ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับอโลหะ คุณสมบัติทางเคมีของสารอย่างง่ายของโลหะและอโลหะ

การบรรยายครั้งที่ 11 คุณสมบัติทางเคมีของโลหะ

ปฏิกิริยาของโลหะกับตัวออกซิไดซ์อย่างง่าย อัตราส่วนของโลหะต่อน้ำ สารละลายที่เป็นน้ำของกรด ด่าง และเกลือ บทบาทของฟิล์มออกไซด์และผลิตภัณฑ์ออกซิเดชัน ปฏิกิริยาของโลหะกับกรดไนตริกและกรดซัลฟิวริกเข้มข้น

โลหะรวมถึงองค์ประกอบ s-, d-, f-element และ p-element ทั้งหมดที่อยู่ในส่วนล่างของตารางธาตุจากแนวทแยงที่ดึงจากโบรอนไปยังแอสทาทีน ใน สารง่ายๆพันธะโลหะเกิดขึ้นในองค์ประกอบเหล่านี้ อะตอมของโลหะมีอิเล็กตรอนน้อยในเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกจำนวน 1, 2 หรือ 3 โลหะมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าและมีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ต่ำ น้อยกว่าสอง

โลหะมีอยู่โดยธรรมชาติ ลักษณะเฉพาะ. นี้ ของแข็ง, หนักกว่าน้ำ, มีความเงาแบบเมทัลลิก. โลหะมีค่าการนำความร้อนและไฟฟ้าสูง พวกมันมีลักษณะเฉพาะโดยการปล่อยอิเล็กตรอนภายใต้อิทธิพลของอิทธิพลภายนอกต่างๆ: การฉายรังสีด้วยแสง, ในระหว่างการให้ความร้อน, ระหว่างการแตก (การปล่อย exoelectronic)

คุณสมบัติหลักของโลหะคือความสามารถในการบริจาคอิเล็กตรอนให้กับอะตอมและไอออนของสารอื่นๆ โลหะเป็นสารรีดิวซ์ในกรณีส่วนใหญ่ และนี่คือคุณสมบัติทางเคมีเฉพาะของพวกมัน พิจารณาอัตราส่วนของโลหะต่อสารออกซิไดซ์ทั่วไป ซึ่งรวมถึงสารอย่างง่าย - อโลหะ, น้ำ, กรด ตารางที่ 1 ให้ข้อมูลเกี่ยวกับอัตราส่วนของโลหะต่อสารออกซิไดซ์อย่างง่าย

ตารางที่ 1

อัตราส่วนของโลหะต่อสารออกซิไดซ์อย่างง่าย

โลหะทั้งหมดทำปฏิกิริยากับฟลูออรีน ข้อยกเว้นคืออลูมิเนียม เหล็ก นิกเกิล ทองแดง สังกะสีในกรณีที่ไม่มีความชื้น องค์ประกอบเหล่านี้ เมื่อทำปฏิกิริยากับฟลูออรีน ในขั้นต้นจะสร้างฟิล์มฟลูออไรด์ที่ป้องกันโลหะจากปฏิกิริยาต่อไป

ภายใต้สภาวะและเหตุผลเดียวกัน ธาตุเหล็กจะไม่เกิดปฏิกิริยากับคลอรีน ในแง่ของออกซิเจน ไม่ใช่ทั้งหมด แต่มีโลหะจำนวนหนึ่งเท่านั้นที่ก่อตัวหนาแน่น ฟิล์มกันรอยออกไซด์ ในการเปลี่ยนจากฟลูออรีนเป็นไนโตรเจน (ตารางที่ 1) กิจกรรมออกซิเดชันจะลดลงและดังนั้นทั้งหมด มากกว่าโลหะไม่ถูกออกซิไดซ์ ตัวอย่างเช่น ลิเธียมเท่านั้นที่ทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนและ โลหะอัลคาไลน์เอิร์ ธ.

อัตราส่วนของโลหะต่อน้ำและสารละลายในน้ำของตัวออกซิไดซ์

ในสารละลายที่เป็นน้ำ กิจกรรมการรีดิวซ์ของโลหะจะมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าศักย์ไฟฟ้ารีดอกซ์มาตรฐาน จากช่วงศักย์ไฟฟ้ารีดอกซ์มาตรฐานทั้งหมด ชุดของแรงดันไฟฟ้าโลหะจะแตกต่างออกไป ซึ่งแสดงไว้ในตารางที่ 2

ตารางที่ 2

โลหะความเค้นแถว

ในชุดของแรงดันไฟฟ้านี้ ค่าศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดไฮโดรเจนในสื่อที่เป็นกรด (рН=0), เป็นกลาง (рН=7), อัลคาไลน์ (рН=14) จะได้รับด้วย ตำแหน่งของโลหะชนิดใดชนิดหนึ่งในชุดของความเค้นเป็นตัวกำหนดลักษณะของความสามารถในการทำปฏิกิริยารีดอกซ์ในสารละลายที่เป็นน้ำที่ เงื่อนไขมาตรฐาน. ไอออนของโลหะเป็นตัวออกซิไดซ์และโลหะเป็นตัวรีดิวซ์ ยิ่งโลหะอยู่ในชุดของแรงดันไฟฟ้ามากเท่าใด ตัวออกซิไดซ์ที่แรงกว่าในสารละลายที่เป็นน้ำก็คือไอออนของโลหะ ยิ่งโลหะอยู่ใกล้กับจุดเริ่มต้นของแถวมากเท่าใด ตัวรีดิวซ์ก็จะยิ่งแข็งแกร่งมากขึ้นเท่านั้น

โลหะสามารถแทนที่กันได้จากสารละลายเกลือ ในกรณีนี้ทิศทางของปฏิกิริยาจะถูกกำหนดโดยตำแหน่งร่วมกันในอนุกรมของแรงดันไฟฟ้า ควรระลึกไว้เสมอว่าโลหะที่ออกฤทธิ์จะแทนที่ไฮโดรเจนไม่เพียงแต่จากน้ำเท่านั้น แต่ยังรวมถึงจากสารละลายที่เป็นน้ำด้วย ดังนั้นการกระจัดร่วมกันของโลหะจากสารละลายของเกลือจึงเกิดขึ้นเฉพาะในกรณีของโลหะที่อยู่ในชุดของแรงดันไฟฟ้าหลังแมกนีเซียม

โลหะทั้งหมดแบ่งออกเป็นสามกลุ่มตามเงื่อนไข ซึ่งแสดงในตารางต่อไปนี้

ตารางที่ 3

การแบ่งตัวแบบมีเงื่อนไขของโลหะ

ปฏิสัมพันธ์กับน้ำตัวออกซิไดซ์ในน้ำคือไฮโดรเจนไอออน ดังนั้น เฉพาะโลหะเหล่านั้นเท่านั้นที่สามารถออกซิไดซ์โดยน้ำ ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานซึ่งต่ำกว่าศักยภาพของไฮโดรเจนไอออนในน้ำ ขึ้นอยู่กับ pH ของตัวกลางและเป็น

φ \u003d -0.059 pH

ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกลาง (рН=7) φ = -0.41 V. ธรรมชาติของอันตรกิริยาของโลหะกับน้ำแสดงไว้ในตารางที่ 4

