1. § A fémek helyzete a kémiai elemek periódusos rendszerében D.I. Mengyelejev

A modern periodikus rendszerben D.I. Mengyelejev 118 kémiai elemet tartalmaz. Legtöbbjük fém.

A fémek ennek a rendszernek minden csoportjában megtalálhatók, például az első csoportban a hidrogén kivételével minden elem a fémekhez tartozik. A második csoportban minden fém, a harmadik csoportban minden elem fém, kivéve a bórt. A IV, V, VI csoportban a fémek a másodlagos alcsoportokban és a fő alcsoportok alján helyezkednek el (a IV csoportban - germánium, ón, ólom, az V. csoportban - antimon, bizmut, a VI. csoportban - polónium). A VII-VIII csoportban a fémek csak a másodlagos alcsoportokban találhatók.

Így a hagyományos határ a fém elemek és a nem fém elemek között a fő alcsoportokban a B (bór) - Si (szilícium) - As (arzén) - Te (tellúrium) - At (asztatin) átló mentén húzódik. A másodlagos alcsoportok minden eleme a fémekhez tartozik.

2. § Fémcsoportok megnevezése a kémiai elemek periódusos rendszerében D.I. Mengyelejev

A fő alcsoport I. csoportjába tartozó fémeket - lítium (Li), nátrium (Na), kálium (K), rubídium (Rb), cézium (Cs), francium (Fr) - lúgosnak nevezik. Azért nevezték így, mert hidroxidjaik vízben oldódó bázisok - lúgok.

A fő alcsoport II. csoportjába tartozó fémek - magnézium (Mg), kalcium (Ca), stroncium (Sr),

bárium (Ba), rádium (Ra) - alkáliföldfémnek nevezik. Hidroxidjaik lúgos tulajdonságúak, oxidjaik tűzállósága hasonló az alumínium és vas oxidjaihoz, amelyeket korábban „földeknek” neveztek.

A periódusos rendszerben a nemesfémek egy csoportját különböztetjük meg: arany (Au),

ezüst (Ag), platina (Pt) és platinacsoport fémei ruténium (Ru), ródium (Rh),

palládium (Pd), ozmium (Os), irídium (Ir), a termékek fényessége és a levegőben nem oxidáló képességük miatt kapták így a nevüket.

3. § A fémek atomjainak szerkezete

A fémek kémiai elemek periódusos rendszerében elfoglalt helyzetéből meghatározhatók szerkezetük sajátosságai.

Az első jellemző a kis számú elektron a külső szinten

(1-3 elektron) a legtöbb fémhez.

A második jellemző az atom viszonylag nagy sugara.

A fématomok, ellentétben a nemfémes atomokkal, könnyen feladják külső elektronjaikat, és pozitív töltésű ionokká válnak. A szabad elektronok a fémionok között mozognak. A pozitív fémionokat a fémekben található összes szabadon mozgó elektronhoz való vonzódás tartja össze. Ezen részecskék (szabad elektronok és fémionok) között kötés jön létre, amelyet fémesnek nevezünk.

Sematikusan egy ilyen kapcsolat a következőképpen ábrázolható:

; ahol M a fém elem szimbóluma.

Az elektronok állandó mozgásban vannak, és amikor pozitív töltésű fémionokkal ütköznek, az ionok semleges atomokká, majd vissza ionokká alakulnak, és ez a folyamat folyamatosan megy végbe. Ezért bevezették a fémion-atom fogalmát.

A fémes kötések folyékony és szilárd halmazállapotú fémekben léteznek. A szilárd fémek kristályos anyagok. Kristályrácsukat fémesnek nevezik. Rácsuk helyén fémion atomok találhatók, amelyek között viszonylag szabad elektronok mozognak. A fém kötés nagyon erős.

4. § Az óra témájának rövid összefoglalása

A periódusos rendszerben D.I. Mengyelejev 118 kémiai eleme, ezek többsége a fémekhez tartozik. A fémek a periódusos rendszer minden csoportjában megtalálhatók. Főleg a rendszer bal alsó részében helyezkednek el, a fémelemek és a nemfémes elemek közötti hagyományos határvonal a fő alcsoportokban a B (bór) - Si (szilícium) - As (arzén) - Te (tellúrium) átló mentén halad. ) - At (asztatin) . A másodlagos alcsoportok minden eleme a fémekhez tartozik. A fémeket fémes kémiai kötés és fémes kristályrács jellemzi. A fém kötés nagyon erős.

A felhasznált irodalom listája:

1. Gabrielyan O.S. Kémia. 9. évfolyam: tankönyv általános oktatási intézmények számára/ - M.: Túzok, 2010.
2. Kémia. 9. évfolyam: Tanári kézikönyv/O.S. Gabrielyan, I.G. Ostroumov. – M.: Túzok, 2003.
3. Rudzitis G.E., Feldman F.G. Kémia: szervetlen. kémia. Szerv. kémia: Tankönyv. 9. osztály számára. általános műveltség intézmények. -M.: Oktatás, 1999.
4. https://ru.wikipedia.org/wiki/

Felhasznált képek:

A fémek helyzete a periódusos rendszerben. Fizikai tulajdonságok

D. I. Mengyelejev periódusos rendszerében a 110 elemből 87 fém. Az I., II., III. csoportban, minden csoport másodlagos alcsoportjában vannak. Ezenkívül a IV., V., VI. és VII. csoport legnehezebb elemei a fémek. Sok fém azonban amfoter tulajdonságokkal rendelkezik, és néha nemfémként viselkedhet. A fématomok szerkezetének sajátossága az elektronok kis száma a külső energiaszintben, amely nem haladja meg a hármat. A fématomok általában nagy atomsugárral rendelkeznek. Időszakonként az alkálifémek rendelkeznek a legnagyobb atomsugárral. Kémiailag legaktívabbak, i.e. A fématomok könnyen feladják az elektronokat, és jó redukálószerek. A legjobb redukálószerek a fő alcsoportok I. és II. csoportjába tartozó fémek. A vegyületekben a fémek mindig pozitív oxidációs állapotot mutatnak, általában +1 és +4 között. A nemfémekkel alkotott vegyületekben a tipikus fémek ionos természetű kémiai kötést alkotnak. Egyszerű anyag formájában a fématomok úgynevezett fémes kötéssel kapcsolódnak egymáshoz.

A fémes kötés egy speciális kötéstípus, amely a fémekre jellemző. Lényege, hogy a fématomokról folyamatosan leválnak az elektronok, amelyek a fémdarab teljes tömegében mozognak.

Az elektronjaiktól megfosztott fématomok pozitív ionokká válnak, amelyek ismét vonzzák a mozgó elektronokat. Ugyanakkor más fématomok elektronokat adnak fel. Így egy fémdarabon belül folyamatosan kering az úgynevezett elektrongáz, amely szilárdan összeköti az összes fématomot. Az elektronokról kiderül, hogy a fém összes atomja szocializálja őket. A fématomok közötti kémiai kötésnek ez a különleges típusa meghatározza a fémek fizikai és kémiai tulajdonságait egyaránt.

A fémek számos hasonló fizikai tulajdonsággal rendelkeznek, amelyek megkülönböztetik őket a nemfémektől. Minél több vegyértékelektronja van egy fémnek, annál erősebb a kristályrács, annál erősebb és keményebb a fém, annál magasabb az olvadáspontja és a forráspontja stb.

Minden fémnek többé-kevésbé kifejezett fénye van, amelyet általában fémesnek neveznek, és átlátszatlansága, amely a szabad elektronok és a fémre eső fénykvantumok kölcsönhatásával jár. A fémes fény a fémdarab egészére jellemző. A porított fémek sötét színűek, kivéve az ezüstfehér magnéziumot és alumíniumot. Az alumíniumporból ezüstfestéket készítenek. Sok fém zsíros vagy üveges fényű.

A fémek színe meglehetősen egységes: ezüst-fehér (alumínium, ezüst, nikkel) vagy ezüstszürke (vas, ólom). Csak az arany sárga és a réz piros. A műszaki osztályozás szerint a fémeket vas- és színesfémekre osztják. A fekete magában foglalja a vasat és ötvözeteit. Az összes többi fémet színesfémnek nevezzük.

A higany kivételével minden fém kristályos szerkezetű szilárd anyag, így olvadáspontjuk nulla feletti, csak a higany olvadáspontja - 39°C . A leginkább tűzálló fém a wolfram (3380°C). Az 1000 °C feletti hőmérsékleten megolvadó fémeket tűzállónak, alatta olvadónak nevezik.

A fémek különböző keménységűek. A legkeményebb fém a króm (üveget vág), a legpuhább pedig a kálium, rubídium, cézium. Könnyen vághatók késsel.

A fémek többé-kevésbé képlékenyek (idomíthatók). A leginkább képlékeny fém az arany. 0,0001 mm vastag fóliává kovácsolható, ami 500-szor vékonyabb, mint egy emberi haj. A Mn és a Bi azonban nem rugalmas - törékeny fémek.

A plaszticitás az a képesség, hogy a mechanikai szilárdság veszélyeztetése nélkül erős alakváltozáson megy keresztül. Ha egy becsapódás hatására egy ionos vagy atomrácsos test részecskéi elmozdulnak, az irányított kötések megszakadnak, és a test megsemmisül. A fémekben az elektrongáz hatására kötések jönnek létre. Nincs irányuk. Ezért a fémdarab sértetlensége megmarad, amikor az alak megváltozik. Hengerlésükben a fémek plaszticitását használják fel.

Sűrűségük alapján a fémeket nehéz és könnyű csoportokra osztják. Nehézek azok, amelyek sűrűsége meghaladja az 5 g/cm-t. A legnehezebb fém az ozmium (22,61 g/cm). A legkönnyebb fémek a lítium, nátrium, kálium (sűrűsége kisebb, mint egység). Minél kisebb a fémelem atomtömege és minél nagyobb az atom sugara, annál kisebb a fém sűrűsége. A könnyűfémeket, például a magnéziumot és az alumíniumot széles körben használják az iparban.

A fémeket magas elektromos és hővezető képesség jellemzi. Az ezüst a legjobb elektromos és hővezető, ezt követi az alumínium. A nagy elektromos vezetőképességű fémek hővezető képessége is magas. A hővezető képességet a szabad elektronok nagy mobilitása és az atomok vibrációs mozgása határozza meg, aminek köszönhetően a testtömegben a hőmérséklet gyorsan kiegyenlítődik. A fémek jó elektromos vezetőképességét a bennük lévő szabad elektronok magyarázzák, amelyek még kis potenciálkülönbség hatására is iránymozgást szereznek a negatív pólusról a pozitív felé.

A fémek mágneses tulajdonságokat mutatnak. A vas, kobalt, nikkel és ötvözeteik jól mágnesezettek. Az ilyen fémeket és ötvözeteket ferromágnesesnek nevezik.

