Proprietăți chimice. Proprietăți chimice ale substanțelor simple Proprietăți chimice ale substanțelor simple

Proprietăți generale ale metalelor.

Prezența electronilor de valență legați slab de nucleu determină proprietățile chimice generale ale metalelor. ÎN reactii chimice acţionează întotdeauna ca un agent reducător, substanţele metalice simple nu prezintă niciodată proprietăţi oxidante.

Obținerea metalelor:
- reducerea din oxizi cu carbon (C), monoxid de carbon (CO), hidrogen (H2) sau un metal mai activ (Al, Ca, Mg);
- reducerea din solutii sarate cu un metal mai activ;
- electroliza solutiilor sau topiturii compusilor metalici - reducerea celor mai active metale (metale alcaline, alcalino-pamantoase si aluminiu) cu ajutorul curentului electric.

În natură, metalele se găsesc în principal sub formă de compuși, doar în cantități mici metale active găsit în formular substanțe simple(metale native).

Proprietăți chimice metale
1. Interacțiunea cu substanțe simple, nemetale:
Majoritatea metalelor pot fi oxidate de nemetale precum halogeni, oxigen, sulf și azot. Dar majoritatea acestor reacții necesită preîncălzire pentru a începe. Ulterior, reacția poate continua cu eliberarea unei cantități mari de căldură, ceea ce duce la aprinderea metalului.
La temperatura camerei, reacțiile sunt posibile numai între metalele cele mai active (alcaline și alcalino-pământoase) și cele mai active nemetale (halogeni, oxigen). Metalele alcaline (Na, K) reacţionează cu oxigenul pentru a forma peroxizi şi superoxizi (Na2O2, KO2).

a) interacţiunea metalelor cu apa.
La temperatura camerei, metalele alcaline și alcalino-pământoase interacționează cu apa. Ca rezultat al reacției de substituție, se formează alcali (bază solubilă) și hidrogen: Metal + H2O = Me(OH) + H2
Când sunt încălzite, alte metale care se află la stânga hidrogenului în seria de activități interacționează cu apa. Magneziul reactioneaza cu apa clocotita, aluminiul - dupa un tratament special de suprafata, rezultand formarea de baze insolubile - hidroxid de magneziu sau hidroxid de aluminiu - si se elibereaza hidrogen. Metalele din seria de activitate de la zinc (inclusiv) la plumb (inclusiv) interacționează cu vaporii de apă (adică peste 100 C) și se formează oxizi ai metalelor corespunzătoare și hidrogen.
Metalele situate în seria de activitate din dreapta hidrogenului nu interacționează cu apa.
b) interacțiunea cu oxizii:
metalele active reacţionează prin reacţie de substituţie cu oxizi ai altor metale sau nemetale, reducându-le la substanţe simple.
c) interacțiunea cu acizii:
Metalele situate în seria de activitate din stânga hidrogenului reacţionează cu acizii pentru a elibera hidrogen şi formează sarea corespunzătoare. Metalele situate în seria de activitate din dreapta hidrogenului nu interacționează cu soluțiile acide.
Un loc aparte îl ocupă reacțiile metalelor cu acizii azotic și sulfuric concentrat. Toate metalele cu excepția celor nobile (aur, platină) pot fi oxidate de acești acizi oxidanți. Aceste reacții vor produce întotdeauna sărurile corespunzătoare, apă și produsul de reducere al azotului sau respectiv al sulfului.
d) cu alcalii
Metalele care formează compuși amfoteri (aluminiu, beriliu, zinc) sunt capabile să reacționeze cu topituri (aceasta formează sărurile medii ale aluminaților, berilaților sau zincaților) sau soluțiilor alcaline (aceasta formează sărurile complexe corespunzătoare). Toate reacțiile vor produce hidrogen.
e) În conformitate cu poziția metalului în seria de activități, sunt posibile reacții de reducere (deplasare) a unui metal mai puțin activ dintr-o soluție de sare a acestuia cu un alt metal mai activ. Ca rezultat al reacției, se formează o sare a unui metal mai activ și o substanță simplă - un metal mai puțin activ.

Proprietăți generale ale nemetalelor.

Există mult mai puține nemetale decât metale (22 de elemente). Cu toate acestea, chimia nemetalelor este mult mai complexă datorită ocupării mai mari a nivelului de energie exterior al atomilor lor.
Proprietăți fizice nemetalele sunt mai diverse: printre ele se numără gazoase (fluor, clor, oxigen, azot, hidrogen), lichide (brom) și solide, care diferă foarte mult între ele ca punct de topire. Majoritatea nemetalelor nu conduc curent electric, dar siliciul, grafitul, germaniul au proprietăți semiconductoare.
Nemetale gazoase, lichide și unele solide (iodul) au structura moleculara rețea cristalină, alte nemetale au o rețea cristalină atomică.
Fluorul, clorul, bromul, iodul, oxigenul, azotul și hidrogenul în condiții normale există sub formă de molecule diatomice.
Multe elemente nemetalice formează mai multe modificări alotropice substanțe simple. Deci oxigenul are două modificări alotropice - oxigenul O2 și ozonul O3, sulful are trei modificări alotrope - sulf ortorombic, plastic și monoclinic, fosforul are trei modificări alotropice - fosfor roșu, alb și negru, carbon - șase modificări alotrope - funingine, grafit, diamant , carbyne, fullerene, grafen.

Spre deosebire de metale, care expun doar proprietăți de restaurare, nemetalele în reacții cu substanțe simple și complexe pot acționa atât ca agent reducător, cât și ca agent oxidant. După activitatea lor, nemetalele ocupă un anumit loc în seria electronegativității. Fluorul este considerat cel mai activ non-metal. El doar arată proprietăți oxidante. Pe locul doi în activitate se află oxigenul, pe al treilea se află azotul, apoi halogenii și alte nemetale. Hidrogenul are cea mai scăzută electronegativitate dintre nemetale.

Proprietățile chimice ale nemetalelor.

1. Interacțiunea cu substanțe simple:
Nemetalele interacționează cu metalele. În astfel de reacții, metalele acționează ca un agent reducător, iar nemetalele acționează ca un agent de oxidare. Ca rezultat al reacției, se formează compuși compuși binari- oxizi, peroxizi, nitruri, hidruri, săruri ale acizilor fără oxigen.
În reacțiile nemetalelor între ele, nemetalul mai electronegativ prezintă proprietățile unui agent oxidant, iar cel mai puțin electronegativ prezintă proprietățile unui agent reducător. Reacția compusă produce compuși binari. Trebuie amintit că nemetalele pot prezenta diferite stări de oxidare în compușii lor.
2. Interacțiunea cu substanțe complexe:
a) cu apa:
În condiții normale, numai halogenii interacționează cu apa.
b) cu oxizi de metale și nemetale:
Multe nemetale pot reacționa la temperaturi ridicate cu oxizii altor nemetale, reducându-le la substanțe simple. Nemetalele care se află în stânga sulfului în seria electronegativității pot interacționa și cu oxizii metalici, reducând metalele la substanțe simple.
c) cu acizi:
Unele nemetale pot fi oxidate cu acizi sulfuric sau azotic concentrați.
d) cu alcalii:
Sub influența alcalinelor, unele nemetale pot suferi dismutări, fiind atât agent oxidant, cât și agent reducător.
De exemplu, în reacția halogenilor cu soluții alcaline fără încălzire: Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O sau cu încălzire: 3Cl2 + 6NaOH = 5NaCl + NaClO3 + 3H2O.
d) cu săruri:
Atunci când interacționează, sunt agenți oxidanți puternici și prezintă proprietăți reducătoare.
Halogenii (cu excepția fluorului) intră în reacții de substituție cu soluții de săruri ale acizilor hidrohalici: un halogen mai activ înlocuiește un halogen mai puțin activ din soluția de sare.

Peste trecut 200 de ani de umanitate a studiat proprietățile substanțelor mai bine decât în ​​întreaga istorie a dezvoltării chimiei. Desigur, cantitatea de substanțe crește rapid și aceasta se datorează, în primul rând, dezvoltării diverse metode obţinerea de substanţe.

ÎN viata de zi cu ziîntâlnim multe substanțe. Printre acestea se numără apa, fierul, aluminiul, plasticul, sifonul, sarea și multe altele.

Substanțele care există în natură, precum oxigenul și azotul conținute în aer, substanțele dizolvate în apă și de origine naturală, se numesc substanțe naturale.

Aluminiul, zincul, acetona, varul, sapunul, aspirina, polietilena si multe alte substante nu exista in natura. Sunt obținute în laborator și produse de industrie. Substanțele artificiale nu se găsesc în natură; ele sunt create din substanțe naturale. Unele substanțe care există în natură pot fi obținute și într-un laborator chimic. Astfel, atunci când permanganatul de potasiu este încălzit, oxigenul este eliberat, iar când creta este încălzită, oxigenul este eliberat.

dioxid de carbon. Oamenii de știință au învățat să transforme grafitul în diamant, cresc cristale de rubin, safir și malachit. Deci, alături de substanțele de origine naturală, există o mare varietate de substanțe create artificial care nu se găsesc în natură.