โลหะตั้งแต่ต้นซีรีส์ซึ่งมีศักยภาพเป็นลบมากกว่า -0.41 V มาก แทนที่ไฮโดรเจนจากน้ำ แต่แล้วแมกนีเซียมก็แทนที่ไฮโดรเจนเท่านั้นจาก น้ำร้อน. โดยปกติ โลหะที่อยู่ระหว่างแมกนีเซียมกับตะกั่วจะไม่แทนที่ไฮโดรเจนจากน้ำ ฟิล์มออกไซด์ถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิวของโลหะเหล่านี้ ซึ่งมีผลในการป้องกัน

ตารางที่ 4

ปฏิกิริยาของโลหะกับน้ำในตัวกลางที่เป็นกลาง

ปฏิกิริยาของโลหะกับกรดไฮโดรคลอริก

ตัวออกซิไดซ์ในกรดไฮโดรคลอริกคือไฮโดรเจนไอออน ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของไฮโดรเจนไอออน ศูนย์. ดังนั้นโลหะที่มีฤทธิ์และโลหะที่มีฤทธิ์ปานกลางต้องทำปฏิกิริยากับกรด ตะกั่วแสดงทู่เท่านั้น

ตารางที่ 5

ปฏิกิริยาของโลหะกับกรดไฮโดรคลอริก

ทองแดงสามารถละลายได้ในกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้น แม้ว่าจะเป็นโลหะที่มีปฏิกิริยาต่ำก็ตาม

ปฏิกิริยาของโลหะกับกรดซัลฟิวริกนั้นแตกต่างกันและขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของโลหะนั้น

ปฏิกิริยาของโลหะกับกรดซัลฟิวริกเจือจางปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริกเจือจางจะดำเนินการในลักษณะเดียวกับกรดไฮโดรคลอริก

ตารางที่ 6

ปฏิกิริยาของโลหะกับกรดซัลฟิวริกเจือจาง

เจือจาง กรดกำมะถันออกซิไดซ์ด้วยไฮโดรเจนไอออน มันทำปฏิกิริยากับโลหะเหล่านั้นที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่าไฮโดรเจน ตะกั่วไม่ละลายในกรดซัลฟิวริกที่ความเข้มข้นต่ำกว่า 80% เนื่องจากเกลือ PbSO 4 เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาของตะกั่วกับกรดซัลฟิวริกจะไม่ละลายน้ำและสร้างฟิล์มป้องกันบนพื้นผิวโลหะ

ปฏิกิริยาของโลหะกับกรดซัลฟิวริกเข้มข้น

ในกรดซัลฟิวริกเข้มข้น กำมะถันในสถานะออกซิเดชัน +6 ทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ เป็นส่วนหนึ่งของซัลเฟตไอออน SO 4 2- ดังนั้น กรดเข้มข้นจะออกซิไดซ์โลหะทั้งหมดที่มีศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานน้อยกว่าตัวออกซิไดซ์ มูลค่าสูงสุดศักย์ไฟฟ้าใน กระบวนการอิเล็กโทรดด้วยการมีส่วนร่วมของซัลเฟตไอออนในฐานะตัวออกซิไดซ์คือ 0.36 V เป็นผลให้โลหะที่มีปฏิกิริยาต่ำบางชนิดทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริกเข้มข้นเช่นกัน

สำหรับโลหะที่มีกิจกรรมปานกลาง (Al, Fe) การเกิดฟิล์มจะเกิดขึ้นเนื่องจากการก่อตัวของฟิล์มออกไซด์ที่มีความหนาแน่นสูง ดีบุกถูกออกซิไดซ์สู่สถานะเตตระวาเลนต์ด้วยการก่อตัวของดีบุก (IV) ซัลเฟต:

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

ตารางที่ 7

ปฏิกิริยาของโลหะกับกรดซัลฟิวริกเข้มข้น

ตะกั่วออกซิไดซ์สู่สถานะไดวาเลนต์ด้วยการก่อตัวของตะกั่วไฮโดรซัลเฟตที่ละลายน้ำได้ ปรอทละลายในกรดซัลฟิวริกเข้มข้นร้อนเพื่อสร้างปรอท (I) และปรอท (II) ซัลเฟต แม้แต่เงินก็ละลายในกรดซัลฟิวริกเข้มข้นที่เดือด

ควรระลึกไว้เสมอว่ายิ่งโลหะมีการเคลื่อนไหวมากเท่าใด ระดับการลดลงของกรดซัลฟิวริกก็จะยิ่งลึกมากขึ้นเท่านั้น สำหรับโลหะออกฤทธิ์ กรดจะลดลงเหลือไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นหลัก แม้ว่าจะมีผลิตภัณฑ์อื่นๆ อยู่ด้วยก็ตาม ตัวอย่างเช่น

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

ปฏิกิริยาของโลหะกับกรดไนตริกเจือจาง

ในกรดไนตริก ไนโตรเจนในสถานะออกซิเดชัน +5 ทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ ค่าศักย์ไฟฟ้าสูงสุดของอิเล็กโทรดสำหรับไอออนไนเตรตของกรดเจือจางในฐานะตัวออกซิไดซ์คือ 0.96 V ด้วยเหตุนี้ สำคัญไฉนกรดไนตริกเป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรงกว่ากรดซัลฟิวริก เห็นได้ชัดจากข้อเท็จจริงที่ว่ากรดไนตริกออกซิไดซ์เงิน กรดจะลดลงยิ่งลึก ยิ่งโลหะออกฤทธิ์มากขึ้น และกรดยิ่งเจือจางมากขึ้น

ตารางที่ 8

ปฏิกิริยาของโลหะกับกรดไนตริกเจือจาง

ปฏิกิริยาของโลหะกับกรดไนตริกเข้มข้น

กรดไนตริกเข้มข้นมักจะลดลงเหลือไนโตรเจนไดออกไซด์ ปฏิกิริยาของกรดไนตริกเข้มข้นกับโลหะแสดงไว้ในตารางที่ 9

เมื่อใช้กรดโดยขาดกรดและไม่มีการกวน โลหะออกฤทธิ์จะลดกรดเป็นไนโตรเจน และโลหะที่มีฤทธิ์ปานกลางเป็นคาร์บอนมอนอกไซด์

ตารางที่ 9

ปฏิกิริยาของกรดไนตริกเข้มข้นกับโลหะ

ปฏิกิริยาของโลหะกับสารละลายอัลคาไล

โลหะไม่สามารถออกซิไดซ์โดยด่าง นี้เป็นเพราะ โลหะอัลคาไลเป็นตัวรีดิวซ์ที่แข็งแรง ดังนั้นไอออนของพวกมันจึงเป็นตัวออกซิไดซ์ที่อ่อนที่สุดและไม่แสดงคุณสมบัติในการออกซิไดซ์ในสารละลายที่เป็นน้ำ อย่างไรก็ตามในที่ที่มีด่างผลการออกซิไดซ์ของน้ำจะแสดงออกมาในระดับที่มากกว่าในกรณีที่ไม่มีอยู่ ด้วยเหตุนี้ ในสารละลายอัลคาไลน์ โลหะจึงถูกออกซิไดซ์ด้วยน้ำเพื่อสร้างไฮดรอกไซด์และไฮโดรเจน ถ้าออกไซด์และไฮดรอกไซด์เป็นสารประกอบแอมโฟเทอริก พวกมันก็จะละลายในสารละลายอัลคาไลน์ ส่งผลให้ passive น้ำสะอาดโลหะมีปฏิกิริยารุนแรงกับสารละลายอัลคาไล