Besorolások:

Minden szervetlen vegyület két nagy csoportra osztható:

Egyszerű anyagok - egy elem atomjaiból állnak;

Az összetett anyagok két vagy több elem atomjaiból állnak.

Egyszerű anyagok

• nemfémek

  amfoter egyszerű anyagok

  nemesgázok

Komplex anyagok Kémiai tulajdonságaik szerint a következőkre oszthatók:

bázikus oxidok

savas oxidok

amfoter oxidok

kettős oxidok

nem sóképző oxidok

Hidroxidok;

okokból

• amfoter hidroxidok

közepes sók

savas sók

bázikus sók

kettős és/vagy komplex sók

bináris vegyületek :

anoxikus savak

oxigénmentes sók

egyéb bináris vegyületek

Szenet tartalmazó szervetlen anyagok:

Ezek az anyagok hagyományosan a szervetlen kémia területéhez tartoznak:

Karbonátok

• Szén-oxidok

• szervetlen tiocianátok (rodanidok)

  Szelenocianátok

Fém-karbonilok

A fémek olyan elemek csoportja, amelyek egyszerű anyagok formájában és jellemzőkkel rendelkeznek fémes tulajdonságok, mint például a magas hő- és elektromos vezetőképesség, pozitív hőmérsékleti ellenállási együttható, nagy rugalmasság és fémes csillogás.

A fémek jellemző tulajdonságai

Fémes ragyogás

Jó elektromos vezetőképesség

Könnyű mechanikus lehetőség

Nagy sűrűségű

Magas olvadáspont (kivétel: higany, gallium és alkálifémek)

Nagy hővezető képesség

A reakciókban leggyakrabban redukálószerek a vizes oldatok redox reakcióiban.

A nemfémek tipikusan nem fémes tulajdonságokkal rendelkező kémiai elemek, amelyek a periódusos rendszer jobb felső sarkát foglalják el.

A nemfémekre jellemző, hogy atomjaik külső energiaszintjében nagyobb (a fémekhez képest) elektronszám van. Ez határozza meg, hogy nagyobb képességük van további elektronokhoz, és nagyobb oxidációs aktivitást mutatnak, mint a fémek.

A nemfémeknek nagy elektronaffinitásuk, nagy elektronegativitása és nagy redoxpotenciálja van.

25. kérdés:

Fémek elektrokémiai aktivitássorai (feszültségsorok, standard elektródpotenciálsorok).- egy sorozat, amelyben a fémek a fémkation redukciós félreakciójának megfelelő standard elektrokémiai potenciáljuk növelésének sorrendjében vannak elrendezve

Számos feszültség jellemzi a fémek összehasonlító aktivitását

A sók kölcsönhatásba lépnek a fémekkel – az elektrokémiai feszültségsorban** balra elhelyezkedő aktívabb fémek kiszorítják a kevésbé aktív fémeket a sókból. Például a vas kiszorítja a rezet a réz(II)-klorid oldatából: Fe + CuCl 2 = FeCl 2 + Cu↓

28. kérdés: Fémek, helyzetük a kémiai elemek periódusos rendszerében D.I. Mengyelejev, atomjaik szerkezete, fémes kötései. A fémek általános kémiai tulajdonságai.

A fémek helyzete a periódusos rendszerben.

Az összes kémiai elemet általában fémekre és nemfémekre osztják. A legtöbb elem (az ismert 109-ből több mint 85) fém.

A fémek közé tartoznak az s-elemek (az IA és IIA csoportba tartozó elemek a hidrogén és a hélium kivételével); néhány p-elem (Al, Sn, Pb és mások); minden d-elem (másodlagos alcsoportok elemei); minden f-elem (lantanidok és aktinidák).

Mivel az elemek fémes tulajdonságai atomjaik növekvő nukleáris töltésével periódusonként gyengülnek, a fő alcsoportokban pedig felerősödnek, a legaktívabb fémek az elemek periodikus rendszerének bal alsó sarkában koncentrálódnak.

Fémek szerkezete.

A fématomok szerkezetének megkülönböztető jellemzője a nemfémekhez viszonyított nagy méretük (sugár) és a külső energiaszinten lévő elektronok kis száma (általában 1-2 elektron, ritkábban 3 vagy 4 elektron). Ez magyarázza a külső (valencia) elektronok gyenge kapcsolatát az atommaggal, valamint a fématomok azon képességét, hogy könnyen feladják ezeket az elektronokat, pozitív töltésű ionokká alakulva.

Ez a folyamat visszafordítható; Más szavakkal, az elektronok szabadon mozognak a fém térfogatában, és gyakoriak, „kollektívak”, más néven „elektrongáz”. Ezek az elektronok kémiai kötéseket biztosítanak a fémek között. A kovalens kötéstől eltérően (amelyet leggyakrabban két szomszédos atom közötti elektronpár hoz létre), a fémes kötés delokalizált (multicentrikus).

A fémes kötés egy kötés a fémekben atomok és ionok között, amely elektronok megosztásával jön létre.

