan gas yang berkembang.

Pengalaman nombor 3.Interaksi logam dengan asid pekat .

Tuang 20 - 25 titis nitrik dan sulfurik pekat (berhati-hati!) Asid ke dalam dua tabung uji, jatuhkan logam ke dalamnya, perhatikan apa yang berlaku. Jika perlu, tabung uji boleh dipanaskan pada lampu alkohol sebelum permulaan tindak balas. Hidu perlahan-lahan tabung uji untuk menentukan gas keluar.

Pengalaman nombor 4.Interaksi logam dengan alkali .

Tuang 20 - 30 titis larutan alkali pekat (KOH atau NaOH) ke dalam tabung uji, tambah logam. Panaskan sedikit tabung uji. Perhatikan apa yang berlaku.

Pengalaman№5. resit dan harta benda logam hidroksida.

Tuangkan 15-20 titis garam logam yang sepadan ke dalam tabung uji, tambah alkali sehingga terbentuk mendakan. Bahagikan sedimen kepada dua bahagian. Tuangkan larutan asid hidroklorik ke satu bahagian, dan larutan alkali ke bahagian yang lain. Tandakan pemerhatian, tulis persamaan dalam bentuk molekul, ion penuh dan ion pendek, buat kesimpulan tentang sifat hidroksida yang terhasil.

Perumusan kerja dan kesimpulan

Untuk tindak balas redoks, tulis persamaan imbangan elektron-ion, tulis tindak balas pertukaran ion dalam bentuk molekul dan ion-molekul.

Dalam kesimpulan, tulis kepada kumpulan aktiviti mana (1, 2 atau 3) logam yang anda pelajari tergolong dan apakah sifat - asas atau amfoterik - yang ditunjukkan oleh hidroksidanya. Wajarkan kesimpulan.

Makmal #11

Sifat kimia logam: interaksi dengan oksigen, halogen, sulfur dan hubungan dengan air, asid, garam.

Sifat kimia logam adalah disebabkan oleh keupayaan atomnya untuk dengan mudah menderma elektron daripada tahap tenaga luaran, bertukar menjadi ion bercas positif. Oleh itu, dalam tindak balas kimia, logam bertindak sebagai agen penurunan yang bertenaga. Ini adalah sifat kimia biasa utama mereka.

Keupayaan untuk menderma elektron dalam atom unsur logam individu adalah berbeza. Semakin mudah logam melepaskan elektronnya, semakin aktif ia, dan semakin kuat ia bertindak balas dengan bahan lain. Berdasarkan kajian, semua logam disusun dalam satu baris mengikut aktiviti yang semakin berkurangan. Siri ini pertama kali dicadangkan oleh saintis cemerlang N. N. Beketov. Siri aktiviti logam sedemikian juga dipanggil siri anjakan logam atau siri elektrokimia voltan logam. Ia kelihatan seperti ini:

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Рt, Au

Menggunakan siri ini, anda boleh mengetahui logam mana yang aktif bagi yang lain. Siri ini mengandungi hidrogen, yang bukan logam. Sifatnya yang boleh dilihat diambil untuk perbandingan sebagai sejenis sifar.

Mempunyai sifat agen penurunan, logam bertindak balas dengan pelbagai agen pengoksidaan, terutamanya dengan bukan logam. Logam bertindak balas dengan oksigen dalam keadaan normal atau apabila dipanaskan untuk membentuk oksida, contohnya:

2Mg0 + O02 = 2Mg+2O-2

Dalam tindak balas ini, atom magnesium teroksida dan atom oksigen dikurangkan. Logam mulia di hujung baris bertindak balas dengan oksigen. Tindak balas dengan halogen secara aktif berlaku, sebagai contoh, pembakaran kuprum dalam klorin:

Cu0 + Cl02 = Cu+2Cl-2

Tindak balas dengan sulfur paling kerap berlaku apabila dipanaskan, contohnya:

Fe0 + S0 = Fe+2S-2

Logam aktif dalam siri aktiviti logam dalam Mg bertindak balas dengan air untuk membentuk alkali dan hidrogen:

2Na0 + 2H+2O → 2Na+OH + H02

Logam aktiviti sederhana dari Al ke H2 bertindak balas dengan air dalam keadaan yang lebih teruk dan membentuk oksida dan hidrogen:

Pb0 + H+2O Sifat kimia logam: interaksi dengan oksigen Pb+2O + H02.