Substanțele care nu se găsesc în natură sunt produse în diferite întreprinderi: fabrici, fabrici, combine etc. In conditii de epuizare resurse naturale

planeta noastră, chimiștii se confruntă acum cu o sarcină importantă: să dezvolte și să implementeze metode prin care să fie posibilă obținerea artificială, într-o producție de laborator sau industrială, a unor substanțe care sunt analoge ale substanțelor naturale. De exemplu, rezervele de combustibili fosili din natură se epuizează. Poate veni un moment în care petrolul și gazele naturale se epuizează. Deja sunt dezvoltate noi tipuri de combustibil care ar fi la fel de eficient, dar nu ar polua. mediu. Astăzi, omenirea a învățat să obțină artificial diverse

pietre prețioase

, de exemplu, diamante, smaralde, beril. Starea materiei Substanțele pot exista în mai multe stări de agregare Sunt cunoscute substanțe care nu pot exista în condiții normale în toate cele trei stări de agregare. De exemplu, o astfel de substanță este dioxidul de carbon. La temperatura camerei este un gaz inodor și incolor. La o temperatură de –79°C această substanță „îngheață” și se transformă într-o stare solidă de agregare. Numele de zi cu zi (trivial) pentru o astfel de substanță este „gheață uscată”. Acest nume este dat acestei substanțe datorită faptului că „gheața carbonică” se transformă în dioxid de carbon fără a se topi, adică fără a trece la o stare lichidă de agregare, care este prezentă, de exemplu, în apă.

Astfel, se poate trage o concluzie importantă. O substanță, la trecerea de la o stare de agregare la alta, nu se transformă în alte substanțe. Procesul unei anumite schimbări, transformare, se numește fenomen.

Fenomene fizice. Proprietățile fizice ale substanțelor.

Fenomenele în care substanțele își schimbă starea de agregare, dar nu se transformă în alte substanțe, se numesc fizice. Fiecare substanță individuală are anumite proprietăți. Proprietățile substanțelor pot fi diferite sau similare între ele. Fiecare substanță este descrisă folosind un set de proprietăți fizice și chimice. Să luăm ca exemplu apa. Apa îngheață și se transformă în gheață la o temperatură de 0°C și fierbe și se transformă în abur la o temperatură de +100°C.

Aceste fenomene sunt considerate fizice, deoarece apa nu s-a transformat în alte substanțe, are loc doar o schimbare a stării de agregare. Aceste puncte de îngheț și de fierbere sunt proprietăți fizice specifice apei.

Proprietățile substanțelor care sunt determinate prin măsurători sau vizual în absența transformării unor substanțe în altele se numesc fizice. Evaporarea alcoolului, precum evaporarea apei

Principalele proprietăți fizice ale substanțelor includ următoarele: stare de agregare, culoare, miros, solubilitate în apă, densitate, punct de fierbere, punct de topire, conductivitate termică, conductivitate electrică.

Proprietățile fizice precum culoarea, mirosul, gustul, forma cristalului pot fi determinate vizual folosind simțurile, iar densitatea, conductibilitatea electrică, punctele de topire și de fierbere sunt determinate prin măsurare. Informațiile despre proprietățile fizice ale multor substanțe sunt colectate în literatura de specialitate, de exemplu, în cărți de referință. Proprietățile fizice ale unei substanțe depind de starea sa de agregare. De exemplu, densitățile gheții, apei și vaporilor de apă sunt diferite. Oxigenul gazos este incolor, dar oxigenul lichid este albastru. Cunoașterea proprietăților fizice ajută la „recunoașterea” multor substanțe. De exemplu, cupru - Singurul metal care are culoarea roșie. Doar sarea de masă are gust sărat. Iod - Un solid aproape negru care se transformă într-un vapor violet când este încălzit. În cele mai multe cazuri, pentru a identifica o substanță, trebuie să luați în considerare câteva dintre proprietățile acesteia.

• Ca exemplu, să caracterizăm proprietățile fizice ale apei:
• culoare – incolor (în volume mici)
• miros - fără miros
• stare de agregare – lichid în condiții normale
• densitate - 1 g/ml,
• punctul de fierbere - +100°С
• punctul de topire – 0°C
• conductivitate termică – scăzută conductivitate electrica - apă curată

nu conduce electricitatea

Substanțe cristaline și amorfe Când se descrie proprietățile fizice ale solidelor, se obișnuiește să se descrie structura substanței. Dacă examinați o probă de sare de masă sub o lupă, veți observa că sarea constă din multe cristale minuscule. În depozitele de sare puteți găsi și cristale foarte mari. cristale - solide având forma poliedre regulate Cristalele pot avea diferite forme și dimensiuni. Cristale din anumite substanțe, cum ar fi sarea de masă – sare fragil și ușor de spart . Sunt cristale destul de dure. De exemplu, diamantul este considerat unul dintre cele mai dure minerale. Dacă examinați cristalele de sare de masă la microscop, veți observa că toate au o structură similară. Dacă luăm în considerare, de exemplu, particulele de sticlă, toate vor avea o structură diferită - astfel de substanțe se numesc amorfe. Substanțele amorfe includ sticla, amidonul, chihlimbarul și ceara de albine.

Substante amorfe

Dacă în timpul fenomenelor fizice substanțele, de regulă, își schimbă doar starea de agregare, atunci în timpul fenomenelor chimice are loc transformarea unor substanțe în alte substanțe. Iată câteva exemple simple: arderea unui chibrit este însoțită de carbonizarea lemnului și eliberarea de substanțe gazoase, adică are loc o transformare ireversibilă a lemnului în alte substanțe. Un alt exemplu: De-a lungul timpului, sculpturile din bronz devin acoperite cu un strat verde. Faptul este că bronzul conține cupru. Acest metal interacționează lent cu oxigenul, dioxidul de carbon și umiditatea aerului, în urma cărora se formează noi substanțe verzi pe suprafața sculpturii. Fenomene chimice - fenomene de transformare a unei substanțe în alta Procesul de interacțiune a substanțelor cu formarea de noi substanțe se numește reacție chimică. Reacțiile chimice au loc peste tot în jurul nostru. Reacțiile chimice apar și în interiorul nostru. În corpul nostru se produc continuu transformări ale multor substanțe, care reacționează între ele, formând produse de reacție. Astfel, într-o reacție chimică există întotdeauna substanțe în reacție și substanțe formate ca urmare a reacției.

• Reacție chimică– procesul de interacțiune a substanțelor, în urma căruia se formează noi substanțe cu proprietăți noi
• Reactivi- substanţe care intră într-o reacţie chimică
• Produse– substanţe formate în urma unei reacţii chimice

O reacție chimică este descrisă în vedere generală schema de reactie REACTIVI -> PRODUSE

• reactivi– materii prime luate pentru realizarea reacției;
• produse– substanțe noi formate în urma unei reacții.

Orice fenomen (reacție) chimic este însoțit de anumite semne, cu ajutorul cărora se pot distinge fenomenele chimice de cele fizice. Astfel de semne includ modificări ale culorii substanțelor, eliberarea de gaz, formarea sedimentelor, eliberarea de căldură și emisia de lumină.

Multe reacții chimice sunt însoțite de eliberarea de energie sub formă de căldură și lumină. De regulă, astfel de fenomene sunt însoțite de reacții de ardere. În reacțiile de ardere în aer, substanțele reacționează cu oxigenul conținut în aer. De exemplu, magneziul metalic se aprinde și arde în aer cu o flacără strălucitoare, orbitoare. Acesta este motivul pentru care blițul de magneziu a fost folosit pentru a crea fotografii în prima jumătate a secolului al XX-lea. În unele cazuri, este posibil să se elibereze energie sub formă de lumină, dar fără a elibera căldură. Un tip de plancton din Pacific este capabil să emită o lumină albastră strălucitoare, vizibilă clar în întuneric. Eliberarea de energie sub formă de lumină este rezultatul unei reacții chimice care are loc în organismele acestui tip de plancton.

Rezumatul articolului:

• Există două grupe mari de substanțe: substanțe de origine naturală și artificială.
• În condiții normale, substanțele pot exista în trei stări de agregare
• Proprietățile substanțelor care sunt determinate prin măsurători sau vizual în absența transformării unor substanțe în altele se numesc fizice.
• Cristalele sunt solide sub formă de poliedre regulate.
• Substanțele amorfe sunt substanțe care nu au o structură cristalină
• Fenomene chimice - fenomene de transformare a unei substanțe în alta
• Reactivii sunt substanțe care intră într-o reacție chimică.
• Produsele sunt substanțe formate ca urmare a unei reacții chimice
• Reacțiile chimice pot fi însoțite de eliberarea de gaz, sediment, căldură, lumină; modificarea culorii substanțelor
• Arderea este un proces fizic și chimic complex de transformare a substanțelor inițiale în produse de ardere în timpul unei reacții chimice, însoțit de eliberare intensă de căldură și lumină (flacără)

Proprietăți chimice caracteristice ale substanțelor simple - metale

Majoritate elemente chimice 92 din cele 114 elemente cunoscute sunt clasificate drept metale. Metalele- acestea sunt elemente chimice ai căror atomi renunță la electroni din stratul de electroni exterior (și unii din exterior), transformându-se în ioni pozitivi. Această proprietate a atomilor de metal este determinată de că au raze relativ mari și un număr mic de electroni(mai ales 1 până la 3 pe stratul exterior). Singurele excepții sunt 6 metale: atomii de germaniu, staniu și plumb de pe stratul exterior au 4 electroni, atomi de antimoniu și bismut - 5, atomi de poloniu - 6. Pentru atomii de metal caracterizate prin valori mici de electronegativitate(de la 0,7 la 1,9) și exclusiv proprietăți de restaurare, adică capacitatea de a dona electroni. În Tabelul periodic al elementelor chimice al lui D.I Mendeleev, metalele sunt situate sub diagonala bor - astatin, precum și deasupra acesteia, în subgrupuri secundare. În perioadele și subgrupele principale, sunt cunoscute modele în modificările metalului și, prin urmare, proprietățile reducătoare ale atomilor elementelor.

