Metali su grupa elemenata u obliku jednostavne supstance, koji posjeduje karakteristična metalna svojstva, kao što su visoka toplinska i električna provodljivost, pozitivni temperaturni koeficijent otpornosti, visoka duktilnost, savitljivost i metalni sjaj. U ovom članku će sva svojstva metala biti predstavljena u obliku zasebnih tabela.
Sadržaj
Svojstva metala dijele se na fizička, hemijska, mehanička i tehnološka.
Fizička svojstva metala
Fizička svojstva uključuju: boju, specifičnu težinu, topljivost, električnu provodljivost, magnetna svojstva, toplotna provodljivost, toplotni kapacitet, ekspanzija pri zagrevanju.
Specifična težina metala je omjer težine homogenog metalnog tijela i zapremine metala, tj. ovo je gustina u kg/m3 ili g/cm3.
Topljivost metala je sposobnost metala da se topi na određenoj temperaturi, koja se naziva tačka topljenja.
Električna provodljivost metala- to je sposobnost metala da provode električnu struju, to je svojstvo tijela ili okoline koja određuje pojavu u njima električna struja pod uticajem električno polje. Električna provodljivost se odnosi na sposobnost vođenja prvenstveno jednosmjerne struje (pod utjecajem konstantnog polja), za razliku od sposobnosti dielektrika da na naizmjenično električno polje reagiraju oscilirajućim vezanim nabojima (naizmjenična polarizacija), stvarajući naizmjeničnu struju.
Magnetna svojstva metala karakteriziraju: remanentna indukcija, koercitivna sila i magnetska permeabilnost.
Toplotna provodljivost metala je njihova sposobnost da prenesu toplotu sa više zagrejanih čestica na manje zagrejane. Toplotna provodljivost metala određena je količinom topline koja prolazi kroz metalnu šipku poprečnog presjeka 1 cm 2 i dužine 1 cm za 1 sekundu. na temperaturnoj razlici od 1°C.
Toplotni kapacitet metala- ovo je količina toplote koju telo apsorbuje kada se zagreje za 1 stepen. Omjer količine topline koju apsorbira tijelo s beskonačno malom promjenom njegove temperature i ove promjene jedinice mase tvari (g, kg) naziva se specifični toplinski kapacitet, 1 mol tvari je molarni (molarni).
Ekspanzija metala pri zagrevanju.Svi metali se šire kada se zagrevaju i skupljaju kada se ohlade. Stupanj povećanja ili smanjenja izvorne veličine metala s promjenom temperature od jednog stupnja karakterizira koeficijent linearne ekspanzije.
Hemijska svojstva metala
Hemijska - oksidacija, rastvorljivost i otpornost na koroziju.
Oksidacija metala je reakcija spajanja metala s kisikom, praćena stvaranjem oksida (oksida). Ako oksidaciju posmatramo šire, onda su to reakcije u kojima atomi gube elektrone i nastaju različiti spojevi, na primjer, kloridi, sulfidi. U prirodi se metali nalaze uglavnom u oksidiranom stanju, u obliku ruda, pa se njihova proizvodnja zasniva na redukcijskim procesima različitih spojeva.
Rastvorljivost metala je njihova sposobnost formiranja sa drugim supstancama homogeni sistemi- otopine u kojima je metal u obliku pojedinačnih atoma, jona, molekula ili čestica. Metali se rastvaraju u rastvaračima, a to su jake kiseline i kaustične alkalije. U industriji se najčešće koriste: sumporna, azotna i hlorovodonična kiselina, mešavina azotne i hlorovodonične kiseline (aqua regia), kao i lužine - kaustična soda i kaustični kalijum.
Otpornost metala na koroziju je njihova sposobnost otpornosti na koroziju.
Mehanička svojstva metala
Mehanički - čvrstoća, tvrdoća, elastičnost, viskoznost, plastičnost.
Čvrstoća metala naziva se njegovom sposobnošću da se odupre akciji spoljne sile bez urušavanja.