A fémes kötés nemcsak tiszta fémekben fordul elő, hanem különböző fémek és ötvözetek különböző halmazállapotú keverékeire is jellemző. A fémes kötés fontos és meghatározza a fémek alapvető tulajdonságait - elektromos vezetőképességet - az elektronok véletlenszerű mozgását a fém térfogatában. De kis potenciálkülönbséggel, hogy az elektronok rendezetten mozogjanak. A legjobb vezetőképességű fémek az Ag, Cu, Au, Al. - plaszticitás A fémrétegek közötti kötések nem túl jelentősek, ez lehetővé teszi a rétegek terhelés alatti mozgatását (deformálja a fémet anélkül, hogy eltörne). A legjobb deformálható fémek (lágyak) az Au, Ag, Cu. - fémes csillogás Az elektrongáz szinte minden fénysugarat visszaveri. Ez az oka annak, hogy a tiszta fémek annyira ragyognak, és legtöbbször szürke vagy fehér színűek. Fémek, amelyek a legjobb reflektorok Ag, Cu, Al, Pd, H

Erős redukálószerek: Me 0 – nē ® Me n+

A periódusos rendszerben a helyek több mint 3/4-ét foglalják el: az I., II., III. csoportban, az összes csoport másodlagos alcsoportjában vannak. Ezenkívül a IV., V., VI. és VII. csoport legnehezebb elemei a fémek. Meg kell azonban jegyezni, hogy sok amfoter tulajdonságokkal rendelkezik, és néha nemfémként viselkedhetnek.
A fématomok szerkezetének sajátossága az elektronok kis száma a külső elektronrétegben, legfeljebb három.
A fématomok általában nagy atomsugárral rendelkeznek. Időszakonként az alkálifémek rendelkeznek a legnagyobb atomsugárral. Ezért a legnagyobb kémiai aktivitásuk, azaz a fématomok könnyen adják fel az elektronokat, és jó redukálószerek. A legjobb redukálószerek a fő alcsoportok I. és II. csoportja.
A vegyületekben a fémek mindig pozitív oxidációs állapotot mutatnak, általában +1 és +4 között.

70. ábra: Fémkötés kialakulásának diagramja egy fémdarabban,

A nemfémekkel alkotott vegyületekben a tipikus fémek ionos természetű kémiai kötést alkotnak. Egyszerű formában a fématomok úgynevezett fémes kötéssel kapcsolódnak egymáshoz.

Írd le ezt a kifejezést a füzetedbe.

A fémes kötés egy speciális kötéstípus, amely a fémekre jellemző. Lényege, hogy az elektronok folyamatosan leválnak a fématomokról, amelyek egy fémdarab teljes tömegében mozognak (70. ábra). Az elektronoktól megfosztott fématomok pozitív ionokká alakulnak, amelyek ismét magukhoz vonzzák a szabadon mozgó elektronokat. Ugyanakkor más fématomok elektronokat adnak fel. Így egy fémdarabon belül folyamatosan kering az úgynevezett elektrongáz, amely szilárdan összeköti az összes fématomot. Kiderül, hogy az elektronokat a fém összes atomja egyidejűleg osztja meg. A fématomok közötti kémiai kötésnek ez a különleges típusa meghatározza a fémek fizikai és kémiai tulajdonságait egyaránt.

■ 1. Hogyan magyarázható a fémek alacsony elektronegativitása?
2. Hogyan jön létre a fémes kötés?
3. Mi a különbség a fémes kötés és a kovalens kötés között?

Rizs. 71. Különböző fémek olvadáspontjainak összehasonlítása

A fémek számos hasonló fizikai tulajdonsággal rendelkeznek, amelyek megkülönböztetik őket a nemfémektől. Minél több vegyértékelektronja van egy fémnek, annál erősebb a fémkötés, annál erősebb a kristályrács, annál erősebb és keményebb a fém, annál magasabb az olvadáspontja és a forráspontja stb. A fémek fizikai tulajdonságainak jellemzőit az alábbiakban tárgyaljuk.
Mindegyiknek többé-kevésbé kifejezett fénye van, amelyet általában fémesnek neveznek. A fémes fény a fémdarab egészére jellemző. A por sötét színű fémeket tartalmaz, kivéve a magnéziumot és az alumíniumot, amelyek megtartják ezüstös-fehér színüket, ezért az alumíniumporból „ezüst” festéket készítenek. Sok nemfém zsíros vagy üveges fényű.
A fémek színe meglehetősen egységes: vagy ezüstfehér (,) vagy ezüstszürke (,). Csak sárga, de piros. A nemfémek színe igen változatos: - citromsárga, - vörösesbarna, - piros vagy fehér, - fekete.

Így szín szerint a fémeket hagyományosan vas- és színesfémekre osztják. A vasfémek közé tartozik még. Az összes többi fémet színesfémnek nevezzük.

Normál körülmények között a fémek kristályos szerkezetű szilárd anyagok. A nemfémek között vannak szilárd (,), és folyékony () és gáznemű (,) halmazállapotúak is.
A higany kivételével minden fém szilárd anyag, így olvadáspontjuk nulla felett van, csak a higany olvadáspontja -39°. A legtűzállóbb fém, melynek olvadáspontja 3370°. Más fémek olvadáspontja ezeken a határokon belül van (71. ábra).
A nemfémek olvadáspontja sokkal alacsonyabb, mint a fémeké, például oxigén -219°, hidrogén -259,4°, fluor -218°, klór -101°, bróm -5,7°.

Rizs. 72. Fémek keménységének összehasonlítása a gyémánt keménységével.

A fémek keménysége eltérő, a gyémánt keménységéhez képest. A fém keménységét speciális eszközzel - keménységmérővel - határozzák meg. Ilyenkor egy acélgolyót, vagy nagyobb fémkeménység esetén gyémántkúpot préselnek a fémmasszába. A fém keménységét a nyomáserő és a kialakított lyuk mélysége határozza meg.
A legkeményebb fém a . A puha fémek - , - késsel könnyen vághatók. ábra mutatja az egyes fémek keménységét az általánosan elfogadott tízpontos keménységi skálán. 72.