Keupayaan logam untuk bertindak balas dengan asid dan garam dalam larutan juga bergantung kepada kedudukannya dalam siri anjakan logam. Logam di sebelah kiri hidrogen dalam siri anjakan logam biasanya menyesarkan (mengurangkan) hidrogen daripada asid cair, dan logam di sebelah kanan hidrogen tidak menyesarkannya. Jadi, zink dan magnesium bertindak balas dengan larutan asid, membebaskan hidrogen dan membentuk garam, manakala kuprum tidak bertindak balas.

Mg0 + 2H+Cl → Mg+2Cl2 + H02

Zn0 + H+2SO4 → Zn+2SO4 + H02.

Atom logam dalam tindak balas ini adalah agen penurunan, dan ion hidrogen adalah agen pengoksida.

Logam bertindak balas dengan garam dalam larutan akueus. Logam aktif menyesarkan logam kurang aktif daripada komposisi garam. Ini boleh ditentukan daripada siri aktiviti logam. Hasil tindak balas ialah garam baru dan logam baru. Jadi, jika plat besi direndam dalam larutan kuprum (II) sulfat, selepas beberapa ketika kuprum akan menonjol di atasnya dalam bentuk salutan merah:

Fe0 + Cu+2SO4 → Fe+2SO4 + Cu0 .

Tetapi jika plat perak direndam dalam larutan kuprum (II) sulfat, maka tiada tindak balas akan berlaku:

Ag + CuSO4 ≠ .

Untuk menjalankan tindak balas sedemikian, seseorang tidak boleh mengambil logam yang terlalu aktif (dari litium kepada natrium), yang mampu bertindak balas dengan air.

Oleh itu, logam boleh bertindak balas dengan bukan logam, air, asid dan garam. Dalam semua kes ini, logam teroksida dan merupakan agen penurunan. Untuk meramalkan perjalanan tindak balas kimia yang melibatkan logam, satu siri anjakan logam harus digunakan.

Jika kita melukis pepenjuru dari berilium ke astatin dalam jadual berkala unsur D.I. Mendeleev, maka akan ada unsur logam pada pepenjuru di sebelah kiri bawah (ia juga termasuk unsur subkumpulan sekunder, diserlahkan dengan warna biru), dan di atas. kanan - unsur bukan logam (diserlahkan kuning). Unsur-unsur yang terletak berhampiran pepenjuru - semilogam atau metaloid (B, Si, Ge, Sb, dll.) mempunyai dua aksara (diserlahkan dalam warna merah jambu).

Seperti yang dapat dilihat dari rajah, sebahagian besar unsur adalah logam.

Mengikut sifat kimianya, logam ialah unsur kimia yang atomnya menderma elektron daripada paras tenaga luar atau pra-luar, dengan itu membentuk ion bercas positif.

Hampir semua logam mempunyai jejari yang agak besar dan bilangan elektron yang kecil (dari 1 hingga 3) pada tahap tenaga luaran. Logam dicirikan oleh nilai keelektronegatifan rendah dan sifat pengurangan.

Logam yang paling tipikal terletak pada permulaan haid (bermula dari detik), lebih jauh dari kiri ke kanan, sifat logam menjadi lemah. Dalam kumpulan dari atas ke bawah, sifat logam dipertingkatkan, kerana jejari atom meningkat (disebabkan oleh peningkatan dalam bilangan tahap tenaga). Ini membawa kepada penurunan dalam keelektronegatifan (keupayaan untuk menarik elektron) unsur-unsur dan peningkatan dalam sifat pengurangan (keupayaan untuk menderma elektron kepada atom lain dalam tindak balas kimia).

tipikal logam ialah unsur-s (unsur kumpulan IA daripada Li ke Fr. unsur kumpulan PA daripada Mg ke Ra). Umum formula elektronik atom mereka ns 1-2. Mereka dicirikan oleh keadaan pengoksidaan + I dan + II, masing-masing.