Tvrdoća metala je sposobnost tijela da se odupre prodiranju drugog, tvrđeg tijela u njega.
Elastičnost metala- svojstvo metala da povrati svoj oblik nakon prestanka djelovanja vanjskih sila koje su uzrokovale promjenu oblika (deformaciju).
Viskoznost metala- ovo je sposobnost metala da se odupre brzo rastućim (udarnim) vanjskim silama. Viskoznost je suprotno svojstvo krtosti.
Plastičnost metala- to je svojstvo metala da se deformira bez razaranja pod utjecajem vanjskih sila i zadrži novi oblik nakon prestanka djelovanja sila. Plastičnost je inverzno svojstvo elastičnosti.
Tehnološka svojstva metala
U tehnološke spadaju kaljivost, fluidnost, savitljivost, zavarljivost, obradivost.
Kaljivost metala– to je njihova sposobnost da dobiju stvrdnuti sloj određene dubine.
Fluidnost metala- ovo je svojstvo metala u tekućem stanju da ispuni kalup za livenje i reproducira njegov obris u odlivu.
Savitljivost metala je tehnološko svojstvo koje karakterizira njihovu sposobnost da se obrađuju deformacijom, na primjer, kovanjem, valjanjem, štancanjem bez uništavanja.
Zavarljivost metala- to je njihovo svojstvo da tokom procesa zavarivanja formiraju trajnu vezu koja ispunjava zahtjeve utvrđene dizajnom i radom proizvoda koji se proizvodi.
Obradivost metala rezanjem- to je njihova sposobnost da mijenjaju geometrijski oblik, dimenzije i kvalitet površine uslijed mehaničkog rezanja materijala radnog komada reznim alatom. Obradivost metala zavisi od njihovih mehaničkih svojstava, prvenstveno od čvrstoće i tvrdoće.
Savremene metode ispitivanja metala su mehanička ispitivanja, hemijska analiza, spektralna analiza, metalografske i radiografske analize, tehnološka ispitivanja, detekcija grešaka. Ova ispitivanja pružaju mogućnost da se stekne uvid u prirodu metala, njihovu strukturu, sastav i svojstva, kao i da se utvrdi kvalitet gotovih proizvoda.
Tabele svojstava metala
Tabela “Svojstva metala: liveno gvožđe, liveni čelik, čelik”
- Krajnja vlačna čvrstoća
- Granica tečenja (ili Rp 0,2);
- Relativno izduženje uzorka pri prekidu;
- Snaga savijanja;
- Čvrstoća na savijanje data je za uzorak od livenog čelika;
- Granica zamora svih vrsta livenog gvožđa zavisi od mase i poprečnog preseka uzorka;
- modul elastičnosti;
- Kod sivog lijeva, modul elastičnosti opada s povećanjem vlačnog naprezanja i ostaje gotovo konstantan s povećanjem tlačnog naprezanja.
Tabela "Svojstva opružnog čelika"
- Konačna zatezna čvrstoća,
- Relativno smanjenje presjek uzorak pri rupturi,
- Snaga savijanja;
- Maksimalna čvrstoća pri naizmjeničnom cikličkom opterećenju pri N ⩾ 10 7,
- Maksimalno naprezanje na temperaturi od 30°C i relativnom istezanju od 1,2% tokom 10 sati; za više temperature vidi odeljak „Načini spajanja delova“,
- vidi odeljak „Načini spajanja delova“;
- 480 N/mm 2 za hladno obrađene opruge;
- Otprilike 40% više za hladno obrađene opruge
Tabela “Svojstva karoserijskih limova”
Tabela "Svojstva obojenih metala"
- Modul elastičnosti, referentni podaci;
- Snaga savijanja;
- Najveća vrijednost;
- Za pojedinačne uzorke
Tabela "Svojstva lakih legura"
- Najveća vlačna čvrstoća;
- Granica tečenja koja odgovara plastičnoj deformaciji od 0,2%;
- Snaga savijanja;
- Najveća vrijednost;
- Indikatori čvrstoće dati su za uzorke i za odljevke;
- Prikazani su pokazatelji granične čvrstoće na savijanje za slučaj ravnog opterećenja
Tabela "Metalno-keramički materijali (PM) 1) za klizne ležajeve"
- U odnosu na ležaj 10/16 g 10;
- Ugljik se nalazi uglavnom u obliku slobodnog grafita;
- Ugljik se nalazi samo u obliku slobodnog grafita
Tabela “Svojstva metalokeramičkih materijala (PM) 1 za konstrukcijske dijelove”
- U skladu sa DIN 30 910, izdanje 1990;
Magnetni materijali
Tabela “Svojstva mekih magnetnih materijala”
- Podaci se odnose samo na magnetne prstenove.