ตารางที่ 10

ปฏิกิริยาของโลหะกับสารละลายอัลคาไล

กระบวนการละลายถูกนำเสนอในรูปแบบของสองขั้นตอน: การเกิดออกซิเดชันของโลหะด้วยน้ำและการละลายของไฮดรอกไซด์:

Zn + 2HOH \u003d Zn (OH) 2 ↓ + H 2;

Zn (OH) 2 ↓ + 2NaOH \u003d Na 2

วัตถุประสงค์:ทำความคุ้นเคยกับคุณสมบัติทางเคมีเฉพาะของโลหะของกิจกรรมต่าง ๆ และสารประกอบของพวกมัน เพื่อศึกษาคุณสมบัติของโลหะที่มีคุณสมบัติแอมโฟเทอริก เทียบปฏิกิริยารีดอกซ์โดยวิธีสมดุลอิเล็กตรอน-ไอออน

ส่วนทฤษฎี

คุณสมบัติทางกายภาพของโลหะ ภายใต้สภาวะปกติ โลหะทั้งหมด ยกเว้นปรอท เป็นของแข็งที่มีระดับความแข็งแตกต่างกันอย่างมาก โลหะที่เป็นตัวนำชนิดแรกมีค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนสูง คุณสมบัติเหล่านี้สัมพันธ์กับโครงสร้างของผลึกขัดแตะ ในโหนดซึ่งมีไอออนของโลหะอยู่ ซึ่งอิเล็กตรอนอิสระจะเคลื่อนที่ระหว่างกัน การถ่ายโอนไฟฟ้าและความร้อนเกิดขึ้นเนื่องจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเหล่านี้

คุณสมบัติทางเคมีของโลหะ . โลหะทั้งหมดเป็นสารรีดิวซ์ กล่าวคือ ที่ ปฏิกริยาเคมีพวกเขาสูญเสียอิเล็กตรอนและกลายเป็นไอออนที่มีประจุบวก เป็นผลให้โลหะส่วนใหญ่ทำปฏิกิริยากับสารออกซิไดซ์ทั่วไป เช่น ออกซิเจน เพื่อก่อตัวเป็นออกไซด์ ซึ่งโดยส่วนใหญ่แล้วจะปกคลุมพื้นผิวโลหะในชั้นที่หนาแน่น

มก.°+O 2 °=2Mg +2 โอ- 2

Mg-2=Mg +2

เกี่ยวกับ 2 +4 =2O -2

กิจกรรมการลดของโลหะในสารละลายขึ้นอยู่กับตำแหน่งของโลหะในชุดของแรงดันไฟฟ้าหรือค่าของศักย์ไฟฟ้าของโลหะ (ตาราง) ยิ่งค่าศักย์ไฟฟ้าของโลหะมีค่าต่ำเท่าใด มันเป็นตัวรีดิวซ์ โลหะทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็น 3 กลุ่ม :

โลหะที่ใช้งาน – จากจุดเริ่มต้นของชุดของความเครียด (เช่น จาก Li) ถึง Mg;

โลหะกิจกรรมระดับกลาง มก. ถึง H;

โลหะที่ไม่ใช้งาน – จาก H ถึงจุดสิ้นสุดของอนุกรมแรงดัน (ถึง Au)

โลหะของกลุ่มที่ 1 ทำปฏิกิริยากับน้ำ (ซึ่งรวมถึงโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ ธ เป็นหลัก) ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาคือไฮดรอกไซด์ของโลหะและไฮโดรเจนที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น

2K°+2N 2 O=2KOH+H 2 เกี่ยวกับ

เค°-=K + | 2

2H + +2 =H 2 0 | 1

ปฏิกิริยาของโลหะกับกรด

กรดอะโนซิกทั้งหมด (ไฮโดรคลอริก HCl, ไฮโดรโบรมิก HBr ฯลฯ ) รวมถึงกรดที่มีออกซิเจนบางชนิด (กรดซัลฟิวริกเจือจาง H 2 SO 4 ฟอสฟอริก H 3 PO 4 อะซิติก CH 3 COOH เป็นต้น) ทำปฏิกิริยากับโลหะ 1 และ 2 กลุ่มยืนอยู่ในชุดของแรงดันไฟฟ้าสูงถึงไฮโดรเจน ในกรณีนี้จะเกิดเกลือที่สอดคล้องกันและปล่อยไฮโดรเจน:

สังกะสี+ ชม 2 ดังนั้น 4 = ZnSO 4 + ชม 2

สังกะสี 0 -2 = สังกะสี 2+ | 1

2H + +2 =H 2 ° | หนึ่ง

กรดซัลฟิวริกเข้มข้นออกซิไดซ์โลหะของกลุ่มที่ 1, 2 และ 3 บางส่วน (รวม Ag) ในขณะที่ถูกลดเหลือ SO 2 - ก๊าซไม่มีสีที่มีกลิ่นฉุน กำมะถันอิสระที่ตกตะกอนเป็นตะกอนสีขาวหรือไฮโดรเจนซัลไฟด์ H 2 S - แก๊สที่มีกลิ่นไข่เน่า ยิ่งโลหะเคลื่อนไหวมากเท่าไร กำมะถันก็ยิ่งลดลง เช่น

| 1

| 8

กรดไนตริกที่ความเข้มข้นใด ๆ ออกซิไดซ์โลหะเกือบทั้งหมด ในขณะที่สร้างไนเตรตของโลหะ น้ำ และผลิตภัณฑ์รีดิวซ์ที่เกี่ยวข้อง N +5 (NO 2 - ก๊าซสีน้ำตาลที่มีกลิ่นฉุน NO - ก๊าซไม่มีสีที่มีกลิ่นฉุน N 2 O - ก๊าซที่มีกลิ่นยาเสพติด N 2 - ก๊าซไม่มีกลิ่น NH 4 NO 3 - สารละลายไม่มีสี) ยิ่งโลหะออกฤทธิ์มากขึ้นและกรดเจือจางมากขึ้นเท่าใด กรดไนตริกก็จะยิ่งมีไนโตรเจนลดลง

โต้ตอบกับด่าง แอมโฟเทอริก โลหะที่อยู่ในกลุ่ม 2 เป็นหลัก (Zn, Be, Al, Sn, Pb, ฯลฯ ) ปฏิกิริยาเกิดขึ้นจากการหลอมโลหะกับด่าง:

พีบี+2 NaOH= นา 2 PbO 2 +โฮ 2

พีบี 0 -2 = พีบี 2+ | 1

2H + +2 =H 2 ° | หนึ่ง

หรือเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับ ปูนที่แข็งแกร่งด่าง:

เป็น + 2NaOH + 2H 2 เกี่ยวกับ = นา 2 + โฮ 2

บี°-2=เบ +2 | 1

รูปแบบโลหะแอมโฟเทอริก แอมโฟเทอริกออกไซด์และดังนั้นแอมโฟเทอริกไฮดรอกไซด์ (ทำปฏิกิริยากับกรดและด่างเพื่อสร้างเกลือและน้ำ) ตัวอย่างเช่น

หรือในรูปไอออนิก:

หรือในรูปไอออนิก:

ภาคปฏิบัติ

ประสบการณ์หมายเลข 1ปฏิกิริยาของโลหะกับน้ำ .

นำโลหะอัลคาไลหรือโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธชิ้นเล็กๆ (โซเดียม โพแทสเซียม ลิเธียม แคลเซียม) ที่เก็บไว้ในขวดน้ำมันก๊าด เช็ดให้แห้งด้วยกระดาษกรองแล้ววางลงในถ้วยพอร์ซเลนที่เติมน้ำ ในตอนท้ายของการทดลอง ให้เติมฟีนอล์ฟทาลีนสองสามหยดและหาตัวกลางของสารละลายที่ได้

เมื่อแมกนีเซียมทำปฏิกิริยากับน้ำ ให้ความร้อนหลอดปฏิกิริยาครู่หนึ่งบนตะเกียงแอลกอฮอล์

ประสบการณ์หมายเลข 2ปฏิกิริยาของโลหะกับกรดเจือจาง .

เทสารละลาย 2N ของกรดไฮโดรคลอริก ซัลฟิวริก และไนตริก 20-25 หยดลงในหลอดทดลอง 3 หลอด หย่อนโลหะลงในหลอดทดลองแต่ละหลอดในรูปของลวด ชิ้นส่วน หรือขี้กบ สังเกตเหตุการณ์ที่เกิดขึ้น อุ่นหลอดทดลองโดยที่ไม่มีอะไรเกิดขึ้นในตะเกียงแอลกอฮอล์จนกว่าปฏิกิริยาจะเริ่มขึ้น ค่อยๆ ดมกลิ่นท่อกรดไนตริกเพื่อดูว่ามีวิวัฒนาการของแก๊ส

ประสบการณ์หมายเลข 3ปฏิกิริยาของโลหะกับกรดเข้มข้น .

เทกรดไนตริกและกำมะถันเข้มข้น 20-25 หยด (อย่างระมัดระวัง!) ลงในหลอดทดลองสองหลอด หยดโลหะลงไป สังเกตสิ่งที่เกิดขึ้น หากจำเป็น หลอดทดลองสามารถถูกทำให้ร้อนบนตะเกียงแอลกอฮอล์ก่อนเริ่มปฏิกิริยา ค่อยๆ ดมหลอดทดลองเพื่อตรวจหาการปล่อยก๊าซออก

ประสบการณ์หมายเลข 4ปฏิกิริยาของโลหะกับด่าง .

เทสารละลายด่างเข้มข้น (KOH หรือ NaOH) 20 - 30 หยดลงในหลอดทดลอง เติมโลหะ อุ่นหลอดทดลองเล็กน้อย ดูสิ่งที่เกิดขึ้น

ประสบการณ์№5. ใบเสร็จ และคุณสมบัติ ไฮดรอกไซด์ของโลหะ

เทเกลือของโลหะที่เกี่ยวข้อง 15-20 หยดลงในหลอดทดลองเติมด่างจนตกตะกอน แบ่งตะกอนออกเป็นสองส่วน เทสารละลายกรดไฮโดรคลอริกลงในส่วนหนึ่ง และสารละลายด่างอีกส่วนหนึ่ง ทำเครื่องหมายการสังเกต เขียนสมการในรูปแบบโมเลกุล ไอออนิกเต็มรูปแบบ และไอออนิกแบบสั้น วาดข้อสรุปเกี่ยวกับธรรมชาติของไฮดรอกไซด์ที่ได้

การกำหนดผลงานและข้อสรุป

สำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์ ให้เขียนสมการสมดุลอิเล็กตรอน-ไอออน เขียนปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอออนในรูปแบบโมเลกุลและไอออน-โมเลกุล

โดยสรุป ให้เขียนว่าโลหะใดที่คุณศึกษาอยู่ในกลุ่มกิจกรรม (1, 2 หรือ 3) และคุณสมบัติใด - เบสหรือแอมโฟเทอริก - ไฮดรอกไซด์ของมันแสดง ให้เหตุผลกับข้อสรุป

แล็บ #11

คุณสมบัติทางเคมีของโลหะ: ปฏิกิริยากับออกซิเจน ฮาโลเจน กำมะถัน และความสัมพันธ์กับน้ำ กรด เกลือ

คุณสมบัติทางเคมีของโลหะเกิดจากความสามารถของอะตอมในการบริจาคอิเล็กตรอนจากระดับพลังงานภายนอกอย่างง่ายดาย และกลายเป็นไอออนที่มีประจุบวก ดังนั้น ในปฏิกิริยาเคมี โลหะทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ที่มีพลัง นี่คือคุณสมบัติทางเคมีทั่วไปของพวกมัน

ความสามารถในการบริจาคอิเล็กตรอนในอะตอมของธาตุโลหะแต่ละธาตุนั้นแตกต่างกัน ยิ่งโลหะปล่อยอิเลคตรอนได้ง่ายกว่า ก็ยิ่งมีแอกทีฟมากขึ้นเท่านั้น และยิ่งทำปฏิกิริยากับสารอื่นๆ ได้แรงขึ้น จากการวิจัยพบว่าโลหะทั้งหมดถูกจัดเรียงเป็นแถวตามกิจกรรมที่ลดลง ชุดนี้เสนอครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ดีเด่น N. N. Beketov ชุดกิจกรรมของโลหะดังกล่าวเรียกอีกอย่างว่าชุดการกระจัดของโลหะหรือชุดไฟฟ้าเคมีของแรงดันไฟฟ้าโลหะ ดูเหมือนว่านี้:

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

เมื่อใช้ซีรีส์นี้ คุณจะค้นหาได้ว่าโลหะใดมีสถานะเป็นโลหะอื่น ชุดนี้ประกอบด้วยไฮโดรเจนซึ่งไม่ใช่โลหะ คุณสมบัติที่มองเห็นได้นั้นถูกนำมาเปรียบเทียบเป็นศูนย์

มีคุณสมบัติของตัวรีดิวซ์ โลหะทำปฏิกิริยากับตัวออกซิไดซ์ต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับอโลหะ โลหะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนภายใต้สภาวะปกติหรือเมื่อถูกความร้อนจนเกิดออกไซด์ ตัวอย่างเช่น

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

ในปฏิกิริยานี้ อะตอมของแมกนีเซียมจะถูกออกซิไดซ์และอะตอมของออกซิเจนจะลดลง โลหะมีตระกูลที่ปลายแถวทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ปฏิกิริยากับฮาโลเจนเกิดขึ้นอย่างแข็งขัน ตัวอย่างเช่น การเผาไหม้ของทองแดงในคลอรีน:

Cu0 + Cl02 = Cu+2Cl-2

ปฏิกิริยากับกำมะถันมักเกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อน ตัวอย่างเช่น

Fe0 + S0 = Fe+2S-2

โลหะออกฤทธิ์ในชุดกิจกรรมของโลหะในหน่วย Mg ทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อสร้างด่างและไฮโดรเจน:

2Na0 + 2H+2O → 2Na+OH + H02

โลหะที่มีฤทธิ์ปานกลางจาก Al ถึง H2 ทำปฏิกิริยากับน้ำภายใต้สภาวะที่รุนแรงกว่าและเกิดออกไซด์และไฮโดรเจน:

Pb0 + H+2O คุณสมบัติทางเคมีของโลหะ: อันตรกิริยากับออกซิเจน Pb+2O + H02

ความสามารถของโลหะในการทำปฏิกิริยากับกรดและเกลือในสารละลายยังขึ้นอยู่กับตำแหน่งของโลหะในชุดการกระจัดของโลหะด้วย โลหะทางด้านซ้ายของไฮโดรเจนในชุดการกระจัดของโลหะมักจะแทนที่ (ลด) ไฮโดรเจนจากกรดเจือจาง และโลหะทางด้านขวาของไฮโดรเจนจะไม่แทนที่ ดังนั้นสังกะสีและแมกนีเซียมทำปฏิกิริยากับสารละลายกรด ปล่อยไฮโดรเจนและเกิดเกลือขึ้น ในขณะที่ทองแดงไม่ทำปฏิกิริยา

Mg0 + 2H+Cl → Mg+2Cl2 + H02

Zn0 + H+2SO4 → Zn+2SO4 + H02

อะตอมของโลหะในปฏิกิริยาเหล่านี้คือตัวรีดิวซ์ และไฮโดรเจนไอออนเป็นตัวออกซิไดซ์

โลหะทำปฏิกิริยากับเกลือในสารละลายที่เป็นน้ำ โลหะแอคทีฟจะแทนที่โลหะที่มีปฏิกิริยาน้อยกว่าจากองค์ประกอบของเกลือ สามารถกำหนดได้จากชุดกิจกรรมของโลหะ ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาคือ เกลือใหม่และโลหะใหม่ ดังนั้นหากแผ่นเหล็กจุ่มลงในสารละลายของคอปเปอร์ (II) ซัลเฟต หลังจากนั้นครู่หนึ่ง ทองแดงจะโดดเด่นกว่ามันในรูปของสารเคลือบสีแดง:

Fe0 + Cu+2SO4 → Fe+2SO4 + Cu0 .

แต่ถ้าแผ่นเงินจุ่มลงในสารละลายของคอปเปอร์ (II) ซัลเฟตจะไม่มีปฏิกิริยาเกิดขึ้น:

Ag + CuSO4 ≠ .

ในการทำปฏิกิริยาดังกล่าว ไม่ควรใช้โลหะที่มีฤทธิ์มากเกินไป (จากลิเธียมถึงโซเดียม) ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยากับน้ำได้

ดังนั้นโลหะสามารถทำปฏิกิริยากับอโลหะ น้ำ กรดและเกลือได้ ในกรณีเหล่านี้ โลหะจะถูกออกซิไดซ์และเป็นตัวรีดิวซ์ ในการทำนายเส้นทางของปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับโลหะ ควรใช้ชุดการกระจัดของโลหะ

หากเราวาดเส้นทแยงมุมจากเบริลเลียมถึงแอสทาทีนในตารางธาตุของ DI Mendeleev แล้วจะมีองค์ประกอบโลหะในแนวทแยงที่ด้านล่างซ้าย (รวมถึงองค์ประกอบของกลุ่มย่อยรองที่เน้นด้วยสีน้ำเงิน) และด้านบน ขวา - องค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะ (เน้น เหลือง). องค์ประกอบที่อยู่ใกล้กับเส้นทแยงมุม - เซมิเมทัลหรือเมทัลลอยด์ (B, Si, Ge, Sb ฯลฯ) มีอักขระสองตัว (เน้นด้วยสีชมพู)

ดังจะเห็นได้จากรูป ธาตุส่วนใหญ่เป็นโลหะ

โดยธรรมชาติทางเคมีของพวกมัน โลหะเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่อะตอมบริจาคอิเล็กตรอนจากระดับพลังงานภายนอกหรือระดับพลังงานก่อนออก ทำให้เกิดไอออนที่มีประจุบวก

โลหะเกือบทั้งหมดมีรัศมีที่ค่อนข้างใหญ่และมีอิเล็กตรอนจำนวนน้อย (ตั้งแต่ 1 ถึง 3) ที่ระดับพลังงานภายนอก โลหะมีค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ต่ำและคุณสมบัติการลด

โลหะทั่วไปส่วนใหญ่จะอยู่ที่จุดเริ่มต้นของช่วงเวลา (เริ่มจากวินาที) ไกลจากซ้ายไปขวา คุณสมบัติของโลหะจะลดลง ในกลุ่มจากบนลงล่าง คุณสมบัติของโลหะจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากรัศมีของอะตอมเพิ่มขึ้น (เนื่องจากจำนวนระดับพลังงานที่เพิ่มขึ้น) สิ่งนี้นำไปสู่การลดลงของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ (ความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอน) ขององค์ประกอบและเพิ่มคุณสมบัติการลด (ความสามารถในการบริจาคอิเล็กตรอนให้กับอะตอมอื่น ๆ ในปฏิกิริยาเคมี)

ทั่วไปโลหะเป็นองค์ประกอบ s (องค์ประกอบของกลุ่ม IA จากองค์ประกอบ Li ถึง Fr ของกลุ่ม PA จาก Mg ถึง Ra) ทั่วไป สูตรอิเล็กทรอนิกส์อะตอมของพวกมัน ns 1-2 มีลักษณะเป็นสถานะออกซิเดชัน + I และ + II ตามลำดับ

อิเล็กตรอนจำนวนน้อย (1-2) ในระดับพลังงานภายนอกของอะตอมโลหะทั่วไป แสดงให้เห็นการสูญเสียอิเล็กตรอนเหล่านี้ได้ง่าย และการแสดงคุณสมบัติการรีดิวซ์อย่างแรง ซึ่งสะท้อนถึงค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ต่ำ นี่แสดงถึงคุณสมบัติทางเคมีที่จำกัดและวิธีการเพื่อให้ได้โลหะทั่วไป

ลักษณะเฉพาะของโลหะทั่วไปคือแนวโน้มที่อะตอมของพวกมันจะก่อตัวเป็นไอออนบวกและพันธะเคมีไอออนิกกับอะตอมที่ไม่ใช่โลหะ สารประกอบของโลหะทั่วไปกับอโลหะคือ ผลึกไอออนิก“ไอออนบวกของโลหะไอออนที่ไม่ใช่โลหะ” เช่น K + Br -, Ca 2+ O 2- ไอออนบวกของโลหะทั่วไปยังรวมอยู่ในสารประกอบที่มีแอนไอออนเชิงซ้อน - ไฮดรอกไซด์และเกลือ เช่น Mg 2+ (OH -) 2, (Li +) 2CO 3 2-