Bilangan elektron yang kecil (1-2) dalam paras tenaga luar atom logam biasa menunjukkan kehilangan mudah elektron ini dan manifestasi sifat pengurangan yang kuat, yang mencerminkan nilai keelektronegatifan yang rendah. Ini membayangkan sifat kimia dan kaedah yang terhad untuk mendapatkan logam biasa.

Ciri ciri logam tipikal ialah kecenderungan atomnya membentuk kation dan ikatan kimia ionik dengan atom bukan logam. Sebatian logam biasa dengan bukan logam ialah kristal ionik“Kation logam bukan anion logam”, contohnya K + Br -, Ca 2+ O 2-. Kation logam biasa juga termasuk dalam sebatian dengan anion kompleks - hidroksida dan garam, contohnya, Mg 2+ (OH -) 2, (Li +) 2CO 3 2-.

Logam kumpulan A yang membentuk pepenjuru amfoterik dalam Jadual Berkala Be-Al-Ge-Sb-Po, serta logam yang bersebelahan dengannya (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) tidak menunjukkan sifat logam yang lazimnya. . Formula elektronik am atom mereka NS 2 np 0-4 membayangkan kepelbagaian keadaan pengoksidaan yang lebih besar, keupayaan yang lebih besar untuk mengekalkan elektronnya sendiri, penurunan beransur-ansur dalam keupayaan pengurangannya dan penampilan keupayaan pengoksidaan, terutamanya dalam keadaan pengoksidaan tinggi (contoh biasa ialah sebatian Tl III, Pb IV, Bi v ). Tingkah laku kimia yang serupa juga merupakan ciri kebanyakan (elemen-d, iaitu unsur-unsur kumpulan B Sistem berkala (contoh tipikal- unsur amfoterik Cr dan Zn).

Manifestasi sifat dualiti (amfoterik), kedua-dua logam (asas) dan bukan logam, adalah disebabkan oleh sifat ikatan kimia. Dalam keadaan pepejal, sebatian logam atipikal dengan bukan logam mengandungi kebanyakan ikatan kovalen (tetapi kurang kuat daripada ikatan antara bukan logam). Dalam larutan, ikatan ini mudah dipecahkan, dan sebatian berpecah kepada ion (sepenuhnya atau sebahagiannya). Sebagai contoh, logam galium terdiri daripada molekul Ga 2, dalam keadaan pepejal aluminium dan merkuri (II) klorida AlCl 3 dan HgCl 2 mengandungi ikatan kovalen yang kuat, tetapi dalam larutan AlCl 3 terdisosiasi hampir sepenuhnya, dan HgCl 2 - kepada yang sangat kecil. takat (dan juga kemudian menjadi ion HgCl + dan Cl -).

Sifat fizikal umum logam

Disebabkan kehadiran elektron bebas ("gas elektron") dalam kekisi kristal, semua logam mempamerkan ciri umum ciri berikut:

1) plastik- keupayaan untuk menukar bentuk dengan mudah, meregangkan menjadi dawai, menggulung menjadi kepingan nipis.

2) kilauan logam dan kelegapan. Ini disebabkan oleh interaksi elektron bebas dengan kejadian cahaya pada logam.

3) Kekonduksian elektrik. Ia dijelaskan oleh pergerakan terarah elektron bebas dari kutub negatif ke kutub positif di bawah pengaruh beza keupayaan kecil. Apabila dipanaskan, kekonduksian elektrik berkurangan, kerana. apabila suhu meningkat, getaran atom dan ion dalam nod kekisi kristal meningkat, yang menyukarkan pergerakan terarah "gas elektron".

4) Kekonduksian terma. Disebabkan oleh mobiliti tinggi elektron bebas, disebabkan olehnya meratakan cepat suhu mengikut berat logam. Kekonduksian terma tertinggi adalah dalam bismut dan merkuri.

5) Kekerasan. Yang paling sukar ialah krom (memotong kaca); yang paling lembut - logam alkali - kalium, natrium, rubidium dan sesium - dipotong dengan pisau.

6) Ketumpatan. Ia lebih kurang jisim atom logam dan jejari atom yang lebih besar. Yang paling ringan ialah litium (ρ=0.53 g/cm3); yang paling berat ialah osmium (ρ=22.6 g/cm3). Logam yang mempunyai ketumpatan kurang daripada 5 g/cm3 dianggap sebagai "logam ringan".