Meki magnetni metali
Tabela “Svojstva magnetnog lima i trakastog čelika”
Materijali za pretvarače i električne reaktore
Materijali za DC releje
Tabela "Svojstva materijala za DC releje"
- Standardizirane vrijednosti
Metal-keramički materijali za meke magnetne komponente
Tabela “Svojstva metal-keramičkih materijala za meke magnetske komponente”
Ako u periodnom sistemu elemenata D.I. Mendelejeva povučemo dijagonalu od berilija do astatina, tada će dolje lijevo duž dijagonale biti metalni elementi (oni također uključuju elemente bočnih podgrupa, označene plavom bojom), a u gornjem desnom - nemetalni elementi (istaknuti žutom bojom). Elementi koji se nalaze u blizini dijagonale - polumetali ili metaloidi (B, Si, Ge, Sb, itd.) imaju dvostruki karakter (istaknuti ružičastom bojom).
Kao što se može vidjeti sa slike, velika većina elemenata su metali.
Na svoj način hemijske prirode metali su hemijski elementi čiji atomi daju elektrone sa spoljašnjih ili pre-eksternih energetskih nivoa, formirajući pozitivno nabijene jone.
Gotovo svi metali imaju relativno velike radijuse i mali broj elektrona (od 1 do 3) na vanjskom energetskom nivou. Metale karakteriziraju niske vrijednosti elektronegativnosti i redukciona svojstva.
Najtipičniji metali se nalaze na početku perioda (počevši od drugog), zatim s lijeva na desno metalna svojstva slabe. U grupi od vrha do dna, metalna svojstva se povećavaju kako se radijus atoma povećava (zbog povećanja broja energetskih nivoa). To dovodi do smanjenja elektronegativnosti (sposobnosti privlačenja elektrona) elemenata i povećanja redukcijskih svojstava (sposobnost doniranja elektrona drugim atomima u kemijskim reakcijama).
Tipično metali su s-elementi (elementi IA grupe od Li do Fr. elementi PA grupe od Mg do Ra). Generale elektronska formula njihovi atomi su ns 1-2. Karakteriziraju ih oksidacijska stanja + I i + II, respektivno.
Mali broj elektrona (1-2) na vanjskom energetskom nivou tipičnih metalnih atoma znači da se ovi elektroni lako gube i pokazuju jaka redukciona svojstva, što se odražava u niskim vrijednostima elektronegativnosti. To implicira ograničena hemijska svojstva i metode dobijanja tipičnih metala.
Karakteristična karakteristika tipičnih metala je sklonost njihovih atoma da formiraju katione i ionske hemijske veze sa atomima nemetala. Jedinjenja tipičnih metala sa nemetalima su jonski kristali "metalaniona nemetala", na primjer K + Br -, Ca 2+ O 2-. Kationi tipičnih metala su takođe uključeni u jedinjenja sa kompleksnim anjonima - hidroksidi i soli, na primer Mg 2+ (OH -) 2, (Li +)2CO 3 2-.