A fémek kisebb-nagyobb mértékben plaszticitással (idomíthatósággal) rendelkeznek. A nem fémek nem rendelkeznek ezzel a tulajdonsággal. A leginkább képlékeny fém az. 0,0001 mm vastagságú aranyfóliává kovácsolható - 500-szor vékonyabb, mint egy emberi hajszál. Ugyanakkor nagyon törékeny; Akár mozsárban porrá is őrölhetjük.
A plaszticitás az a képesség, hogy a mechanikai szilárdság veszélyeztetése nélkül erős alakváltozáson megy keresztül. A fémek plaszticitását felhasználják hengerlésük során, amikor hatalmas, vörösen izzó fémrudakat vezetnek át a préselési tengelyek között, lemezeket készítve belőlük, húzás során, amikor drótot húznak ki belőlük, préseléskor, bélyegzéskor, ha a préselés hatása alatt áll.

Rizs. 73. Fémek összehasonlítása sűrűség szerint.

nyomás ad a felhevített fémnek egy bizonyos formát, amelyet lehűtve megtart. A plaszticitás a fémek kristályrácsának szerkezetétől függ.
Minden fém vízben oldhatatlan, de olvadékban egymásban oldódik. Az egyik fém szilárd oldatát egy másikban ötvözetnek nevezzük.

Sűrűségük alapján a fémeket nehéz és könnyű csoportokra osztják. A 3 g/cm3-nél nagyobb sűrűségűeket nehéznek tekintjük (73. ábra). A legnehezebb fém a . A legkönnyebb fémek - , .- sűrűsége még egynél is kisebb. A könnyűfémeket - és - széles körben használják az iparban.
A fémekre jellemző a nagy elektromos és hővezető képesség (74. ábra), míg a nemfémekre ez a tulajdonság gyenge. A legnagyobb elektromos és hővezető képességgel rendelkezik, és a második helyen áll. Az alumíniumnak ezek a tulajdonságai meglehetősen magasak.

Rizs. 74. Különböző fémek elektromos vezetőképességének és hővezető képességének összehasonlítása

Meg kell jegyezni, hogy a nagy elektromos vezetőképességű fémek hővezető képessége is magas.
A fémek mágneses tulajdonságokat mutatnak. Ha a mágnessel érintkezve egy fém magához vonzódik, majd maga mágnessé válik, akkor azt mondjuk, hogy a fém mágnesezett. Jól mágnesezettek is. Az ilyen fémeket ferromágnesesnek nevezik. A nemfémeknek nincs mágneses tulajdonságaik.

■ 4. Készítse el és töltse ki a következő táblázatot:

A fémek kémiai tulajdonságai. Korrózió

A fémek kémiai és fizikai tulajdonságait a fémkötés atomi szerkezete és jellemzői határozzák meg. Minden fémet megkülönböztet, hogy könnyen feladja a vegyértékelektronokat. Ebben a tekintetben kifejezett helyreállító tulajdonságokkal rendelkeznek. A fémek redukciós aktivitásának mértéke a feszültségek elektrokémiai sorozatát tükrözi (lásd a III. függelék 6. bekezdését).
Ismerve a fém pozícióját ebben a sorozatban, következtetést vonhatunk le a vegyértékelektronok atomból való eltávolítására fordított energia mennyiségére. Minél közelebb van a sor elejéhez, annál könnyebben oxidálódik a fém. A legaktívabb fémek normál körülmények között kiszorulnak a vízből lúggá:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
A kevésbé aktív fémek túlhevített gőz és forma formájában kiszorulnak a vízből
2Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
reagálnak híg és oxigénmentes savakkal, kiszorítva belőlük a hidrogént:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
A hidrogén után érkező fémek nem tudják kiszorítani a vízből és savakból, hanem redox reakcióba lépnek savakkal anélkül, hogy a hidrogént kiszorítanák:
Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + H2O
Minden előző fém kiszorítja a következő fémeket sóikból:
Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

Fe0 + Cu2+ = Fe2+ + Cu0
A reakcióba lépő fémek minden esetben oxidálódnak. A fémek oxidációja a fémek nemfémekkel való közvetlen kölcsönhatásában is megfigyelhető:
2Na + S = Na2S
2Fe + 3Сl2 = 2FeCl3
A legtöbb fém aktívan reagál az oxigénnel, és különböző összetételeket képez (lásd 38. oldal).

■ 5. Hogyan jellemezhető egy fém redukciós aktivitása feszültségtartomány segítségével?

6. Mondjon példákat olyan fémekre, amelyek reakcióba lépnek vízzel, mint például a nátrium és a vas! Válaszát támassza alá reakcióegyenletekkel!

7. Hasonlítsa össze az aktív fémek és az aktív nemfémek kölcsönhatását vízzel!
8. Sorolja fel a fémek kémiai tulajdonságait, válaszát reakcióegyenletekkel alátámasztva!
9. Az alábbi anyagok közül melyikkel reagál a vas: a) b) oltott mésszel c) réz-karbonáttal d) e) cink-szulfáttal f)?
10. Milyen gáz és mekkora térfogatban nyerhető 5 kg réz-réz-oxid keverék tömény salétromsavval történő kezelésével, ha a keverékben a réz-oxid 20%?