Elemente chimice situate în apropierea diagonalei bor-astatina (Be, Al, Ti, Ge, Nb, Sb etc.) au proprietăți duble: în unii dintre compușii lor se comportă ca metalele, în altele prezintă proprietățile nemetalelor. În subgrupele secundare, proprietățile reducătoare ale metalelor scad cel mai adesea odată cu creșterea numărului atomic.

Comparați activitatea metalelor din grupa I a subgrupului secundar cunoscut de dvs.: Cu, Ag, Au; Grupa II a subgrupului secundar: Zn, Cd, Hg - și veți vedea acest lucru singur. Acest lucru poate fi explicat prin faptul că puterea legăturii dintre electronii de valență și nucleul din atomii acestor metale este influențată în mare măsură de mărimea sarcinii nucleare, și nu de raza atomului. Sarcina nucleară crește semnificativ, iar atracția electronilor către nucleu crește. În acest caz, deși raza atomică crește, ea nu este la fel de semnificativă ca pentru metalele subgrupurilor principale.

Substanțele simple formate din elemente chimice - metale și substanțele complexe care conțin metale joacă un rol vital în „viața” minerală și organică a Pământului. Este suficient să ne amintim că atomii (ionii) elementelor metalice sunt o parte integrantă a compușilor care determină metabolismul în corpul oamenilor și al animalelor. De exemplu, 76 de elemente au fost găsite în sângele uman, iar doar 14 dintre ele nu sunt metale.

În corpul uman, unele elemente metalice (calciu, potasiu, sodiu, magneziu) sunt prezente în cantități mari, adică sunt macroelemente. Și metale precum cromul, manganul, fierul, cobaltul, cuprul, zincul, molibdenul sunt prezente în cantități mici, adică acestea sunt oligoelemente. Dacă o persoană cântărește 70 kg, atunci corpul său conține (în grame): calciu - 1700, potasiu - 250, sodiu - 70, magneziu - 42, fier - 5, zinc - 3. Toate metalele sunt extrem de importante, apar probleme de sănătate și cu deficiența lor și cu excesul lor.

De exemplu, ionii de sodiu reglează conținutul de apă din organism și transmiterea impulsurilor nervoase. Deficiența acestuia duce la dureri de cap, slăbiciune, memorie slabă, pierderea poftei de mâncare, iar excesul său duce la creșterea tensiunii arteriale, hipertensiune arterială și boli de inimă.

Substanțe simple - metale

Apariția civilizației este asociată cu dezvoltarea producției de metale (substanțe simple) și aliaje ( epoca bronzului, Epoca fierului). A început acum aproximativ 100 de ani revoluție științifică și tehnologică, care a afectat atât industria, cât și sfera socială, este, de asemenea, strâns legată de producția de metale. Pe baza de wolfram, molibden, titan și alte metale, au început să creeze aliaje rezistente la coroziune, super-dure, refractare, a căror utilizare a extins foarte mult capacitățile ingineriei mecanice. În tehnologia nucleară și spațială, aliajele de wolfram și reniu sunt folosite pentru a face piese care funcționează la temperaturi de până la 3000 °C; În medicină se folosesc instrumente chirurgicale din aliaje de tantal și platină și ceramică unică pe bază de oxizi de titan și zirconiu.

Și, desigur, nu trebuie să uităm că majoritatea aliajelor folosesc fierul metalic de mult cunoscut, iar baza multor aliaje ușoare este formată din metale relativ „tinere” - aluminiu și magneziu. Materialele compozite au devenit supernove, reprezentând, de exemplu, polimer sau ceramică, care în interior (cum ar fi betonul cu tije de fier) ​​sunt armate cu fibre metalice din wolfram, molibden, oțel și alte metale și aliaje - totul depinde de obiectivul stabilit, de proprietățile materialului necesare realizării acestuia. Figura prezintă o diagramă a rețelei cristaline de sodiu metalic. În el, fiecare atom de sodiu este înconjurat de opt vecini. Atomul de sodiu, ca toate metalele, are mulți orbitali de valență gol și puțini electroni de valență. Formula electronică a atomului de sodiu: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 0 3d 0, unde 3s, 3p, 3d - orbitali de valență.

Un singur electron de valență al atomului de sodiu 3s 1 pot ocupa oricare dintre cei nouă orbitali liberi - 3s (unul), 3p (trei) și 3d (cinci), deoarece nu diferă mult în ceea ce privește nivelul energetic. Când atomii se apropie unul de altul, când se formează o rețea cristalină, orbitalii de valență ai atomilor vecini se suprapun, datorită cărora electronii se deplasează liber de la un orbital la altul, stabilind legături între toți atomii cristalului metalic. O astfel de legătură chimică se numește metalică.

O legătură metalică este formată din elemente ai căror atomi din stratul exterior au puțini electroni de valență în comparație cu un număr mare de orbitali exteriori care sunt apropiați energetic. Electronii lor de valență sunt slab ținuți în atom. Electronii care realizează comunicarea sunt socializați și se mișcă prin rețeaua cristalină a metalului în general neutru. Substante cu legătură metalică rețele de cristal metalice inerente, care sunt de obicei descrise schematic așa cum se arată în figură. Cationii și atomii de metal localizați în locurile rețelei cristaline îi asigură stabilitatea și rezistența (electronii socializați sunt reprezentați ca mici bile negre).

Conexiune metalica- aceasta este o legătură în metale și aliaje între atomii de metal localizați la nodurile rețelei cristaline, realizată de electroni de valență împărtășiți. Unele metale cristalizează în două sau mai multe forme cristaline. Această proprietate a substanțelor - de a exista în mai multe modificări cristaline - se numește polimorfism. Polimorfismul substanțelor simple este cunoscut sub numele de alotropie. De exemplu, fierul are patru modificări cristaline, fiecare dintre ele stabilă într-un anumit interval de temperatură:

α - stabil până la 768 °C, feromagnetic;

β - stabil de la 768 la 910 °C, neferomagnetic, adică paramagnetic;

γ - stabil de la 910 la 1390 °C, neferomagnetic, adică paramagnetic;

δ - stabil de la 1390 la 1539 °C (£° pl fier), neferomagnetic.

Staniul are două modificări cristaline:

α - stabil sub 13,2 °C (p = 5,75 g/cm3). Aceasta este tablă gri. Are o rețea cristalină de tip diamant (atomic);

β - stabil peste 13,2 °C (p = 6,55 g/cm3). Aceasta este tablă albă.

Staniul alb este un metal alb-argintiu, foarte moale. Când este răcit sub 13,2 °C, se sfărâmă în pulbere gri, deoarece în timpul tranziției volumul său specific crește semnificativ. Acest fenomen a fost numit „ciuma staniului”.

Desigur, un tip special de legătură chimică și tipul de rețea cristalină a metalelor trebuie să determine și să explice proprietățile fizice ale acestora. Ce sunt ei? Acestea sunt luciul metalic, ductilitatea, conductivitatea electrică și termică ridicată, o creștere a rezistenței electrice odată cu creșterea temperaturii, precum și proprietăți semnificative precum densitatea, punctele ridicate de topire și fierbere, duritatea, proprietăți magnetice. Un efect mecanic asupra unui cristal cu o rețea cristalină metalică determină o deplasare a straturilor de atomi de ioni unul față de celălalt (Fig. 17) și, deoarece electronii se mișcă în întregul cristal, ruperea legăturilor nu are loc, prin urmare metalele sunt caracterizate printr-o mai mare măsură. plasticitate. Un efect similar asupra unui solid cu legături covalente (o rețea cristalină atomică) duce la ruperea legăturilor covalente. Ruperea legăturilor din rețeaua ionică duce la respingerea reciprocă a ionilor cu încărcare similară. Prin urmare, substanțele cu rețele cristaline atomice și ionice sunt fragile. Cele mai ductile metale sunt Au, Ag, Sn, Pb, Zn. Ele sunt ușor trase în sârmă, pot fi forjate, presate sau rulate în foi. De exemplu, folie de aur de 0,003 mm grosime poate fi făcută din aur, iar din 0,5 g din acest metal se poate trage un fir de 1 km lungime. Chiar și mercurul, care este lichid la temperatura camerei, devine maleabil în stare solidă la temperaturi scăzute, precum plumbul. Doar Bi și Mn nu au plasticitate;

De ce metalele au o strălucire caracteristică și sunt, de asemenea, opace?