7) Takat lebur dan didih. Logam yang paling boleh melebur ialah merkuri (m.p. = -39°C), logam yang paling refraktori ialah tungsten (t°m. = 3390°C). Logam dengan t°pl. di atas 1000°C dianggap refraktori, di bawah - takat lebur rendah.

Sifat kimia am logam

Ejen pengurangan kuat: Me 0 – nē → Me n +

Beberapa tegasan mencirikan aktiviti perbandingan logam dalam tindak balas redoks dalam larutan akueus.

I. Tindak balas logam dengan bukan logam

1) Dengan oksigen:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) Dengan sulfur:
Hg + S → HgS

3) Dengan halogen:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2

4) Dengan nitrogen:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2

5) Dengan fosforus:
3Ca + 2P – t° → Ca 3 P 2

6) Dengan hidrogen (hanya logam alkali dan alkali tanah yang bertindak balas):
2Li + H 2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

II. Tindak balas logam dengan asid

1) Logam yang berdiri dalam siri elektrokimia voltan sehingga H mengurangkan asid bukan pengoksida kepada hidrogen:

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) Dengan asid pengoksidaan:

Dalam interaksi asid nitrik sebarang kepekatan dan asid sulfurik pekat dengan logam hidrogen tidak pernah dilepaskan!

Zn + 2H 2 SO 4 (K) → ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

4Zn + 5H 2 SO 4(K) → 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

3Zn + 4H 2 SO 4(K) → 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O

2H 2 SO 4 (c) + Cu → Cu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

10HNO 3 + 4Mg → 4Mg(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

4HNO 3 (c) + Сu → Сu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

III. Interaksi logam dengan air

1) Aktif (logam alkali dan alkali tanah) membentuk bes larut (alkali) dan hidrogen:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2) Logam aktiviti sederhana dioksidakan oleh air apabila dipanaskan kepada oksida:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) Tidak Aktif (Au, Ag, Pt) - tidak bertindak balas.

IV. Anjakan oleh logam yang lebih aktif daripada logam yang kurang aktif daripada larutan garamnya:

Cu + HgCl 2 → Hg + CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

Dalam industri, bukan logam tulen yang sering digunakan, tetapi campurannya - aloi di mana sifat berfaedah satu logam dilengkapkan dengan sifat berfaedah logam lain. Jadi, kuprum mempunyai kekerasan yang rendah dan tidak banyak digunakan untuk pembuatan bahagian mesin, manakala aloi kuprum dengan zink ( loyang) sudah agak keras dan digunakan secara meluas dalam kejuruteraan mekanikal. Aluminium mempunyai kemuluran yang tinggi dan ringan yang mencukupi (ketumpatan rendah), tetapi terlalu lembut. Atas dasarnya, aloi dengan magnesium, tembaga dan mangan disediakan - duralumin (duralumin), yang, tanpa kehilangan sifat berguna aluminium, memperoleh kekerasan yang tinggi dan menjadi sesuai dalam industri pesawat. Aloi besi dengan karbon (dan penambahan logam lain) diketahui secara meluas besi tuang dan keluli.

Logam dalam bentuk bebas ialah agen pengurangan. Namun begitu kereaktifan sesetengah logam adalah kecil kerana fakta bahawa ia dilindungi filem oksida permukaan, pada tahap yang berbeza-beza tahan terhadap tindakan reagen kimia seperti air, larutan asid dan alkali.

Sebagai contoh, plumbum sentiasa ditutup dengan filem oksida; peralihannya kepada larutan memerlukan bukan sahaja pendedahan kepada reagen (contohnya, asid nitrik cair), tetapi juga pemanasan. Filem oksida pada aluminium menghalang tindak balasnya dengan air, tetapi dimusnahkan di bawah tindakan asid dan alkali. Filem oksida longgar (karat), terbentuk pada permukaan besi dalam udara lembap, tidak mengganggu pengoksidaan selanjutnya besi.