โลหะกลุ่ม A ที่ก่อตัวเป็นแอมโฟเทอริกในแนวทแยงในระบบธาตุ Be-Al-Ge-Sb-Po เช่นเดียวกับโลหะที่อยู่ติดกัน (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) มักไม่มีลักษณะเป็นโลหะ คุณสมบัติ. สูตรอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปของอะตอม น 2 np 0-4 แสดงถึงสถานะออกซิเดชันที่หลากหลายมากขึ้น ความสามารถที่มากขึ้นในการรักษาอิเล็กตรอนของตัวเอง ความสามารถในการรีดิวซ์ของพวกมันค่อยๆ ลดลง และการปรากฏตัวของความสามารถในการออกซิไดซ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานะออกซิเดชันสูง (ตัวอย่างทั่วไปคือสารประกอบ Tl III, Pb IV, Bi v ). พฤติกรรมทางเคมีที่คล้ายคลึงกันก็เป็นลักษณะเฉพาะขององค์ประกอบส่วนใหญ่เช่นกัน (องค์ประกอบ d กล่าวคือ องค์ประกอบของกลุ่ม B ระบบธาตุ (ตัวอย่างทั่วไป- องค์ประกอบ amphoteric Cr และ Zn)

การแสดงคุณสมบัติของความเป็นคู่ (แอมโฟเทอริก) ทั้งที่เป็นโลหะ (พื้นฐาน) และอโลหะ เกิดจากธรรมชาติของพันธะเคมี ในสถานะของแข็ง สารประกอบของโลหะผิดปรกติที่มีอโลหะมีพันธะโควาเลนต์เป็นส่วนใหญ่ (แต่มีความแข็งแรงน้อยกว่าพันธะระหว่างอโลหะ) ในสารละลาย พันธะเหล่านี้จะแตกได้ง่าย และสารประกอบจะแยกตัวออกเป็นไอออน (ทั้งหมดหรือบางส่วน) ตัวอย่างเช่น โลหะแกลเลียมประกอบด้วยโมเลกุล Ga 2 ในอะลูมิเนียมสถานะของแข็งและคลอไรด์ของปรอท (II) AlCl 3 และ HgCl 2 มีพันธะโควาเลนต์อย่างแรง แต่ในสารละลาย AlCl 3 จะแยกตัวออกเกือบทั้งหมด และ HgCl 2 - มีค่าน้อยมาก ขอบเขต (และแม้กระทั่ง HgCl + และ Cl - ไอออน)

คุณสมบัติทางกายภาพทั่วไปของโลหะ

เนื่องจากการมีอยู่ของอิเล็กตรอนอิสระ ("แก๊สอิเล็กตรอน") ในโครงผลึกโลหะทั้งหมดจึงมีคุณสมบัติทั่วไปดังต่อไปนี้:

1) พลาสติก- สามารถเปลี่ยนรูปร่างได้ง่าย ยืดเป็นเส้นลวด ม้วนเป็นแผ่นบาง ๆ

2) ความแวววาวของโลหะและความทึบ นี่เป็นเพราะปฏิกิริยาของอิเล็กตรอนอิสระกับแสงตกกระทบบนโลหะ

3) การนำไฟฟ้า. อธิบายโดยการเคลื่อนที่โดยตรงของอิเล็กตรอนอิสระจากขั้วลบไปยังขั้วบวกภายใต้อิทธิพลของความต่างศักย์เล็กน้อย เมื่อถูกความร้อน ค่าการนำไฟฟ้าจะลดลงเพราะ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น การสั่นสะเทือนของอะตอมและไอออนในโหนดของผลึกตาข่ายจะเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้ยากต่อการเคลื่อนที่โดยตรงของ "แก๊สอิเล็กตรอน"

4) การนำความร้อนเนื่องจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระสูงเนื่องจากการที่ ปรับระดับอย่างรวดเร็วอุณหภูมิตามน้ำหนักของโลหะ ค่าการนำความร้อนสูงสุดอยู่ในบิสมัทและปรอท

5) ความแข็งที่ยากที่สุดคือโครเมียม (ตัดกระจก); โลหะอัลคาไลที่อ่อนที่สุด - โพแทสเซียม โซเดียม รูบิเดียมและซีเซียม - ถูกตัดด้วยมีด

6) ความหนาแน่น.ยิ่งน้อยยิ่งน้อย มวลอะตอมโลหะและรัศมีอะตอมที่ใหญ่กว่า น้ำหนักเบาที่สุดคือลิเธียม (ρ=0.53 g/cm3); ออสเมียมที่หนักที่สุดคือ (ρ=22.6 g/cm3) โลหะที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า 5 g/cm3 ถือเป็น "โลหะเบา"

7) จุดหลอมเหลวและจุดเดือดโลหะที่หลอมละลายได้มากที่สุดคือปรอท (m.p. = -39°C) โลหะที่ทนไฟได้มากที่สุดคือทังสเตน (t°m. = 3390°C) โลหะที่มี t°pl. อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 °C ถือเป็นวัสดุทนไฟ ต่ำกว่า - จุดหลอมเหลวต่ำ

คุณสมบัติทางเคมีทั่วไปของโลหะ

ตัวรีดิวซ์ที่แรง: Me 0 – nē → Me n +

ความเค้นจำนวนหนึ่งแสดงถึงกิจกรรมเปรียบเทียบของโลหะในปฏิกิริยารีดอกซ์ในสารละลายที่เป็นน้ำ

I. ปฏิกิริยาของโลหะกับอโลหะ

1) ด้วยออกซิเจน:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) ด้วยกำมะถัน:
Hg + S → HgS

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

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

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

6) ด้วยไฮโดรเจน (ทำปฏิกิริยาเฉพาะโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ท):
2Li + H 2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

ครั้งที่สอง ปฏิกิริยาของโลหะกับกรด

1) โลหะที่อยู่ในชุดไฟฟ้าเคมีของแรงดันไฟฟ้าสูงถึง H จะลดกรดที่ไม่ออกซิไดซ์เป็นไฮโดรเจน:

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) ด้วยกรดออกซิไดซ์:

ในปฏิกิริยาของกรดไนตริกที่ความเข้มข้นใด ๆ และกรดซัลฟิวริกเข้มข้นกับโลหะ ไฮโดรเจนไม่เคยถูกปล่อยออกมา!

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

สาม. ปฏิกิริยาของโลหะกับน้ำ

1) แอคทีฟ (โลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ท) ก่อตัวเป็นเบสที่ละลายน้ำได้ (อัลคาไล) และไฮโดรเจน:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2) โลหะที่มีฤทธิ์ปานกลางจะถูกออกซิไดซ์โดยน้ำเมื่อถูกความร้อนให้เป็นออกไซด์:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) ไม่ใช้งาน (Au, Ag, Pt) - ไม่ตอบสนอง

IV. การกำจัดโดยโลหะที่มีฤทธิ์มากขึ้นของโลหะที่มีฤทธิ์น้อยกว่าจากสารละลายของเกลือ:

Cu + HgCl 2 → Hg + CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

ในอุตสาหกรรมมักไม่ใช้โลหะบริสุทธิ์ แต่เป็นของผสม - โลหะผสมโดยคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ของโลหะชนิดหนึ่งจะเสริมด้วยคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ของโลหะอีกชนิดหนึ่ง ดังนั้นทองแดงจึงมีความแข็งต่ำและมีประโยชน์น้อยสำหรับการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักร ในขณะที่โลหะผสมของทองแดงกับสังกะสี ( ทองเหลือง) ค่อนข้างยากอยู่แล้วและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรมเครื่องกล อะลูมิเนียมมีความเหนียวสูงและมีน้ำหนักเบาเพียงพอ (ความหนาแน่นต่ำ) แต่อ่อนเกินไป บนพื้นฐานของโลหะผสมนั้นเตรียมโลหะผสมที่มีแมกนีเซียมทองแดงและแมงกานีส - ดูราลูมิน (ดูราลูมิน) ซึ่งโดยไม่สูญเสีย คุณสมบัติที่มีประโยชน์อลูมิเนียมได้ความแข็งสูงและเหมาะสมกับอุตสาหกรรมอากาศยาน โลหะผสมของเหล็กกับคาร์บอน (และการเติมโลหะอื่น ๆ ) เป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลาย เหล็กหล่อและ เหล็ก.