Metali A-grupe koji formiraju amfoternu dijagonalu u periodnom sistemu Be-Al-Ge-Sb-Po, kao i metali koji su im susjedni (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) ne pokazuju tipične metalne svojstva. Opća elektronska formula njihovih atoma ns 2 n.p. 0-4 uključuje veću raznolikost oksidacijskih stanja, veću sposobnost zadržavanja vlastitih elektrona, postepeno smanjenje njihove redukcijske sposobnosti i pojavu oksidacijske sposobnosti, posebno u visokim oksidacijskim stanjima (tipični primjeri su spojevi Tl III, Pb IV, Bi v) . Slično hemijsko ponašanje karakteristično je za većinu (d-elemenata, tj. elemenata B-grupa Periodni sistem (tipični primjeri- amfoterni elementi Cr i Zn).
Ova manifestacija dualnosti (amfoternih) svojstava, i metalnih (baznih) i nemetalnih, je zbog prirode hemijska veza. U čvrstom stanju, spojevi atipičnih metala sa nemetalima sadrže pretežno kovalentne veze (ali manje jake od veza između nemetala). U rastvoru se ove veze lako kidaju, a jedinjenja se disociraju na jone (u celini ili delimično). Na primjer, metalni galij se sastoji od molekula Ga 2; u čvrstom stanju, kloridi aluminija i žive (II) AlCl 3 i HgCl 2 sadrže jake kovalentne veze, ali u otopini AlCl 3 gotovo potpuno disocira, a HgCl 2 - do u vrlo maloj mjeri (a zatim u HgCl + i Cl - jone).
Opća fizička svojstva metala
Zbog prisustva slobodnih elektrona ("elektronski plin") u kristalnoj rešetki, svi metali pokazuju sljedeće karakteristične opće karakteristike:
1) Plastika- mogućnost lakog mijenjanja oblika, rastezanja u žicu i valjanja u tanke listove.
2) Metalni sjaj i neprozirnost. To je zbog interakcije slobodnih elektrona sa svjetlošću koja pada na metal.
3) Električna provodljivost. Objašnjava se usmjerenim kretanjem slobodnih elektrona od negativnog do pozitivnog pola pod utjecajem male potencijalne razlike. Kada se zagrije, električna provodljivost se smanjuje, jer Kako temperatura raste, pojačavaju se vibracije atoma i iona u čvorovima kristalne rešetke, što otežava usmjereno kretanje "elektronskog plina".
4) Toplotna provodljivost. Uvjetovano visoka mobilnost slobodnih elektrona, zbog kojih se temperatura brzo izjednačava preko mase metala. Najveću toplotnu provodljivost imaju bizmut i živa.
5) Tvrdoća. Najtvrđi je hrom (seče staklo); najmekši alkalni metali - kalijum, natrijum, rubidijum i cezijum - seku se nožem.
6) Gustina.Što je manja atomska masa metala i veći radijus atoma, to je manji. Najlakši je litijum (ρ=0,53 g/cm3); najteži je osmijum (ρ=22,6 g/cm3). Metali čija je gustina manja od 5 g/cm3 smatraju se „lakim metalima“.
7) Tačke topljenja i ključanja. Najtopljiviji metal je živa (mp = -39°C), najvatrostalniji metal je volfram (mp = 3390°C). Metali sa temperaturom topljenja iznad 1000°C smatraju se vatrostalnim, ispod – nisko topivim.
Opća hemijska svojstva metala
Jaki redukcioni agensi: Me 0 – nē → Me n +
Brojni naponi karakteriziraju uporednu aktivnost metala u redoks reakcijama u vodenim otopinama. 
I. Reakcije metala sa nemetalima
1) Sa kiseonikom:
2Mg + O 2 → 2MgO
2) Sa sumporom:
Hg + S → HgS
3) Sa halogenima:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2
4) Sa azotom:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2
5) Sa fosforom:
3Ca + 2P – t° → Ca 3 P 2
6) Sa vodonikom (reaguju samo alkalni i zemnoalkalni metali):
2Li + H 2 → 2LiH
Ca + H 2 → CaH 2
II. Reakcije metala sa kiselinama
1) Metali u elektrohemijskom naponskom nizu do H reduciraju neoksidirajuće kiseline u vodonik:
Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2
2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2
6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2
2) Sa oksidirajućim kiselinama:
Kada dušična kiselina bilo koje koncentracije i koncentrirana sumporna kiselina stupaju u interakciju s metalima Vodonik se nikada ne oslobađa! 