Di bawah pengaruh tertumpu asid terbentuk pada logam mampan filem oksida. Fenomena ini dipanggil kepasifan. Jadi, dalam pekat asid sulfurik dipasifkan (dan kemudian tidak bertindak balas dengan asid) logam seperti Be, Bi, Co, Fe, Mg dan Nb, dan dalam asid nitrik pekat - logam A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb , Th dan U.

Apabila berinteraksi dengan agen pengoksidaan dalam larutan berasid, kebanyakan logam bertukar menjadi kation, casnya ditentukan oleh keadaan pengoksidaan yang stabil bagi unsur tertentu dalam sebatian (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ dan Fe 3 +)

Aktiviti penurunan logam dalam larutan berasid dihantar melalui satu siri tegasan. Kebanyakan logam ditukar kepada larutan dengan asid sulfurik hidroklorik dan cair, tetapi Cu, Ag dan Hg - hanya dengan asid sulfurik (pekat) dan nitrik, dan Pt dan Au - dengan "aqua regia".

Kakisan logam

Sifat kimia logam yang tidak diingini adalah, iaitu, pemusnahan aktif (pengoksidaan) apabila bersentuhan dengan air dan di bawah pengaruh oksigen yang terlarut di dalamnya (kakisan oksigen). Sebagai contoh, kakisan produk besi dalam air diketahui secara meluas, akibatnya karat terbentuk, dan produk hancur menjadi serbuk.

Hakisan logam berlaku dalam air juga disebabkan oleh kehadiran gas CO 2 dan SO 2 terlarut; persekitaran berasid dicipta, dan kation H + disesarkan oleh logam aktif dalam bentuk hidrogen H 2 ( kakisan hidrogen).

Titik sentuhan antara dua logam yang tidak serupa boleh menjadi sangat menghakis ( kakisan sentuhan). Di antara satu logam, seperti Fe, dan logam lain, seperti Sn atau Cu, diletakkan di dalam air, pasangan galvanik muncul. Aliran elektron pergi dari logam yang lebih aktif, iaitu ke kiri dalam siri voltan (Re), ke logam kurang aktif (Sn, Cu), dan logam yang lebih aktif dimusnahkan (terhakis).

Kerana inilah permukaan tin berkarat. tin(besi bersalut timah) apabila disimpan dalam suasana lembap dan dikendalikan dengan tidak berhati-hati (besi cepat rosak walaupun calar kecil dimasukkan, membenarkan seterika bersentuhan dengan lembapan). Sebaliknya, permukaan tergalvani baldi besi tidak berkarat untuk masa yang lama, kerana walaupun terdapat calar, bukan besi yang menghakis, tetapi zink (logam yang lebih aktif daripada besi).

Rintangan kakisan untuk logam tertentu dipertingkatkan apabila ia disalut dengan logam yang lebih aktif atau apabila ia bercantum; contohnya, menyalut besi dengan kromium atau membuat aloi besi dengan kromium menghapuskan kakisan besi. Besi dan keluli bersalut krom yang mengandungi kromium ( keluli tahan karat ) mempunyai rintangan kakisan yang tinggi.

elektrometalurgi, iaitu, mendapatkan logam melalui elektrolisis leburan (untuk logam yang paling aktif) atau larutan garam;

pyrometallurgy, iaitu, pemulihan logam daripada bijih pada suhu tinggi (contohnya, pengeluaran besi dalam proses relau letupan);

hidrometalurgi, iaitu, pengasingan logam daripada larutan garamnya oleh logam yang lebih aktif (contohnya, penghasilan kuprum daripada larutan CuSO 4 melalui tindakan zink, besi atau aluminium).

Logam asli kadangkala ditemui di alam semula jadi (contoh biasa ialah Ag, Au, Pt, Hg), tetapi lebih kerap logam adalah dalam bentuk sebatian ( bijih logam). Dari segi kelaziman dalam kerak bumi logam adalah berbeza: dari yang paling biasa - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) hingga yang paling jarang - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.

Struktur atom logam menentukan bukan sahaja ciri ciri-ciri fizikal bahan mudah - logam, tetapi juga sifat kimia amnya.