โลหะในรูปแบบอิสระคือ สารรีดิวซ์แต่ ปฏิกิริยาโลหะบางชนิดมีขนาดเล็กเนื่องจากมีการหุ้มอยู่ ฟิล์มออกไซด์พื้นผิวทนต่อการกระทำของสารเคมี เช่น น้ำ สารละลายของกรดและด่างในระดับต่างๆ

ตัวอย่างเช่น ตะกั่วมักถูกเคลือบด้วยฟิล์มออกไซด์ การเปลี่ยนไปใช้สารละลายไม่เพียงต้องสัมผัสกับสารทำปฏิกิริยา (เช่น กรดไนตริกเจือจาง) แต่ยังให้ความร้อนด้วย ฟิล์มออกไซด์บนอะลูมิเนียมช่วยป้องกันปฏิกิริยากับน้ำ แต่จะถูกทำลายภายใต้การกระทำของกรดและด่าง ฟิล์มออกไซด์หลวม (สนิม) เกิดขึ้นบนพื้นผิวของเหล็กในอากาศชื้น ไม่รบกวนการเกิดออกซิเดชันของเหล็กต่อไป

ภายใต้อิทธิพล เข้มข้นกรดเกิดบนโลหะ อย่างยั่งยืนฟิล์มออกไซด์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า ทู่. ดังนั้นในความเข้มข้น กรดซัลฟูริกทู่ (แล้วไม่ทำปฏิกิริยากับกรด) โลหะเช่น Be, Bi, Co, Fe, Mg และ Nb และในกรดไนตริกเข้มข้น - โลหะ A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb , Th และ U.

เมื่อทำปฏิกิริยากับตัวออกซิไดซ์ในสารละลายที่เป็นกรด โลหะส่วนใหญ่จะกลายเป็นไอออนบวก ประจุจะถูกกำหนดโดยสถานะออกซิเดชันที่เสถียรของธาตุที่กำหนดในสารประกอบ (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ และ Fe 3 +)

กิจกรรมการรีดิวซ์ของโลหะในสารละลายที่เป็นกรดส่งผ่านความเค้นเป็นชุด โลหะส่วนใหญ่จะถูกแปลงเป็นสารละลายด้วยกรดไฮโดรคลอริกและกรดซัลฟิวริกเจือจาง แต่ Cu, Ag และ Hg - เฉพาะกับกรดซัลฟิวริก (เข้มข้น) และกรดไนตริก และ Pt และ Au - ด้วย "aqua regia"

การกัดกร่อนของโลหะ

คุณสมบัติทางเคมีที่ไม่พึงประสงค์ของโลหะ ได้แก่ การทำลายล้าง (ออกซิเดชัน) เมื่อสัมผัสกับน้ำและภายใต้อิทธิพลของออกซิเจนที่ละลายในนั้น (การกัดกร่อนของออกซิเจน)ตัวอย่างเช่น การกัดกร่อนของผลิตภัณฑ์เหล็กในน้ำเป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวาง อันเป็นผลมาจากการเกิดสนิม และผลิตภัณฑ์สลายเป็นผง

การกัดกร่อนของโลหะเกิดขึ้นในน้ำเช่นกันเนื่องจากมีก๊าซ CO 2 และ SO 2 ที่ละลายอยู่ สภาพแวดล้อมที่เป็นกรดถูกสร้างขึ้นและ H + cations ถูกแทนที่โดยโลหะที่ใช้งานในรูปของไฮโดรเจน H 2 ( การกัดกร่อนของไฮโดรเจน).

จุดสัมผัสระหว่างโลหะสองชนิดที่ไม่เหมือนกันสามารถกัดกร่อนได้เป็นพิเศษ ( การกัดกร่อนของหน้าสัมผัส)ระหว่างโลหะชนิดหนึ่ง เช่น Fe และโลหะอีกชนิดหนึ่ง เช่น Sn หรือ Cu ที่วางอยู่ในน้ำ จะมีคู่กัลวานิกปรากฏขึ้น การไหลของอิเล็กตรอนไปจากโลหะที่แอคทีฟมากกว่า ซึ่งอยู่ทางด้านซ้ายในชุดของแรงดันไฟฟ้า (Re) ไปจนถึงโลหะที่แอคทีฟน้อย (Sn, Cu) และโลหะที่แอคทีฟมากขึ้นจะถูกทำลาย (กัดกร่อน)

ด้วยเหตุนี้ผิวกระป๋องจึงเกิดสนิม กระป๋อง(เหล็กชุบดีบุก) เมื่อเก็บในที่ที่มีอากาศชื้นและหยิบจับอย่างไม่ระมัดระวัง (เหล็กจะพังอย่างรวดเร็วหลังจากเกิดรอยขีดข่วนเล็กๆ น้อยๆ ทำให้เตารีดสัมผัสกับความชื้นได้) ในทางตรงกันข้าม พื้นผิวสังกะสีของถังเหล็กไม่เป็นสนิมเป็นเวลานาน เพราะถึงแม้ว่าจะมีรอยขีดข่วน แต่ก็ไม่ใช่เหล็กที่กัดกร่อน แต่เป็นสังกะสี (เป็นโลหะที่มีฤทธิ์มากกว่าเหล็ก)

ความต้านทานการกัดกร่อนสำหรับโลหะที่กำหนดจะเพิ่มขึ้นเมื่อเคลือบด้วยโลหะที่มีฤทธิ์มากขึ้นหรือเมื่อถูกหลอมรวม ตัวอย่างเช่น การเคลือบเหล็กด้วยโครเมียมหรือการทำโลหะผสมของเหล็กที่มีโครเมียมช่วยขจัดการกัดกร่อนของเหล็ก เหล็กชุบโครเมียมและเหล็กกล้าที่มีโครเมียม ( สแตนเลส ) มีความต้านทานการกัดกร่อนสูง

โลหะผสมไฟฟ้ากล่าวคือ ได้โลหะโดยอิเล็กโทรไลซิสของหลอมเหลว (สำหรับโลหะที่มีฤทธิ์มากที่สุด) หรือสารละลายเกลือ

pyrometallurgyกล่าวคือ การนำโลหะกลับมาใช้ใหม่จากแร่ที่อุณหภูมิสูง (เช่น การผลิตเหล็กในกระบวนการเตาหลอมแบบบลาสต์)

อุทกวิทยากล่าวคือ การแยกโลหะออกจากสารละลายของเกลือโดยโลหะที่มีฤทธิ์มากขึ้น (เช่น การผลิตทองแดงจากสารละลาย CuSO 4 โดยการกระทำของสังกะสี เหล็ก หรืออะลูมิเนียม)