Zn + 2H 2 SO 4(K) → ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
4Zn + 5H 2 SO 4(K) → 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O
3Zn + 4H 2 SO 4(K) → 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O
2H 2 SO 4 (k) + Cu → Cu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O
10HNO 3 + 4Mg → 4Mg(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O
4HNO 3 (k) + Cu → Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
III. Interakcija metala sa vodom
1) Aktivni (alkalni i zemnoalkalni metali) formiraju rastvorljivu bazu (alkaliju) i vodonik:
2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2
Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2
2) Metali srednje aktivnosti oksidiraju se vodom kada se zagrije u oksid:
Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2
3) Neaktivan (Au, Ag, Pt) - ne reaguje.
IV. Izmjenjivanje manje aktivnih metala aktivnijim metalima iz otopina njihovih soli:
Cu + HgCl 2 → Hg+ CuCl 2
Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4
U industriji često koriste ne čiste metale, već njihove mješavine - legure, u kojem su korisna svojstva jednog metala dopunjena korisnim svojstvima drugog. Tako bakar ima malu tvrdoću i nije pogodan za izradu mašinskih delova, dok legure bakra i cinka ( mesing) su već prilično tvrdi i naširoko se koriste u mašinstvu. Aluminijum ima visoku duktilnost i dovoljnu lakoću (mala gustina), ali je previše mekan. Na osnovu nje se priprema legura s magnezijem, bakrom i manganom - duralumin (duralumin), koja, bez gubitka korisnih svojstava aluminija, poprima visoku tvrdoću i postaje pogodna za konstrukciju aviona. Legure željeza sa ugljikom (i aditivi drugih metala) su nadaleko poznate liveno gvožde I čelika.
Slobodni metali su restauratori. Međutim, neki metali imaju nisku reaktivnost zbog činjenice da su obloženi površinski oksidni film, V različitim stepenima otporan na takve hemijski reagensi, kao i voda, rastvori kiselina i alkalija.
Na primjer, olovo je uvijek prekriveno oksidnim filmom; njegov prijelaz u otopinu zahtijeva ne samo izlaganje reagensu (na primjer, razrijeđenu dušičnu kiselinu), već i zagrijavanje. Oksidni film na aluminiju sprječava njegovu reakciju s vodom, ali ga uništavaju kiseline i lužine. Labav oksidni film (rđa), formiran na površini gvožđa u vlažnom vazduhu, ne ometa dalju oksidaciju gvožđa.
Pod uticajem koncentrirano na metalima nastaju kiseline održivo oksidni film. Ovaj fenomen se zove pasivizacija. Dakle, koncentrisano sumporna kiselina metali kao što su Be, Bi, Co, Fe, Mg i Nb se pasiviraju (i tada ne reaguju sa kiselinom), a u koncentrovanoj azotnoj kiselini - metali A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb , Th i U.
Kod interakcije sa oksidantima u kiselim rastvorima, većina metala se pretvara u katjone, čiji je naboj određen stabilnim oksidacionim stanjem datog elementa u jedinjenjima (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ i Fe 3 +)
Redukciona aktivnost metala u kiseloj otopini prenosi se nizom naprezanja. Većina metala prelazi u rastvor sa hlorovodoničnom i razblaženom sumpornom kiselinom, ali Cu, Ag i Hg - samo sa sumpornom (koncentrovanom) i azotne kiseline, i Pt i Au - “kraljevska votka”.