Electronii care umplu spațiul interatomic reflectă razele de lumină (în loc să le transmită ca sticla), iar majoritatea metalelor împrăștie în mod egal toate razele din partea vizibilă a spectrului. Prin urmare au un alb argintiu sau gri. Stronțiul, aurul și cuprul absorb lungimi de undă scurte (aproape de violet) într-o măsură mai mare și reflectă lungimi de undă lungi ale spectrului de lumină și, prin urmare, au culori galben deschis, galben și „cupru”. Deși în practică, metalul nu ni se pare întotdeauna un „corp ușor”. În primul rând, suprafața sa se poate oxida și își poate pierde strălucirea. Prin urmare, cuprul nativ apare ca o piatră verzuie. O în al doilea rând, iar metalul pur poate să nu strălucească. Foile foarte subțiri de argint și aur au un aspect complet neașteptat - au o culoare verde-albăstruie. Iar pulberile fine de metal apar gri închis, chiar negre. Argintul, aluminiul și paladiul au cea mai mare reflectivitate. Sunt folosite la fabricarea oglinzilor, inclusiv a spoturilor.

De ce metalele au conductivitate electrică ridicată și conduc căldura?

Electronii care se mișcă haotic într-un metal, sub influența unei tensiuni electrice aplicate, capătă mișcare direcțională, adică conduc curentul electric. Pe măsură ce temperatura metalului crește, amplitudinile de vibrație ale atomilor și ionilor aflați la nodurile rețelei cristaline cresc. Acest lucru face dificilă mișcarea electronilor, iar conductivitatea electrică a metalului scade. La temperaturi scăzute, mișcarea oscilativă, dimpotrivă, este mult redusă, iar conductivitatea electrică a metalelor crește brusc. Aproape de zero absolut, metalele nu au practic rezistență; majoritatea metalelor prezintă supraconductivitate.

Trebuie remarcat faptul că nemetalele care au conductivitate electrică (de exemplu, grafitul), la temperaturi scăzute, dimpotrivă, nu conduc curentul electric din cauza lipsei de electroni liberi. Și numai cu creșterea temperaturii și distrugerea unora legături covalente conductivitatea lor electrică începe să crească. Argintul, cuprul, precum și aurul și aluminiul au cea mai mare conductivitate electrică, manganul, plumbul și mercurul au cea mai scăzută.

Cel mai adesea, conductivitatea termică a metalelor se modifică cu același model ca și conductibilitatea electrică. Se datorează mobilității mari a electronilor liberi, care, ciocnind cu ionii și atomii vibratori, schimbă energie cu aceștia. Temperatura este egalizată pe întreaga bucată de metal.

Rezistența mecanică, densitatea, punctul de topire a metalelor sunt foarte diferite. Mai mult, odată cu creșterea numărului de electroni care leagă ion-atomi și scăderea distanței interatomice în cristale, indicatorii acestor proprietăți cresc.

Aşa, metale alcaline(Li, K, Na, Rb, Cs), ai căror atomi au un electron de valență, moale (tăiat cu un cuțit), cu densitate mică (litiul este cel mai ușor metal cu p = 0,53 g/cm 3) și se topește la temperaturi scăzute (de exemplu, punctul de topire al cesiului este de 29 ° C). Singurul metal care este lichid în condiții normale este mercurul, care are un punct de topire de -38,9 °C. Calciul, care are doi electroni în nivelul de energie exterior al atomilor săi, este mult mai dur și se topește la temperaturi mai ridicate. temperatură ridicată(842 °C). Și mai durabilă este rețeaua cristalină formată din ionii de scandiu, care au trei electroni de valență. Dar cele mai puternice rețele cristaline, densități mari și temperaturi de topire se observă în metalele din subgrupele secundare V, VI, VII, VIII. Acest lucru se explică prin faptul că metalele subgrupurilor laterale, care au electroni de valență nepereche la subnivelul d, se caracterizează prin formarea de legături covalente foarte puternice între atomi, în plus față de cea metalică, realizată de electronii exteriorului. strat din orbitalii s.

Cel mai greu metal- acesta este osmiul (Os) cu p = 22,5 g/cm 3 (o componentă a aliajelor super-dure și rezistente la uzură), cel mai refractar metal este wolfram W cu t = 3420 ° C (utilizat pentru fabricarea lămpii cu incandescență filamente), cel mai dur metal este - Acesta este cromul Cr (sticlă zgârietură). Ele fac parte din materialele din care sunt fabricate sculele de tăiat metale, plăcuțele de frână ale mașinilor grele etc. Metalele interacționează cu câmpul magnetic în moduri diferite. Metalele precum fierul, cobaltul, nichelul și gadoliniul se remarcă prin capacitatea lor de a fi puternic magnetizate. Se numesc feromagneți. Majoritatea metalelor (metale alcaline și alcalino-pământoase și o parte semnificativă a metalelor de tranziție) sunt slab magnetizate și nu păstrează această stare în afara câmpului magnetic - sunt paramagnetice. Metalele împinse afară câmp magnetic, - materiale diamagnetice (cupru, argint, aur, bismut).

Când luăm în considerare structura electronică a metalelor, am împărțit metalele în metale din subgrupele principale (elementele s și p) și metale din subgrupele secundare (elementele d- și f de tranziție).

În tehnologie, se obișnuiește să se clasifice metalele în funcție de diferite proprietăți fizice:

1. Densitate - lumină (pag< 5 г/см 3) и тяжелые (все остальные).

2. Punct de topire - cu punct de topire scăzut și refractar.

Există clasificări ale metalelor în funcție de proprietățile lor chimice. Metalele cu activitate chimică scăzută se numesc nobil(argint, aur, platină și analogii săi - osmiu, iridiu, ruteniu, paladiu, rodiu). Pe baza asemănării proprietăților chimice, se disting alcalin(metale din subgrupul principal al grupului I), alcalino-pământos(calciu, stronțiu, bariu, radiu), precum și metale pământuri rare(scandiu, ytriu, lantan și lantanide, actiniu și actinide).

Proprietățile chimice generale ale metalelor

Atomii de metal sunt relativ ușori donează electroni de valențăși se transformă în ioni încărcați pozitiv, adică sunt oxidați. Acesta este principalul lucru proprietate generală atât atomii cât şi substanţele simple – metale. Metalele sunt întotdeauna agenți reducători în reacțiile chimice. Capacitatea reducătoare a atomilor de substanțe simple - metale formate din elemente chimice dintr-o perioadă sau dintr-un subgrup principal al Tabelului periodic al lui D. I. Mendeleev se modifică în mod natural.

Activitatea de reducere a unui metal în reacțiile chimice care au loc în soluții apoase este reflectată de poziția sa în seria de tensiune electrochimică a metalelor.

Pe baza acestei serii de tensiuni se pot trage următoarele concluzii importante despre activitatea chimică a metalelor în reacțiile care au loc în soluții apoase în condiții standard (t = 25 °C, p = 1 atm).

· Cu cât un metal este mai în stânga pe acest rând, cu atât este mai puternic un agent reducător.

· Fiecare metal este capabil să înlocuiască (reducă) din sărurile în soluție acele metale care se află după el în seria de tensiuni (în dreapta).

· Metalele situate în seria de tensiuni la stânga hidrogenului sunt capabile să-l înlocuiască de acizii în soluție

· Metalele care sunt cei mai puternici agenți reducători (alcaline și alcalino-pământoase) reacționează în primul rând cu apa în orice soluție apoasă.

Activitatea de reducere a unui metal, determinată din seria electrochimică, nu corespunde întotdeauna cu poziția sa în tabelul periodic. Acest lucru se explică prin faptul că, atunci când se determină poziția unui metal într-o serie de tensiuni, se ia în considerare nu numai energia extracției electronilor de la atomii individuali, ci și energia cheltuită pentru distrugerea rețelei cristaline, precum și ca energia eliberată în timpul hidratării ionilor. De exemplu, litiul este mai activ în soluții apoase decât sodiul (deși Na este un metal mai activ prin poziție în tabelul periodic). Cert este că energia de hidratare a ionilor Li + este mult mai mare decât energia de hidratare a Na +, deci primul proces este mai favorabil din punct de vedere energetic. Având în vedere prevederi generale

care caracterizează proprietățile reducătoare ale metalelor, să trecem la reacții chimice specifice.