A fémek oxidációja gyakran pusztulásukhoz vezet. A fémeknek a környezet hatására bekövetkező pusztítását korróziónak nevezzük.

Írd le a füzetedbe a korrózió definícióját.

Oxigén, nedvesség és szén-dioxid, valamint nitrogén-oxidok stb. hatására lép fel. A fémnek a környezet anyagával való közvetlen kölcsönhatása által okozott korróziót kémiai vagy gázkorróziónak nevezzük. Például a vegyi gyártás során a fém néha érintkezésbe kerül oxigénnel, klórral, nitrogén-oxidokkal stb., ami fémsók képződését eredményezi:
2Сu + О2 = 2СuО
A gáz- vagy kémiai korrózió mellett létezik elektrokémiai korrózió is, ami sokkal gyakoribb. Annak érdekében, hogy megértsük az elektrokémiai korrózió sémáját, vegyünk egy galvánpárt -.

Vegyünk cink- és rézlemezeket (75. ábra), és engedjük le kénsavoldatba, amely, mint tudjuk, ionok formájában van az oldatban:
H2SO4 = 2H+ + SO 2 4 —
A cink- és rézlemezek galvanométeren keresztül történő összekapcsolásával érzékeljük az elektromos áram jelenlétét az áramkörben. Ez azzal magyarázható, hogy az elektronokat feladva a cinkatomok ionok formájában oldatba mennek:
Zn 0-2 e— → Zn +2
Az elektronok a vezetőn keresztül a rézbe, a rézből a hidrogénionokba jutnak:
N + + e— → Н 0

A hidrogén semleges atomok formájában szabadul fel a rézlemezen, és fokozatosan feloldódik. Így a réz, mintha elektronokat vonna ki a cinkből, az utóbbi gyorsabb oldódását idézi elő, azaz elősegíti az oxidációt. Ugyanakkor egy teljesen tiszta savban maradhat egy ideig anélkül, hogy az egyáltalán befolyásolná.

Rizs. 75. A galvánpár kialakulásának vázlata elektrokémiai korrózió során. 1 - cink; 2 - réz; 3 - hidrogénbuborékok a rézelektródán; 4 - galvanométer

Ugyanezen séma szerint egy fém, például a vas korróziója következik be, csak a levegőben lévő elektrolit, és a vasban lévő szennyeződések a galvánpár második elektródáját játsszák. Ezek a gőzök mikroszkopikus méretűek, így a fém pusztulása sokkal lassabb. Az aktívabb fém általában megsemmisül. Az elektrokémiai korrózió tehát egy fém oxidációja, amely galvánpárok képződésével jár együtt. nagy károkat okoz a nemzetgazdaságban.

12. Definiálja a korróziót!
11. Korróziónak tekinthető-e valami, ami levegőn gyorsan oxidálódik, a cink kölcsönhatása sósavval, az alumínium kölcsönhatása vas-oxiddal termithegesztés során, a hidrogén termelése a vas túlhevített vízgőzzel való kölcsönhatásával.

13. Mi a különbség a kémiai és az elektrokémiai korrózió között?
A korrózió elleni küzdelemnek számos módja van. A fémeket (különösen a vasat) olajfestékkel vonják be, amely sűrű filmréteget képez a fém felületén, amely nem engedi át a vízgőzt. Fémeket, például rézhuzalt bevonhat olyan lakkal, amely védi a fémet a korróziótól és szigetelőként is szolgál.

A fényezés olyan folyamat, amelynek során a vasat erős oxidálószereknek teszik ki, melynek eredményeként a fémet gázt át nem eresztő oxidréteg borítja, megvédve a külső környezet hatásától. Leggyakrabban ez a Fe304 mágneses oxid, amely mélyen behatol a fémrétegbe, és jobban megvédi az oxidációtól, mint bármely festék. Az uráli tetőfedő vas, kékre színezve, több mint 100 évig kitartott a tetőn rozsdásodás nélkül. Minél jobban van polírozva a fém, annál sűrűbb és erősebb az oxidfilm a felületén.

A zománcozás nagyon jó típusú korrózióvédelem a különféle edényekhez. A zománc nem csak az oxigénnek és a víznek, de még az erős savaknak és lúgoknak is ellenáll. Sajnos a zománc nagyon sérülékeny, és könnyen megreped ütés és gyors hőmérsékletváltozás hatására.
A fémek korrózió elleni védelmének nagyon érdekes módjai a nikkelezés és az ónozás.
- Ez egy fémbevonat cinkréteggel (így védik elsősorban a vasat). Egy ilyen bevonattal a cink felületi filmjének megsértése esetén a cink, mint aktívabb fém, először korróziónak van kitéve, de a cink jól ellenáll a korróziónak, mivel felületét oxid védőfólia borítja, víz és oxigén át nem eresztő.
A nikkelezés (nikkelezés) és az ónozás (ónozás) esetén a vas rozsdásodása csak akkor következik be, ha az azt fedő fémréteg megsérül. Amint eltörik, a vas, mint a legaktívabb fém korróziója megkezdődik. De ez egy olyan fém, amely viszonylag kevés korróziónak van kitéve, így filmje nagyon hosszú ideig a felületen marad. A réztárgyakat leggyakrabban ónozzák, majd a réz galvánpárja mindig az ón korróziójához vezet, nem pedig a fémként kevésbé aktív rézhez. A vas ónozásával „bádoglemezt” nyernek a konzervipar számára.