Korozija metala
Nepoželjno hemijsko svojstvo metala je njihovo aktivno uništavanje (oksidacija) u kontaktu sa vodom i pod uticajem kiseonika otopljenog u njoj. (kiseonička korozija). Na primjer, nadaleko je poznata korozija proizvoda od željeza u vodi, zbog čega se stvara rđa i proizvodi se raspadaju u prah.
Korozija metala se javlja iu vodi zbog prisustva rastvorenih gasova CO 2 i SO 2; stvara se kiselo okruženje, a H+ kationi se istiskuju aktivnim metalima u obliku vodonika H 2 ( vodonična korozija).
Područje kontakta između dva različita metala može biti posebno korozivno ( kontaktna korozija). Galvanski par se javlja između jednog metala, na primjer Fe, i drugog metala, na primjer Sn ili Cu, stavljenog u vodu. Protok elektrona ide od aktivnijeg metala, koji je lijevo u naponskom nizu (Re), do manje aktivnog metala (Sn, Cu), a aktivniji metal se razara (korodira).
Upravo zbog toga kalajisana površina limenki (gvožđe obložena limom) hrđa kada se skladišti u vlažnoj atmosferi i kada se njime nepažljivo rukuje (gvožđe se brzo sruši čak i nakon male ogrebotine, što omogućava da glačalo dođe u kontakt sa vlagom). Naprotiv, pocinčana površina željezne kante ne hrđa dugo, jer čak i ako ima ogrebotina, ne korodira željezo, već cink (aktivniji metal od željeza).
Otpornost na koroziju za određeni metal se povećava kada je premazan aktivnijim metalom ili kada se stapaju; Dakle, premazivanje gvožđa hromom ili pravljenje legure gvožđa i hroma eliminiše koroziju gvožđa. Kromirano željezo i čelik koji sadrže krom ( nehrđajući čelik), imaju visoku otpornost na koroziju.
elektrometalurgija, odnosno dobijanje metala elektrolizom taline (za najaktivnije metale) ili rastvora soli;
pirometalurgija, tj. izvlačenje metala iz ruda na visokim temperaturama (na primjer, proizvodnja željeza u visokoj peći);
hidrometalurgija Odvajanje metala iz rastvora njihovih soli aktivnijim metalima (na primer, proizvodnja bakra iz rastvora CuSO 4 delovanjem cinka, gvožđa ili aluminijuma).
Prirodni metali se ponekad nalaze u prirodi (tipični primjeri su Ag, Au, Pt, Hg), ali češće se metali nalaze u obliku spojeva ( metalne rude). Po rasprostranjenosti u zemljine kore metali su različiti: od najčešćih - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) do najrjeđih - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.
Metali zauzimaju periodni sistem donji lijevi ugao. Metali pripadaju porodicama s-elemenata, d-elemenata, f-elemenata i djelimično p-elemenata.
Najtipičnije svojstvo metala je njihova sposobnost da doniraju elektrone i postanu pozitivno nabijeni joni. Štaviše, metali mogu pokazati samo pozitivno stanje oksidacije.
Ja - ne = Me n +
1. Interakcija metala sa nemetalima.
A ) Interakcija metala sa vodonikom.
Alkalni i zemnoalkalni metali direktno reaguju sa vodonikom, formirajući hidride.
Na primjer:
Ca + H 2 = CaH 2
Nastaju nestehiometrijska jedinjenja sa ionskom kristalnom strukturom.
b) Interakcija metala sa kiseonikom.
Svi metali osim Au, Ag, Pt oksidiraju se atmosferskim kisikom.
primjer:
2Na + O 2 = Na 2 O 2 (peroksid)
4K + O 2 = 2K 2 O
2Mg + O2 = 2MgO
2Cu + O 2 = 2CuO
c) Interakcija metala sa halogenima.
Svi metali reaguju sa halogenima i nastaju halogenidi.
primjer:
2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
To su uglavnom jonska jedinjenja: MeHal n
d) Interakcija metala sa azotom.
Alkalni i zemnoalkalni metali stupaju u interakciju s dušikom.