· Interacțiunea metalelor cu nemetale Majoritatea metalelor formează oxizi cu oxigenul

- de bază și amfoter. Oxizii acizi ai metalelor de tranziție, cum ar fi oxidul de crom (VI) CrOg sau oxidul de mangan (VII) Mn 2 O 7, nu se formează prin oxidarea directă a metalului cu oxigen. Ele sunt obținute indirect. Metalele alcaline Na, K reacționează activ cu oxigenul din aer

, formând peroxizi:

Litiul și metalele alcalino-pământoase reacţionează cu oxigenul atmosferic, formând oxizi bazici:

Alte metale, cu excepția metalelor de aur și platină, care nu sunt deloc oxidate de oxigenul atmosferic, interacționează cu acesta mai puțin activ sau când sunt încălzite:

· Cu halogeni, metalele formează săruri ale acizilor hidrohalici, De exemplu:

· Cele mai active metale formează hidruri cu hidrogenul- substanțe asemănătoare sărurilor ionice în care hidrogenul are o stare de oxidare de -1, de exemplu:

Multe metale de tranziție formează hidruri de tip special cu hidrogen - este ca și cum hidrogenul este dizolvat sau introdus în rețeaua cristalină a metalelor dintre atomi și ioni, în timp ce metalul își păstrează aspect, dar crește în volum. Hidrogenul absorbit se află în metal, aparent sub formă atomică.

Există și hidruri metalice intermediare.

· Metalele cenușii formează săruri - sulfuri, De exemplu:

· Metalele reacţionează ceva mai greu cu azotul, deoarece legătura chimică din molecula de azot N2 este foarte puternică; În acest caz, se formează nitruri. La temperaturi obișnuite, doar litiul reacționează cu azotul:

Interacțiunea metalelor cu substanțe complexe

· Cu apă. În condiții normale, metalele alcaline și alcalino-pământoase înlocuiesc hidrogenul din apă și formează baze solubile - alcaline, de exemplu:

Alte metale care sunt în seria de tensiune înainte de hidrogen pot, de asemenea, în anumite condiții, să înlocuiască hidrogenul din apă. Dar aluminiul reacționează violent cu apa numai dacă filmul de oxid este îndepărtat de pe suprafața sa:

Magneziul reacționează cu apa numai atunci când este fiert, iar hidrogenul este, de asemenea, eliberat:

Dacă în apă se adaugă magneziu care arde, arderea continuă deoarece are loc reacția:

Fierul reacționează cu apa numai când este fierbinte:

· Cu acizi în soluție (HCI, H 2 AŞA 4 ),CH 3 COOH și altele, cu excepția HNO 3 ) metalele care sunt în seria de tensiune până la hidrogen interacționează. Aceasta produce sare și hidrogen.

Dar plumbul (și alte metale), în ciuda poziției sale în seria de tensiune (în stânga hidrogenului), este aproape insolubil în acid sulfuric diluat, deoarece sulfatul de plumb PbSO4 rezultat este insolubil și creează o peliculă protectoare pe suprafața metalului. .

· Cu săruri ale metalelor mai puțin active în soluție. Ca rezultat al acestei reacții, se formează o sare a unui metal mai activ și un metal mai puțin activ este eliberat în formă liberă.

Trebuie amintit că reacția are loc în cazurile în care sarea rezultată este solubilă. Deplasarea metalelor din compușii lor de către alte metale a fost studiată pentru prima dată în detaliu de N. N. Beketov, un mare om de știință rus în domeniu. chimie fizică. El a aranjat metalele în funcție de activitatea lor chimică într-o „serie de deplasare”, care a devenit prototipul unei serii de tensiuni metalice.

· CU substanțe organice. Interacțiunea cu acizi organici similar reacţiilor cu acizii minerali. Alcoolii pot prezenta proprietăți acide slabe atunci când interacționează cu metalele alcaline:

Fenolul reacţionează similar:

Metalele participă la reacții cu haloalcani, care sunt utilizați pentru a obține cicloalcani inferiori și pentru sinteze în care scheletul de carbon al moleculei devine mai complex (reacția A. Wurtz):

· Metalele ai căror hidroxizi sunt amfoteri reacţionează cu alcalii în soluţie. De exemplu:

Metalele se pot forma între ele compuși chimici, care sunt numiți în mod colectiv compuși intermetalici. Cel mai adesea, ele nu prezintă stări de oxidare ale atomilor, care sunt caracteristice compușilor metalelor cu nemetale. De exemplu:

Cu 3 Au, LaNi 5, Na 2 Sb, Ca 3 Sb 2 etc.

Compușii intermetalici de obicei nu au o compoziție constantă, legătură chimică sunt în mare parte din metal. Formarea acestor compuși este mai tipică pentru metalele subgrupurilor secundare.

Metale din principalele subgrupe ale grupelor I-III din Tabelul periodic al elementelor chimice de D. I. Mendeleev

Caracteristici generale

Acestea sunt metale din subgrupul principal al grupului I. Atomii lor de la nivelul de energie exterior au câte un electron. metale alcaline - agenţi reducători puternici. Puterea lor reducătoare și activitatea chimică cresc odată cu creșterea numărului atomic al elementului (adică, de sus în jos în Tabelul Periodic). Toate au conductivitate electronică. Puterea legăturii dintre atomii de metal alcalin scade odată cu creșterea numărului atomic al elementului. Punctele de topire și de fierbere ale acestora scad și ele. Metalele alcaline reacţionează cu multe substanţe simple - agenţi oxidanţi. În reacțiile cu apa formează baze solubile în apă (alcali). Elemente alcalino-pământoase sunt elementele subgrupului principal al grupei II. Atomii acestor elemente conțin la nivelul energetic exterior câte doi electroni. Sunt cei mai puternici agenți reducători, au o stare de oxidare de +2. În acest subgrup principal, tipare generaleÎn modificările proprietăților fizice și chimice asociate cu o creștere a dimensiunii atomilor dintr-un grup de sus în jos, legătura chimică dintre atomi slăbește și ea. Pe măsură ce mărimea ionului crește, proprietățile acide ale oxizilor și hidroxizilor devin mai slabe, iar cele de bază cresc.

Subgrupul principal al grupului III este format din elementele bor, aluminiu, galiu, indiu și taliu. Toate elementele sunt elemente p. La nivel de energie externă au trei(i) 2 p 1 ) electron, ceea ce explică asemănarea proprietăților. Stare de oxidare +3. În cadrul unui grup, pe măsură ce sarcina nucleară crește, proprietățile metalice cresc. Borul este un element nemetalic, în timp ce aluminiul are deja proprietăți metalice. Toate elementele formează oxizi și hidroxizi.

Majoritatea metalelor se găsesc în subgrupele Tabelului Periodic. Spre deosebire de elementele subgrupelor principale, unde nivelul exterior al orbitalilor atomici este umplut treptat cu electroni, orbitalii d ai penultimului nivel energetic și orbitalii s ai ultimului sunt umpluți în elementele subgrupurilor secundare. Numărul de electroni corespunde numărului grupului. Elemente cu număr egal electronii de valență sunt incluși în grup sub același număr. Toate elementele subgrupului sunt metale.

Substanțele simple formate din subgrupele de metale au rețele cristaline puternice care sunt rezistente la căldură. Aceste metale sunt cele mai puternice și mai refractare dintre celelalte metale. În elementele d, este clar vizibilă o tranziție cu o creștere a valenței lor de la proprietățile de bază la amfoter la acid.

Metale alcaline (Na, K)

La nivel de energie externă, atomii de metale alcaline ai elementelor conțin câte un electron, situat la mare distanță de miez. Ei renunță ușor la acest electron, deci sunt agenți reducători puternici. În toți compușii, metalele alcaline prezintă o stare de oxidare de +1. Proprietățile lor reducătoare cresc odată cu creșterea razei atomice de la Li la Cs. Toate sunt metale tipice, au o culoare alb-argintiu, sunt moi (pot fi tăiate cu un cuțit), ușoare și fuzibile. Interacționează activ cu toată lumea nemetale:

Toate metalele alcaline, când reacţionează cu oxigenul (cu excepţia Li), formează peroxizi. Metalele alcaline nu se găsesc în formă liberă datorită reactivității lor chimice ridicate.

Oxizi- solide cu proprietăţi de bază. Se obțin prin calcinarea peroxizilor cu metalele corespunzătoare:

Hidroxizi NaOH, KOH- substanțe solide albe, higroscopice, solubile în apă cu degajare de căldură, se clasifică drept alcaline:

Sărurile metalelor alcaline sunt aproape toate solubile în apă. Cele mai importante dintre ele: Na 2 CO 3 - carbonat de sodiu; Na2CO310H20 - sodă cristalină; NaHCO 3 - bicarbonat de sodiu, bicarbonat de sodiu; K 2 CO 3 - carbonat de potasiu, potasiu; Na2S0410H20 - Sarea Glauber; NaCl - clorură de sodiu, sare de masă.

Elementele grupei I din tabele

Metale alcalino-pământoase (Ca, Mg)

Calciul (Ca) este un reprezentant metale alcalino-pământoase, care sunt denumirile elementelor subgrupului principal al grupului II, dar nu toate, ci doar pornind de la calciu și în josul grupului. Acestea sunt elementele chimice care, atunci când interacționează cu apa, formează alcalii. Calciul la nivel de energie externă conține doi electroni, starea de oxidare +2.

Proprietățile fizice și chimice ale calciului și ale compușilor săi sunt prezentate în tabel.

magneziu (Mg) are aceeași structură atomică ca și calciul, starea sa de oxidare este de asemenea +2. Este un metal moale, dar suprafața sa este acoperită cu o peliculă de protecție în aer, care reduce ușor reactivitatea chimică. Arderea sa este însoțită de un fulger orbitor. MgO și Mg(OH)2 prezintă proprietăți de bază. Deși Mg(OH) 2 este ușor solubil, colorează soluția de fenolftaleină purpurie.