A korrózió elleni védelem érdekében nemcsak a fémet, hanem az azt körülvevő környezetet is befolyásolhatja. Ha bizonyos mennyiségű nátrium-kromátot sósavval keverünk, akkor a sósav és a vas reakciója annyira lelassul, hogy a sav gyakorlatilag vastartályokban szállítható, míg ez általában lehetetlen. Azokat az anyagokat, amelyek lassítják a korróziót, néha szinte teljesen leállítják, inhibitoroknak - lassítóknak (a latin inhibere szóból - lassítani) nevezik.

Az inhibitorok hatásának természete eltérő. Vagy védőfóliát hoznak létre a fémek felületén, vagy csökkentik a környezet agresszivitását. Az első típusba tartozik például a NaNO2, amely lassítja az acél korrózióját a vizes és sóoldatokban, ami lassítja az alumínium korrózióját a kénsavban a második típusba a CO(NH2)2 - karbamid szerves vegyület, amely nagymértékben lelassítja a réz és más fémek oldódását salétromsavban. Az állati fehérjék, egyes szárított növények – celandin, boglárka stb. – gátló tulajdonságokkal rendelkeznek.
Néha a fémek korrózióval szembeni ellenállásának növelése, valamint néhány értékesebb tulajdonság biztosítása érdekében más fémekkel ötvözeteket készítenek belőle.

■ 14. Jegyezze fel jegyzetfüzetébe a fémek korrózió elleni védelmének felsorolt ​​módszereit.
15. Mi határozza meg a fém korrózió elleni védelmének módszerének megválasztását?
16. Mi az inhibitor? Miben különbözik az inhibitor a katalizátortól?

Fémek ércekből történő olvasztásának módszerei

A fémek természetes állapotban is előfordulhatnak a természetben. Ez alapvetően pl. Mechanikus mosással vonják ki a környező kőzetekből. A fémek túlnyomó többsége azonban vegyületek formájában fordul elő a természetben. Ugyanakkor nem minden természetes ásvány alkalmas a benne lévő fém kinyerésére. Következésképpen nem minden ásvány nevezhető fémércnek.
Azokat a kőzeteket vagy ásványokat, amelyek egy adott fémet olyan mennyiségben tartalmaznak, amely az ipari termelését gazdaságilag jövedelmezővé teszi, a fém érceinek nevezzük.

Írd le az ércek definícióját!

A fémeket különféle módon nyerik ki az ércekből.
1. Ha az érc oxid, akkor valamilyen redukálószerrel - leggyakrabban szén- vagy szén-monoxid CO-val, ritkábban - hidrogénnel redukálják, pl.
FesO4 + 4СО = 3Fe + 4CO2
2. Ha az érc kénvegyület, akkor először megpörkölik:
2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2
majd a keletkező oxidot szénnel redukáljuk:
РbО + С = РbО + CO
A fémeket olvadékokból elektrolízissel választják el a kloridoktól. Például, amikor a nátrium-klorid NaCl megolvad, az anyag termikus disszociációja következik be.
NaCl ⇄ Na + + Cl —
Amikor egyenáramot vezetünk át ezen az olvadékon, a következő folyamatok mennek végbe:
a) a katódon:
Na++ e— → Na 0
b) az anódnál
Сl - - e— → Cl 0
Ezzel a módszerrel a fémek más sókból is kinyerhetők.
4. Néha a fémek redukálhatók oxidokból magas hőmérsékleten egy másik, aktívabb fémmel való kiszorítással. Ez a módszer különösen elterjedt a fémek alumíniummal történő redukciójában, ezért először aluminotermiának nevezték:
2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2Fe.
Az alumíniumtermiáról az alábbiakban részletesebben lesz szó.
Sok esetben előfordulhat, hogy az ércet nagy mennyiségű köteggel keverik össze, amelynek eltávolítására, azaz az érc "dúsítására" többféle módszer létezik, különösen a habos flotáció. Erre a célra olyan ásványi olajokat használnak, amelyek szelektív adszorpciós tulajdonsággal rendelkeznek. Ez azt jelenti, hogy elnyelik az ércrészecskéket, de nem a hulladékkőzetet. A hulladékkővel együtt zúzott ércet és ásványolajat hatalmas víztartályokba helyezik. Ezt követően a víz levegővel erősen habosodik. Az olaj körülveszi a légbuborékokat, és filmet képez rajtuk. Az eredmény egy stabil hab. A részecskék és az ércek adszorbeálódnak, és a légbuborékokkal együtt a tetejére emelkednek. A habot az érccsel együtt lecsepegtetik, és a meddő kőzet a kád alján marad. Ezt követően az ércet könnyen megszabadítják az olajtól, amelyet ismét flotációra használnak.

■ 17. Mi az a hab?
18. Milyen tulajdonságokkal kell rendelkeznie egy fémnek, hogy a természetben natív állapotban legyen?
19. Nevezhető-e ércnek bármely ásvány vagy kőzet, amely egy vagy másik fémet tartalmaz?
20. Sorolja fel, milyen típusú fémérceket ismer!
21. A természetben a cink ásványi cinkkeverékként fordul elő, amely cink-szulfidot tartalmaz. Javasoljon módszert a cink cinkkeverékből történő előállítására.
22. 2 tonna, 80% Fe3O4 mágneses vas-oxidot tartalmazó mágneses vasércből 1,008 tonna vasat nyernek. Számítsa ki a vas gyakorlati hozamát!
23. Milyen fémek nyerhetők sóoldatok elektrolízisével?
24. 5 tonna 13% szennyeződést tartalmazó mágneses vasérc redukálásával nyert vasból 4% szenet tartalmazó ötvözetet készítettek. Mennyi ötvözetet sikerült beszerezni?
25. Milyen mennyiségű cink és kénsav nyerhető 242,5 tonna 20% hulladékkőzetet tartalmazó ZnS cinkkeverékből?