Primjer:
3Ca + N2 = Ca3N2
Mg + N 2 = Mg 3 N 2 - nitrid.
e) Interakcija metala sa ugljenikom.
Jedinjenja metala i ugljika - karbidi. Nastaju interakcijom taline sa ugljikom. Aktivni metali formiraju stehiometrijska jedinjenja sa ugljikom:
4Al + 3C = Al 4 C 3
Metali - d-elementi formiraju spojeve nestehiometrijskog sastava kao što su čvrste otopine: WC, ZnC, TiC - koriste se za proizvodnju supertvrdih čelika.
2. Interakcija metala sa vodom.
Metali koji imaju negativniji potencijal od redoks potencijala vode reagiraju s vodom.
Aktivni metali aktivnije reagiraju s vodom, razlažući vodu i oslobađajući vodik.
Na + 2H2O = H2 + 2NaOH
Manje aktivni metali voda se polako razgrađuje i proces se inhibira zbog stvaranja nerastvorljivih supstanci.
3. Interakcija metala sa rastvorima soli.
Ova reakcija je moguća ako je metal koji reaguje aktivniji od onog u soli:
Zn + CuSO 4 = Cu 0 ↓ + ZnSO 4
0,76 V., = + 0,34 V.
Metal s negativnijim ili manje pozitivnim potencijalom standardne elektrode istiskuje drugi metal iz otopine njegove soli.
4. Interakcija metala sa alkalnim rastvorima.
Metali koji proizvode amfoterne hidrokside ili imaju visoka oksidaciona stanja u prisustvu jakih oksidacionih sredstava mogu reagovati sa alkalijama. Kada metali stupaju u interakciju sa alkalnim rastvorima, oksidaciono sredstvo je voda.
Primjer:
Zn + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2
1 Zn 0 + 4OH - - 2e = 2- oksidacija
Zn 0 - redukciono sredstvo
1 2H 2 O + 2e = H 2 + 2OH - redukcija
H 2 O - oksidant
Zn + 4OH - + 2H 2 O = 2- + 2OH - + H 2
Metali sa visokim stepenom oksidacije mogu stupiti u interakciju sa alkalijama tokom fuzije:
4Nb +5O 2 +12KOH = 4K 3 NbO 4 + 6H 2 O
5. Interakcija metala sa kiselinama.
To su složene reakcije; produkti reakcije ovise o aktivnosti metala, vrsti i koncentraciji kiseline i temperaturi.
Na osnovu aktivnosti, metali se konvencionalno dijele na aktivne, srednje aktivnosti i niske aktivnosti.
Kiseline se konvencionalno dijele u 2 grupe:
Grupa I - kiseline sa niskom oksidacionom sposobnošću: HCl, HI, HBr, H 2 SO 4 (razblažen), H 3 PO 4, H 2 S, oksidaciono sredstvo ovde je H +. Pri interakciji s metalima oslobađa se kisik (H 2 ). Metali s negativnim potencijalom elektrode reagiraju sa kiselinama prve grupe.
Grupa II - kiseline sa visokom oksidacionom sposobnošću: H 2 SO 4 (konc.), HNO 3 (razblažen), HNO 3 (konc.). U ovim kiselinama oksidirajući agensi su kiseli anioni: . Proizvodi redukcije aniona mogu biti vrlo raznoliki i zavise od aktivnosti metala.
H 2 S - sa aktivnim metalima
H 2 SO 4 +6e S 0 ↓ - sa metalima srednje aktivnosti
SO 2 - sa niskoaktivnim metalima
NH 3 (NH 4 NO 3) - sa aktivnim metalima
HNO 3 +4,5e N 2 O, N 2 - sa metalima srednje aktivnosti
NE - sa niskoaktivnim metalima
HNO 3 (konc.) - NO 2 - sa metalima bilo koje aktivnosti.