Mg + O2 = MgO2

Oxizii MO sunt substanțe dure, albe, refractare. În inginerie, CaO se numește var neted, iar MgO se numește magnezie arsă, acești oxizi sunt utilizați în producția de materiale de construcție. Reacția oxidului de calciu cu apa este însoțită de degajare de căldură și se numește stingere a varului, iar Ca(OH)2 rezultat se numește var stins. O soluție transparentă de hidroxid de calciu se numește apă de var, iar o suspensie albă de Ca(OH)2 în apă se numește lapte de var.

Sărurile de magneziu și calciu se obțin prin reacția lor cu acizi.

CaCO 3 - carbonat de calciu, cretă, marmură, calcar. Folosit in constructii. MgCO 3 - carbonat de magneziu - este folosit în metalurgie pentru îndepărtarea zgurii.

CaSO 4 2H 2 O - gips. MgSO 4 - sulfat de magneziu - numit sare amară, sau engleză, care se găsește în apa de mare. BaSO 4 - sulfat de bariu - datorită insolubilității și capacității sale de a bloca razele X, este utilizat în diagnosticare („terci de barit”) a tractului gastrointestinal.

Calciul reprezintă 1,5% din greutatea corpului uman 98% din calciu se găsește în oase. Magneziul este un bioelement; există aproximativ 40 g din acesta în corpul uman;

Metale alcalino-pământoase în tabele

Aluminiu

Aluminiu (Al)- element al subgrupului principal al grupei III tabel periodic D. I. Mendeleev. Atomul de aluminiu conține la nivelul de energie exterior trei electroni, pe care îl eliberează cu ușurință în timpul interacțiunilor chimice. Strămoșul subgrupului și vecinul superior al aluminiului - bor - are o rază atomică mai mică (pentru bor este de 0,080 nm, pentru aluminiu - 0,143 nm). În plus, atomul de aluminiu are un strat intermediar de opt electroni (2e; 8e; 3e), care împiedică electronii exteriori să ajungă în nucleu. Prin urmare, proprietățile reducătoare ale atomilor de aluminiu sunt destul de pronunțate.

În aproape toți compușii săi, aluminiul are starea de oxidare +3.

Aluminiul este o substanță simplă

Metal ușor alb-argintiu. Se topește la 660 °C. Este foarte plastic, ușor de tras în sârmă și rulat în folie de până la 0,01 mm grosime. Are o conductivitate electrică și termică foarte mare. Ele formează aliaje ușoare și puternice cu alte metale. Aluminiul este un metal foarte activ. Dacă pulberea de aluminiu sau folia subțire de aluminiu este încălzită puternic, acestea aprindeți și ardeți cu o flacără orbitoare:

Această reacție poate fi observată atunci când ard scânteietele și artificiile. Aluminiul, ca toate metalele, Reacționează ușor cu nemetale, mai ales sub formă de pulbere. Pentru ca reacția să înceapă, este necesară încălzirea inițială, cu excepția reacțiilor cu halogeni - clor și brom, dar apoi toate reacțiile aluminiului cu nemetale au loc foarte violent și sunt însoțite de eliberarea unei cantități mari de căldură. :

Aluminiu se dizolvă bine în acizi sulfuric și clorhidric diluați:

Dar acizii sulfuric și azotic concentrați pasivează aluminiul, formându-se pe suprafața metalică peliculă densă de oxid durabilă, ceea ce împiedică progresul în continuare a reacției. Prin urmare, acești acizi sunt transportați în rezervoare de aluminiu.

Oxidul și hidroxidul de aluminiu au proprietăți amfotere, prin urmare aluminiul se dizolvă în soluții apoase de alcalii, formând săruri - aluminați:

Aluminiul este utilizat pe scară largă în metalurgie pentru a produce metale - crom, mangan, vanadiu, titan, zirconiu din oxizii lor. Această metodă se numește aluminotermie. În practică, se folosește adesea termita - un amestec de Fe 3 O 4 cu pulbere de aluminiu. Dacă acest amestec este dat pe foc, de exemplu, folosind o bandă de magneziu, atunci are loc o reacție viguroasă, eliberând o cantitate mare de căldură:

Căldura degajată este suficientă pentru a topi complet fierul rezultat, astfel încât acest proces este utilizat pentru sudarea produselor din oțel.

Aluminiul poate fi obținut prin electroliză - descompunerea topiturii oxidului său Al 2 O 3 în părțile sale componente folosind un curent electric. Dar punctul de topire al oxidului de aluminiu este de aproximativ 2050 °C, așa că electroliza necesită cantități mari de energie.

Conexiuni din aluminiu

Aluminosilicați. Acești compuși pot fi considerați ca săruri formate de oxidul de aluminiu, siliciu, metale alcaline și alcalino-pământoase. Ele alcătuiesc cea mai mare parte scoarta terestra. În special, aluminosilicații fac parte din feldspați - cele mai comune minerale și argile.

Bauxită- o rocă din care se obține aluminiu. Conține oxid de aluminiu Al 2 O 3.

Corindon- un mineral din compozitia Al 2 O 3, are duritatea foarte mare, varietatea sa cu granulatie fina continand impuritati - smirghel, este folosit ca material abraziv (de macinare). Un alt compus natural, alumina, are aceeași formulă.

Transparente, colorate cu impurități, sunt binecunoscute cristalele de corindon: roșu - rubine și albastru - safire, care sunt folosite ca pietre prețioase. În prezent, acestea sunt obținute artificial și sunt folosite nu numai pentru bijuterii, ci și în scopuri tehnice, de exemplu, pentru fabricarea de piese pentru ceasuri și alte instrumente de precizie. Cristalele de rubin sunt folosite în lasere.

Oxid de aluminiu Al 2 O 3 - o substanta alba cu un punct de topire foarte mare. Poate fi obținut prin descompunerea hidroxidului de aluminiu prin încălzire:

hidroxid de aluminiu Al(OH) 3 precipită sub formă de precipitat gelatinos sub acțiunea alcalinelor asupra soluțiilor de săruri de aluminiu:

Cum hidroxid amfoter se dizolvă ușor în acizi și soluții alcaline:

Aluminați se numesc săruri ale acizilor de aluminiu instabili - ortoaluminiu H 2 AlO 3, meta-aluminiu HAlO 2 (poate fi considerat acid ortoaluminiu, din molecula căruia a fost îndepărtată o moleculă de apă). Aluminați naturali includ spinelul nobil și crisoberilul prețios. Sărurile de aluminiu, cu excepția fosfaților, sunt foarte solubile în apă. Unele săruri (sulfuri, sulfiți) sunt descompuse de apă. Clorura de aluminiu AlCl 3 este utilizată ca catalizator în producerea multor substanțe organice.

Elemente din grupa III în tabele

Caracteristicile elementelor de tranziție - cupru, zinc, crom, fier

Cupru (Cu)- element al unui subgrup secundar al primului grup. Formula electronică: (…3d 10 4s 1). Al zecelea electron d este mobil, deoarece s-a mutat de la subnivelul 4S. Cuprul din compuși prezintă stări de oxidare +1 (Cu 2 O) și +2 (CuO). Cuprul este un metal roz deschis, maleabil, vâscos și un excelent conductor de electricitate. Punct de topire 1083 °C.

Ca și alte metale din subgrupa I din grupa I a sistemului periodic, cuprul se află în dreapta hidrogenului în seria de activitateși nu îl înlocuiește de la acizi, ci reacționează cu acizii oxidanți:

Sub influența alcalinelor, pe soluțiile de săruri de cupru se formează un precipitat fundație slabă culoare albastră- hidroxid de cupru (II), care la încălzire se descompune în oxid negru bazic CuO și apă:

Proprietățile chimice ale cuprului în tabele

Zinc (Zn)- element al unui subgrup secundar al grupei II. Formula sa electronică este următoarea: (…3d 10 4s 2). Deoarece penultimul subnivel d din atomii de zinc este complet complet, zincul din compuși prezintă o stare de oxidare de +2.

Zincul este un metal alb-argintiu care practic nu se schimbă în aer. Este rezistent la coroziune datorită prezenței unei pelicule de oxid pe suprafața sa. Zincul este unul dintre cele mai active metale la temperaturi ridicate reacţionează cu substanţe simple:

înlocuiește hidrogenul din acizi:

Zincul, ca și alte metale, se înlocuiește metale mai puțin active din sărurile lor:

Zn + 2AgNO3 = 2Ag + Zn(NO3)2

Hidroxidul de zinc este amfoter, adică prezintă proprietățile atât ale acizilor, cât și ale bazelor. Când o soluție de alcali este adăugată treptat la o soluție de sare de zinc, precipitatul care s-a format inițial se dizolvă (la fel se întâmplă și cu aluminiul):

Proprietățile chimice ale zincului în tabele

Folosind exemplul crom (Cr) se poate arăta că proprietățile elementelor de tranziție nu se modifică semnificativ de-a lungul perioadei: apare o modificare cantitativă din cauza unei modificări a numărului de electroni din orbitalii de valență. Starea maximă de oxidare a cromului este +6. Metalul din seria de activitate este la stânga hidrogenului și îl înlocuiește de acizi:

Când se adaugă o soluție alcalină la o astfel de soluție, se formează un precipitat de Me(OH). 2 , care este rapid oxidat de oxigenul atmosferic:

Corespunde oxidului amfoter Cr 2 O 3. Oxid și hidroxid de crom (in cel mai înalt grad oxidare) prezintă proprietăţi oxizi aciziși, respectiv, acizi. Sărurile acidului cromic (H 2 CrO 4 ) V mediu acid se transformă în bicromați- săruri ale acidului dicromic (H 2 Cr 2 O 7). Compușii cromului au o mare capacitate de oxidare.