โลหะพื้นเมืองบางครั้งพบได้ในธรรมชาติ (ตัวอย่างทั่วไปคือ Ag, Au, Pt, Hg) แต่บ่อยครั้งที่โลหะอยู่ในรูปของสารประกอบ ( แร่โลหะ). ในแง่ของความชุกใน เปลือกโลกโลหะมีความแตกต่างกัน: จากที่พบบ่อยที่สุด - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) ไปจนถึงหายากที่สุด - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re

โครงสร้างของอะตอมของโลหะไม่เพียงกำหนดลักษณะเฉพาะ คุณสมบัติทางกายภาพสารอย่างง่าย - โลหะ แต่ยังมีคุณสมบัติทางเคมีทั่วไปด้วย

ด้วยความหลากหลายมากมาย ปฏิกิริยาเคมีของโลหะทั้งหมดจึงเป็นรีดอกซ์และสามารถเป็นได้เพียงสองประเภทเท่านั้น: สารประกอบและการแทนที่ โลหะสามารถให้อิเล็กตรอนได้ในระหว่างปฏิกิริยาเคมี กล่าวคือ พวกมันสามารถเป็นตัวรีดิวซ์ได้ และแสดงสถานะออกซิเดชันในเชิงบวกในสารประกอบที่เกิดขึ้นเท่านั้น

ใน ปริทัศน์สิ่งนี้สามารถแสดงในไดอะแกรม:
ฉัน 0 - ne → ฉัน + n,
โดยที่ ฉัน - โลหะ - สารธรรมดา และ ฉัน 0 + n - โลหะ องค์ประกอบทางเคมีในการเชื่อมต่อ

โลหะสามารถบริจาคเวเลนซ์อิเล็กตรอนให้กับอะตอมที่ไม่ใช่โลหะ ไฮโดรเจนไอออน ไอออนของโลหะอื่น ๆ และด้วยเหตุนี้จะทำปฏิกิริยากับอโลหะ - สารธรรมดา, น้ำ, กรด, เกลือ อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการรีดิวซ์ของโลหะนั้นแตกต่างกัน องค์ประกอบของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาของโลหะที่มีสารต่างๆ ยังขึ้นอยู่กับความสามารถในการออกซิไดซ์ของสารและสภาวะที่เกิดปฏิกิริยา

ที่ อุณหภูมิสูงโลหะส่วนใหญ่เผาไหม้ในออกซิเจน:

2Mg + O 2 \u003d 2MgO

เฉพาะทองคำ เงิน แพลตตินั่ม และโลหะอื่นๆ เท่านั้นที่ไม่เกิดปฏิกิริยาออกซิไดซ์ภายใต้สภาวะเหล่านี้

โลหะหลายชนิดทำปฏิกิริยากับฮาโลเจนโดยไม่ให้ความร้อน ตัวอย่างเช่น ผงอะลูมิเนียม เมื่อผสมกับโบรมีน จะติดไฟ:

2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3

เมื่อโลหะทำปฏิกิริยากับน้ำ บางครั้งก็เกิดไฮดรอกไซด์ โลหะอัลคาไล เช่นเดียวกับแคลเซียม สตรอนเทียม แบเรียม ทำปฏิกิริยากับน้ำอย่างมากภายใต้สภาวะปกติ รูปแบบทั่วไปของปฏิกิริยานี้มีลักษณะดังนี้:

ฉัน + HOH → ฉัน(OH) n + H 2

โลหะอื่นๆ ทำปฏิกิริยากับน้ำเมื่อถูกความร้อน: แมกนีเซียมเมื่อเดือด เหล็กในไอน้ำเมื่อเดือดเป็นสีแดง ในกรณีเหล่านี้จะได้รับโลหะออกไซด์

หากโลหะทำปฏิกิริยากับกรด แสดงว่าโลหะนั้นเป็นส่วนหนึ่งของเกลือที่ได้ เมื่อโลหะทำปฏิกิริยากับสารละลายกรด ก็สามารถออกซิไดซ์ได้โดยไฮโดรเจนไอออนที่มีอยู่ในสารละลายนั้น สมการไอออนิกแบบย่อในรูปแบบทั่วไปสามารถเขียนได้ดังนี้:

ฉัน + nH + → ฉัน n + + H 2

แข็งแกร่งขึ้น คุณสมบัติการออกซิไดซ์ไอออนของกรดที่มีออกซิเจน เช่น กรดซัลฟิวริกเข้มข้นและกรดไนตริกมีมากกว่าไฮโดรเจนไอออน ดังนั้นโลหะที่ไม่สามารถออกซิไดซ์โดยไฮโดรเจนไอออน เช่น ทองแดงและเงิน จะทำปฏิกิริยากับกรดเหล่านี้

เมื่อโลหะทำปฏิกิริยากับเกลือ จะเกิดปฏิกิริยาการแทนที่: อิเล็กตรอนจากอะตอมของการแทนที่ - โลหะที่แอคทีฟมากขึ้นจะส่งผ่านไปยังไอออนของการแทนที่ - โลหะที่แอคทีฟน้อยลง จากนั้นเครือข่ายจะแทนที่โลหะด้วยโลหะในเกลือ ปฏิกิริยาเหล่านี้ไม่สามารถย้อนกลับได้: หากโลหะ A แทนที่โลหะ B จากสารละลายเกลือ โลหะ B จะไม่แทนที่โลหะ A จากสารละลายเกลือ

ตามลำดับจากมากไปน้อยของกิจกรรมทางเคมี, ประจักษ์ในปฏิกิริยาของการกระจัดของโลหะจากกันและกันจาก สารละลายน้ำเกลือของโลหะอยู่ในชุดไฟฟ้าเคมีของแรงดันไฟฟ้า (กิจกรรม) ของโลหะ:

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 → ออ

โลหะที่อยู่ทางด้านซ้ายของแถวนี้มีการใช้งานมากกว่าและสามารถแทนที่โลหะที่ตามมาจากสารละลายเกลือ

ไฮโดรเจนรวมอยู่ในอนุกรมไฟฟ้าของแรงดันไฟฟ้าของโลหะ เนื่องจากเป็นอโลหะเพียงชนิดเดียวที่แยกจากโลหะ ทรัพย์สินส่วนกลาง- สร้างไอออนที่มีประจุบวก ดังนั้นไฮโดรเจนจึงเข้ามาแทนที่โลหะบางชนิดในเกลือของพวกมัน และสามารถแทนที่ด้วยโลหะหลายชนิดในกรด เช่น

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

โลหะที่อยู่ในอนุกรมไฟฟ้าเคมีของแรงดันไฟฟ้าจนถึงไฮโดรเจนจะแทนที่มันจากสารละลายของกรดหลายชนิด (ไฮโดรคลอริก ซัลฟิวริก ฯลฯ) และสิ่งที่ตามมา ตัวอย่างเช่น ห้ามแทนที่ทองแดง

เว็บไซต์ที่มีการคัดลอกเนื้อหาทั้งหมดหรือบางส่วน จำเป็นต้องมีลิงก์ไปยังแหล่งที่มา