Dengan pelbagai jenis, semua tindak balas kimia logam adalah redoks dan hanya boleh terdiri daripada dua jenis: sebatian dan penggantian. Logam mampu menderma elektron semasa tindak balas kimia, iaitu, ia boleh menjadi agen penurunan, dan hanya menunjukkan keadaan pengoksidaan positif dalam sebatian yang terbentuk.

AT Pandangan umum ini boleh dinyatakan dalam rajah:
Saya 0 - ne → Saya + n,
di mana Me - logam - bahan mudah, dan Me 0 + n - logam unsur kimia berkaitan.

Logam dapat mendermakan elektron valensinya kepada atom bukan logam, ion hidrogen, ion logam lain, dan oleh itu akan bertindak balas dengan bukan logam - bahan mudah, air, asid, garam. Walau bagaimanapun, keupayaan mengurangkan logam adalah berbeza. Komposisi hasil tindak balas logam dengan pelbagai bahan juga bergantung kepada keupayaan pengoksidaan bahan dan keadaan di mana tindak balas itu berlaku.

Pada suhu tinggi kebanyakan logam terbakar dalam oksigen:

2Mg + O 2 \u003d 2MgO

Hanya emas, perak, platinum dan beberapa logam lain tidak teroksida di bawah keadaan ini.

Banyak logam bertindak balas dengan halogen tanpa pemanasan. Sebagai contoh, serbuk aluminium, apabila dicampur dengan bromin, menyala:

2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3

Apabila logam berinteraksi dengan air, hidroksida kadangkala terbentuk. Logam alkali, serta kalsium, strontium, barium, berinteraksi dengan sangat aktif dengan air dalam keadaan normal. Skema umum tindak balas ini kelihatan seperti ini:

Saya + HOH → Saya(OH) n + H 2

Logam lain bertindak balas dengan air apabila dipanaskan: magnesium apabila ia mendidih, besi dalam wap air apabila ia mendidih merah. Dalam kes ini, oksida logam diperolehi.

Jika logam bertindak balas dengan asid, maka ia adalah sebahagian daripada garam yang terhasil. Apabila logam berinteraksi dengan larutan asid, ia boleh dioksidakan oleh ion hidrogen yang terdapat dalam larutan tersebut. Persamaan ion yang disingkat dalam bentuk umum boleh ditulis seperti berikut:

Saya + nH + → Saya n + + H 2

Lebih kuat sifat pengoksidaan daripada ion hidrogen, anion asid yang mengandungi oksigen tersebut, seperti asid sulfurik dan nitrik pekat, mempunyai. Oleh itu, logam yang tidak dapat dioksidakan oleh ion hidrogen, seperti kuprum dan perak, bertindak balas dengan asid ini.

Apabila logam berinteraksi dengan garam, tindak balas penggantian berlaku: elektron daripada atom pengganti - logam lebih aktif berpindah ke ion pengganti - logam kurang aktif. Kemudian rangkaian menggantikan logam dengan logam dalam garam. Tindak balas ini tidak boleh diterbalikkan: jika logam A menyesarkan logam B daripada larutan garam, maka logam B tidak akan menyesarkan logam A daripada larutan garam.

Dalam urutan menurun aktiviti kimia, ditunjukkan dalam tindak balas anjakan logam antara satu sama lain daripada larutan akueus garam mereka, logam terletak dalam siri elektrokimia voltan (aktiviti) logam:

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

Logam yang terletak di sebelah kiri baris ini lebih aktif dan mampu menyesarkan logam yang mengikutinya daripada larutan garam.

Hidrogen termasuk dalam siri elektrokimia voltan logam, sebagai satu-satunya bukan logam yang memisahkan daripada logam harta bersama- membentuk ion bercas positif. Oleh itu, hidrogen menggantikan beberapa logam dalam garamnya dan dengan sendirinya boleh digantikan oleh banyak logam dalam asid, contohnya:

Zn + 2 HCl \u003d ZnCl 2 + H 2 + Q

Logam yang berdiri dalam siri elektrokimia voltan sehingga hidrogen menyesarkannya daripada larutan banyak asid (hidroklorik, sulfurik, dll.), dan semua yang mengikutinya, sebagai contoh, tidak menggantikan kuprum.

tapak, dengan penyalinan penuh atau separa bahan, pautan ke sumber diperlukan.