Proprietățile chimice ale cromului în tabele

Fier Fe- un element al subgrupului secundar al grupei VIII și al perioadei a IV-a a tabelului periodic al lui D. I. Mendeleev. Atomii de fier sunt structurați oarecum diferit față de atomii elementelor principalelor subgrupe. Așa cum se potrivește unui element din perioada a 4-a, atomii de fier au patru niveluri de energie, dar nu ultimul este umplut, ci penultimul nivel, al treilea din nucleu. La ultimul nivel, atomii de fier conțin doi electroni. La penultimul nivel, care poate găzdui 18 electroni, atomul de fier are 14 electroni. În consecință, distribuția electronilor pe niveluri în atomii de fier este următoarea: 2e; 8e; 14e; 2e. Ca toate metalele, atomii de fier prezintă proprietăți reducătoare, cedând în timpul interacțiunilor chimice nu numai doi electroni de la ultimul nivel și dobândind o stare de oxidare de +2, ci și un electron de la penultimul nivel, în timp ce starea de oxidare a atomului crește la +3.

Fierul este o substanță simplă

Este un metal lucios alb-argintiu cu un punct de topire de 1539 °C. Este foarte plastic, prin urmare este ușor de prelucrat, falsificat, rulat, ștampilat. Fierul are capacitatea de a fi magnetizat și demagnetizat. I se poate conferi o rezistență și o duritate mai mare folosind metode termice și mecanice. Există fier tehnic pur și fier chimic pur. Fierul pur din punct de vedere tehnic este în esență oțel cu conținut scăzut de carbon; conține 0,02-0,04% carbon și chiar mai puțin oxigen, sulf, azot și fosfor. Fierul pur chimic conține mai puțin de 0,01% impurități. De exemplu, agrafele și nasturii sunt fabricați din fier tehnic pur. Un astfel de fier se corodează cu ușurință, în timp ce fierul chimic pur nu este aproape supus coroziunii. În prezent, fierul este baza tehnologiei moderne și a ingineriei agricole, transport și comunicații, nave spațialeşi în general întreaga civilizaţie modernă. Majoritatea produselor, de la un ac de cusut la nava spatiala, nu poate fi făcută fără utilizarea fierului.

Proprietățile chimice ale fierului

Fierul poate prezenta stări de oxidare +2 și +3, în consecință, fierul dă două serii de compuși. Numărul de electroni pe care îi renunță un atom de fier în timpul reacțiilor chimice depinde de capacitatea de oxidare a substanțelor care reacţionează cu acesta.

De exemplu, cu halogeni, fierul formează halogenuri, în care are o stare de oxidare de +3:

și cu sulf - sulfură de fier (II):

Fierul fierbinte arde în oxigen cu formarea de sol de fier:

La temperaturi ridicate (700-900 °C) fier reactioneaza cu vaporii de apa:

În conformitate cu poziția fierului în seria electrochimică de tensiuni, acesta poate deplasa metalele situate în dreapta acestuia din solutii apoase sărurile lor, de exemplu:

Fierul se dizolvă în acizi clorhidric și sulfuric diluați, adică este oxidat de ionii de hidrogen:

Fierul se dizolvă și în acid azotic diluat., aceasta produce azotat de fier (III), apă și produșii de reducere ai acidului azotic - N 2, NO sau NH 3 (NH 4 NO 3) în funcție de concentrația acidului.

Compuși de fier

În natură, fierul formează o serie de minerale. Acesta este minereu de fier magnetic (magnetit) Fe 3 O 4, minereu de fier roșu (hematit) Fe 2 O 3, minereu de fier brun (limonit) 2Fe 2 O 3 3H 2 O. Un alt compus natural de fier este fierul sau sulful, pirita ( pirită) FeS 2, nu servește ca minereu de fier pentru producția de metale, ci este folosit pentru producerea de acid sulfuric.

Fierul este caracterizat de două serii de compuși: fier (II) și compuși ai fierului (III). Oxidul de fier (II) FeO și hidroxidul de fier (II) corespunzător Fe(OH) 2 se obțin indirect, în special, prin următorul lanț de transformări:

Ambii compuși au proprietăți de bază distincte.

Cationii de fier(II) Fe 2 + ușor oxidat de oxigenul atmosferic la cationi de fier (III) Fe 3 + . Prin urmare, precipitatul alb de hidroxid de fier (II) devine verde și apoi devine maro, transformându-se în hidroxid de fier (III):

Oxid de fier (III) Fe 2 O 3 iar hidroxidul de fier (III) Fe(OH)3 corespunzător este, de asemenea, obținut indirect, de exemplu, de-a lungul lanțului:

Dintre sărurile de fier, sulfații și clorurile au cea mai mare importanță tehnică.

Hidrat cristalin de sulfat de fier (II) FeSO 4 7H 2 O, cunoscut sub numele de sulfat de fier, este utilizat pentru combaterea dăunătorilor plantelor, pentru prepararea vopselelor minerale și în alte scopuri. Clorura de fier (III) FeCl 3 este folosită ca mordant la vopsirea țesăturilor. Sulfatul de fier (III) Fe 2 (SO 4) 3 9H 2 O este utilizat pentru purificarea apei și în alte scopuri.

Proprietățile fizice și chimice ale fierului și ale compușilor săi sunt rezumate în tabel:

Proprietățile chimice ale fierului în tabele

Reacții calitative la ionii Fe 2+ și Fe 3+

Pentru recunoașterea compușilor de fier (II) și (III). efectuează reacții calitative la ionii de Fe 2+ și Fe 3+ . Reacție calitativă Ionii de Fe 2+ reacţionează prin reacţia sărurilor de fier (II) cu un compus K 3 numit sare roşie din sânge. Acesta este un grup special de săruri numite săruri complexe, cu care vă veți familiariza mai târziu. Între timp, trebuie să înțelegeți cum se disociază astfel de săruri:

Reactivul pentru ionii Fe 3+ este un alt compus complex - sare galbenă din sânge - K 4, care se disociază în soluție într-un mod similar:

Dacă se adaugă soluții care conțin ioni Fe 2+ și, respectiv, Fe 3+ la soluții de sare roșie din sânge (reactiv pentru Fe 2+) și sare galbenă (reactiv pentru Fe 3+), atunci în ambele cazuri precipită același precipitat albastru. :

Pentru detectarea ionilor de Fe 3+ se folosește și interacțiunea sărurilor de fier (III) cu tiocianatul de potasiu KNCS sau tiocianatul de amoniu NH 4 NCS. În acest caz, se formează un ion FeNCNS 2+ viu colorat, în urma căruia întreaga soluție capătă o culoare roșie intensă:

Tabelul de solubilitate

Pregătire chimică pentru cancer și DPA
Ediție cuprinzătoare

PARTEA ȘI

CHIMIE GENERALĂ

CHIMIA ELEMENTELOR

HALOGENI

Substanțe simple

Proprietățile chimice ale fluorului

Fluorul este cel mai puternic agent oxidant din natură. Nu reacționează direct doar cu heliu, neon și argon.

În timpul reacției cu metale, se formează fluoruri, compuși ionici:

Fluorul reacționează puternic cu multe nemetale, chiar și cu unele gaze inerte:

Proprietățile chimice ale clorului. Interacțiunea cu substanțe complexe

Clorul este un oxidant mai puternic decât bromul sau iodul, astfel încât clorul înlocuiește halogenii grei din sărurile lor:

Dizolvându-se în apă, clorul reacționează parțial cu acesta, rezultând formarea a doi acizi: clorură și hipoclorit. În acest caz, un atom de clor crește starea de oxidare, iar celălalt atom o scade. Astfel de reacții se numesc reacții de disproporționare. Reacțiile de disproporționare sunt reacții de autovindecare-autooxidare, adică. reacții în care un element prezintă atât proprietățile unui oxidant, cât și ale unui agent reducător. În timpul disproporționării, se formează simultan compuși în care elementul se află într-o stare mai oxidată și mai redusă față de cel original. Starea de oxidare a atomului de clor din molecula de acid hipoclorit este +1:

Interacțiunea clorului cu soluțiile alcaline se desfășoară în mod similar. În acest caz, se formează două săruri: clorură și hipoclorit.