31

Az elemek periodikus rendszerének indoklása Mivel egy atomban az elektronok különböző energiaszinteken helyezkednek el és kvantumrétegeket alkotnak, logikus a feltételezés, hogy...

B O Az ismert kémiai elemek többsége egyszerű fémeket alkot.

A fémek közé tartozik a másodlagos (B) alcsoportok összes eleme, valamint a berillium-asztatin átló alatt elhelyezkedő fő alcsoportok elemei (1. ábra). Ezenkívül a fémek kémiai elemei alkotják a lantanid- és aktinidcsoportokat.

Rizs. 1. A fémek elhelyezkedése az A alcsoport elemei között (kék színnel kiemelve)

A nemfém atomokhoz képest a fématomok b O nagyobb méretek és kevesebb külső elektron, általában 1-2. Következésképpen a fématomok külső elektronjai gyengén kötődnek az atommaghoz a fémek könnyen feladják őket, redukáló tulajdonságokat mutatva a kémiai reakciókban.

Tekintsük a fémek egyes tulajdonságainak változásának mintázatait csoportokban és periódusokban.

IdőszakokbanVel A magtöltés növekedésével az atomok sugara csökken. Az atommagok egyre jobban vonzzák a külső elektronokat, így nő az atomok elektronegativitása, csökkennek a fémes tulajdonságok. Rizs. 2.

Rizs. 2. A fémes tulajdonságok változása periódusokban

A fő alcsoportokban Felülről lefelé a fématomokban lévő elektronikus rétegek száma növekszik, ezért az atomok sugara növekszik. Ekkor a külső elektronok kevésbé fognak vonzódni az atommaghoz, így az atomok elektronegativitása csökken és a fémes tulajdonságok növekednek. Rizs. 3.

Rizs. 3. A fémes tulajdonságok változása alcsoportokban

A felsorolt ​​minták ritka kivételektől eltekintve a másodlagos alcsoportok elemeire is jellemzőek.

A fémelemek atomjai hajlamosak elektronvesztésre. A kémiai reakciókban a fémek csak redukálószerként működnek, és elektronokat adnak át és növelik oxidációs állapotukat.

Az egyszerű nemfém anyagokat alkotó atomok, valamint az olyan összetett anyagokat alkotó atomok, amelyek csökkenthetik oxidációs állapotukat, képesek elektronokat fogadni a fématomoktól. Például:

2Na 0 + S 0 = Na + 1 2 S -2

Zn 0 + 2H + 1 Cl = Zn + 2 Cl 2 + H 0 2

Nem minden fémnek azonos a kémiai reakcióképessége. Egyes fémek szokásos körülmények között gyakorlatilag nem lépnek be kémiai reakciókba, ezeket nemesfémeknek nevezik. Nemesfémek: arany, ezüst, platina, ozmium, irídium, palládium, ruténium, ródium.

A nemesfémek nagyon ritkák a természetben, és szinte mindig natív állapotban találhatók meg (4. ábra). A korrózióval és oxidációval szembeni nagy ellenállásuk ellenére ezek a fémek még mindig képeznek oxidokat és más kémiai vegyületeket, például mindenki ismeri az ezüst-klorid sókat és nitrátokat.

Rizs. 4. Aranyrög

Összegezve a tanulságot

Ebben a leckében megvizsgálta a fémek kémiai elemeinek helyzetét a periódusos rendszerben, valamint ezen elemek atomjainak szerkezeti jellemzőit, amelyek meghatározzák az egyszerű és összetett anyagok tulajdonságait. Megtudtad, miért van sokkal több a fém kémiai eleme, mint a nem fém.

Hivatkozások

1. Orzsekovszkij P.A. Kémia: 9. évfolyam: általános műveltség. létesítése / P.A. Orzsekovszkij, L.M. Mescserjakova, M.M. Shalashova. - M.: Astrel, 2013. (§28)
2. Rudzitis G.E. Kémia: szervetlen. kémia. Szerv. kémia: tankönyv. 9. osztály számára. / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M.: Oktatás, OJSC „Moszkva Tankönyvek”, 2009. (§34)
3. Khomchenko I.D. Feladatok és gyakorlatok gyűjteménye a kémiából középiskolásoknak. - M.: RIA „Új hullám”: Umerenkov kiadó, 2008. (86-87. o.)
4. Enciklopédia gyerekeknek. 17. kötet Kémia / Fejezet. szerk. V.A. Volodin, Ved. tudományos szerk. I. Leenson. - M.: Avanta+, 2003.

1. Digitális oktatási források egységes gyűjteménye (videós élmények a témában) ().
2. A „Chemistry and Life” folyóirat elektronikus változata ().

Házi feladat

1. Vel. 195-196 7. szám, A1-A4 P.A. tankönyvéből. Orzhekovsky „Kémia: 9. osztály” / P.A. Orzsekovszkij, L.M. Mescserjakova, M.M. Shalashova. - M.: Astrel, 2013.
2. Milyen tulajdonságokkal (oxidáló vagy redukáló) lehet a Fe 3+ ion? Válaszát reakcióegyenletekkel illusztrálja!
3. Hasonlítsa össze a nátrium és a magnézium atomi sugarát, elektronegativitását és redukáló tulajdonságait.