Clorul interacționează cu diverși oxizi:

Clorul oxidează unele săruri în care metalul nu se află în starea sa maximă de oxidare:

Clorul molecular reacționează cu multe compuși organici. În prezența clorurii de fer (III) ca catalizator, clorul reacționează cu benzenul pentru a forma clorobenzen, iar atunci când este iradiat cu lumină, aceeași reacție are ca rezultat formarea hexaclorociclohexanului:

Proprietățile chimice ale bromului și iodului

Ambele substanțe reacționează cu hidrogenul, fluorul și bazele:

Iodul este oxidat de diverși agenți oxidanți puternici:

Metode de extragere a substanțelor simple

Extracția cu fluor

Deoarece fluorul este cel mai puternic oxidant chimic, este imposibil să-l izolați folosind reacții chimice din compuși în formă liberă și, prin urmare, fluorul este extras prin metoda fizico-chimică - electroliza.

Pentru extragerea fluorului, se utilizează topitură de fluorură de potasiu și electrozi de nichel. Nichelul este utilizat datorită faptului că suprafața metalului este pasivată de fluor din cauza formării de substanțe insolubile NiF2, prin urmare, electrozii înșiși nu sunt distruși de substanța care este eliberată pe ei:

Extracția clorului

Clorul este produs la scară industrială prin electroliza unei soluții de clorură de sodiu. Ca rezultat al acestui proces, se produce și hidroxid de sodiu:

Clorul este produs în cantități mici din oxidarea soluției de clorură de hidrogen prin diferite metode:

Clorul este un produs foarte important al industriei chimice.

Producția sa globală se ridică la milioane de tone.

Extracte de brom și iod

Pentru uz industrial, bromul și iodul sunt obținute din oxidarea bromurilor și, respectiv, a iodurilor. Pentru oxidare, se utilizează cel mai adesea clorul molecular, acidul sulfat concentrat sau dioxidul de mangan:

Aplicarea halogenilor

Fluorul și unii dintre compușii săi sunt utilizați ca oxidant pentru combustibilul pentru rachete. Cantități mari de fluor sunt folosite pentru a extrage diverși agenți frigorifici (freoni) și unii polimeri care se caracterizează prin rezistență chimică și termică (Teflon și alții). Fluorul este folosit în tehnologia nucleară pentru a separa izotopii de uraniu.

Majoritatea clorului este folosit pentru a produce acid clorhidric și, de asemenea, ca agent de oxidare pentru producerea altor halogeni. În industrie este folosit pentru albirea țesăturilor și hârtiei. În cantități mai mari decât fluorul, este utilizat pentru producerea de polimeri (PVC și altele) și agenți frigorifici. Clorul este folosit pentru dezinfectarea apei de băut. De asemenea, este necesar pentru extracția anumitor solvenți, cum ar fi cloroformul, clorura de metilen și tetraclorura de carbon. De asemenea, este folosit pentru producerea multor substanțe, cum ar fi clorat de potasiu (sare Berthollet), înălbitor și mulți alți compuși care conțin atomi de clor.

Bromul și iodul nu sunt folosite în industrie la aceeași scară ca și clorul sau fluorul, dar utilizarea acestor substanțe crește în fiecare an. Bromul este utilizat în producerea diferitelor medicamente sedative. Iodul este folosit la fabricarea medicamentelor antiseptice. Compușii cu brom și iod sunt utilizați pe scară largă în analiza cantitativă a substanțelor. Unele metale sunt purificate cu ajutorul iodului (acest proces se numește rafinarea iodului), precum titanul, vanadiul și altele.

Lumea din jurul nostru este materială. Există două tipuri de materie: substanță și câmp. Obiectul chimiei este o substanță (inclusiv influența diferitelor câmpuri asupra substanței - sunet, magnetic, electromagnetic etc.)

Materia este tot ceea ce are masă de repaus (adică se caracterizează prin prezența masei atunci când nu se mișcă). Deci, deși masa în repaus a unui electron (masa unui electron nemișcat) este foarte mică - aproximativ 10 -27 g, dar chiar și un electron este materie.

Substanța există în trei stări de agregare - gazoasă, lichidă și solidă. Există o altă stare a materiei - plasmă (de exemplu, există plasmă în furtuni și fulgere), dar în curs şcolar Chimia plasmatică aproape nu este luată în considerare.

Substanțele pot fi pure, foarte pure (necesare, de exemplu, pentru a crea fibră optică), pot conține cantități notabile de impurități sau pot fi amestecuri.

Toate substanțele sunt formate din particule minuscule numite atomi. Substanțe formate din atomi de același tip(din atomi ai unui element), sunt numite simple(de exemplu, cărbune, oxigen, azot, argint etc.). Substanțele care conțin atomi interconectați ai diferitelor elemente sunt numite complexe.

Dacă o substanță (de exemplu, aerul) conține două sau număr mai mare substanțe simple, iar atomii lor nu sunt interconectați, atunci nu se numește o substanță complexă, ci un amestec de substanțe simple. Numărul de substanțe simple este relativ mic (aproximativ cinci sute), dar numărul de substanțe complexe este enorm. Până în prezent, sunt cunoscute zeci de milioane de substanțe complexe diferite.

Transformări chimice

Substanțele sunt capabile să interacționeze între ele și apar substanțe noi. Astfel de transformări se numesc chimic. De exemplu, o substanță simplă, cărbunele, interacționează (chimiștii spun că reacționează) cu o altă substanță simplă, oxigenul, rezultând formarea unei substanțe complexe, dioxidul de carbon, în care atomii de carbon și de oxigen sunt interconectați. Astfel de transformări ale unei substanțe în alta se numesc chimice. Transformările chimice sunt reacții chimice. Deci, atunci când zahărul este încălzit în aer, o substanță dulce complexă - zaharoza (din care este făcut zahărul) - se transformă într-o substanță simplă - cărbune și o substanță complexă - apa.

Chimia studiază transformarea unei substanțe în alta. Sarcina chimiei este de a afla cu ce substanțe poate interacționa (reacționa) o anumită substanță în condiții date și ce se formează. În plus, este important să aflăm în ce condiții se poate produce o anumită transformare și se poate obține substanța dorită.

Proprietățile fizice ale substanțelor

Fiecare substanță este caracterizată de un set de proprietăți fizice și chimice. Proprietățile fizice sunt proprietăți care pot fi caracterizate cu ajutorul instrumentelor fizice. De exemplu, folosind un termometru puteți determina punctele de topire și de fierbere ale apei. Prin metode fizice puteți caracteriza capacitatea unei substanțe de a conduce curentul electric, puteți determina densitatea substanței, duritatea acesteia etc. În timpul proceselor fizice, substanțele rămân neschimbate în compoziție.

Proprietățile fizice ale substanțelor sunt împărțite în numărătoare (cele care pot fi caracterizate folosind anumite instrumente fizice după număr, de exemplu, prin indicarea densității, punctelor de topire și de fierbere, solubilitatea în apă etc.) și nenumărate (cele care nu pot fi caracterizate prin număr sau este foarte dificil - cum ar fi culoarea, mirosul, gustul etc.).

Proprietățile chimice ale substanțelor

Proprietățile chimice ale unei substanțe sunt un set de informații despre ce alte substanțe și în ce condiții o anumită substanță intră în interacțiuni chimice. Cea mai importantă sarcină a chimiei este identificarea proprietăților chimice ale substanțelor.

ÎN transformări chimice Cele mai mici particule de substanțe implicate sunt atomii. În timpul transformărilor chimice, din unele substanțe se formează alte substanțe, iar substanțele inițiale dispar, iar în locul lor se formează substanțe noi (produși de reacție). O atomi la toată lumea se păstrează transformările chimice. Rearanjarea lor are loc în timpul transformărilor chimice, legăturile vechi dintre atomi sunt distruse și apar noi legături.

Element chimic

Numărul de substanțe diferite este imens (și fiecare dintre ele are propriul său set de proprietăți fizice și chimice). Există relativ puțini atomi în lumea materială din jurul nostru care diferă unul de celălalt prin cele mai importante caracteristici - aproximativ o sută. Fiecare tip de atom are propriul său element chimic. Un element chimic este o colecție de atomi cu caracteristici identice sau similare. Aproximativ 90 de elemente chimice diferite se găsesc în natură. Până acum, fizicienii au învățat să creeze noi tipuri de atomi care nu se găsesc pe Pământ. Astfel de atomi (și, în consecință, astfel de elemente chimice) sunt numiți artificiali (în engleză - elemente artificiale). Peste două duzini de elemente obținute artificial au fost sintetizate până în prezent.

Fiecare element are un nume latin și un simbol cu ​​una sau două litere. În literatura chimică în limba rusă nu există reguli clare pentru pronunția simbolurilor elementelor chimice. Unii îl pronunță astfel: ei numesc elementul în rusă (simboluri de sodiu, magneziu etc.), alții - cu litere latine (simboluri de carbon, fosfor, sulf), alții - cum sună numele elementului în latină (fier, argint, aur, mercur). De obicei, pronunțăm simbolul elementului hidrogen H așa cum se pronunță această literă în franceză.

O comparație a celor mai importante caracteristici ale elementelor chimice și ale substanțelor simple este dată în tabelul de mai jos. Un element poate corespunde mai multor substanțe simple (fenomenul alotropiei: carbon, oxigen etc.), sau poate doar uneia (argon și alte gaze inerte).