Ako metali imaju promjenjivu valenciju, onda sa kiselinama grupe I metali poprimaju niže pozitivno oksidacijsko stanje: Fe → Fe 2+, Cr → Cr 2+. U interakciji sa kiselinama grupe II, oksidaciono stanje je +3: Fe → Fe 3+, Cr → Cr 3+, a vodonik se nikada ne oslobađa.
Neki metali (Fe, Cr, Al, Ti, Ni, itd.) u rastvorima jakih kiselina, kada se oksidiraju, prekrivaju se gustim oksidnim filmom, koji štiti metal od daljeg rastvaranja (pasivacije), ali kada se zagreju, oksid film se otapa i reakcija se nastavlja.
Slabo rastvorljivi metali sa pozitivnim elektrodnim potencijalom mogu se rastvoriti u kiselinama grupe I u prisustvu jakih oksidacionih sredstava.
Metali se jako razlikuju po svojoj hemijskoj aktivnosti. Hemijska aktivnost metala može se približno procijeniti po njegovom položaju u njemu.
Najaktivniji metali nalaze se na početku ovog reda (lijevo), a najmanje aktivni su na kraju (desno).
Reakcije sa jednostavnim supstancama. Metali reaguju sa nemetalima i formiraju binarna jedinjenja. Reakcioni uvjeti, a ponekad i njihovi proizvodi, uvelike se razlikuju za različite metale.
Na primjer, alkalni metali aktivno reagiraju s kisikom (uključujući i zrak) na sobnoj temperaturi kako bi formirali okside i perokside
4Li + O 2 = 2Li 2 O;
2Na + O 2 = Na 2 O 2
Metali srednje aktivnosti reagiraju s kisikom kada se zagrijavaju. U tom slučaju nastaju oksidi:
2Mg + O 2 = t 2MgO.
Niskoaktivni metali (na primjer, zlato, platina) ne reagiraju s kisikom i stoga praktički ne mijenjaju svoj sjaj u zraku.
Većina metala, kada se zagrije sa sumpornim prahom, formira odgovarajuće sulfide:
Reakcije sa složenim supstancama. Jedinjenja svih klasa reagiraju s metalima - oksidima (uključujući vodu), kiselinama, bazama i solima.
Aktivni metali burno reagiraju s vodom na sobnoj temperaturi:
2Li + 2H 2 O = 2LiOH + H 2;
Ba + 2H 2 O = Ba(OH) 2 + H 2.
Površina metala kao što su magnezij i aluminij zaštićena je gustim filmom odgovarajućeg oksida. Ovo sprječava da se reakcija odvija s vodom. Međutim, ako se ovaj film ukloni ili se njegov integritet naruši, tada ovi metali također aktivno reagiraju. Na primjer, magnezijum u prahu reagira s vrućom vodom:
Mg + 2H 2 O = 100 °C Mg(OH) 2 + H 2.
Na povišenim temperaturama sa vodom reaguju i manje aktivni metali: Zn, Fe, Mil itd. U tom slučaju nastaju odgovarajući oksidi. Na primjer, pri prolasku vodene pare preko vrućih željeznih strugotina dolazi do sljedeće reakcije:
3Fe + 4H 2 O = t Fe 3 O 4 + 4H 2.
Metali u nizu aktivnosti do vodonika reaguju sa kiselinama (osim HNO 3) da bi formirali soli i vodonik. Aktivni metali (K, Na, Ca, Mg) reagiraju s kiselim otopinama vrlo burno (velikom brzinom):
Ca + 2HCl = CaCl 2 + H 2;
2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2.
Niskoaktivni metali su često praktično netopivi u kiselinama. To je zbog stvaranja filma netopive soli na njihovoj površini. Na primjer, olovo, koje je u nizu aktivnosti prije vodonika, praktično je nerastvorljivo u razrijeđenoj sumpornoj kiselini i hlorovodonične kiseline zbog stvaranja filma nerastvorljivih soli (PbSO 4 i PbCl 2) na njegovoj površini.
Morate omogućiti JavaScript da biste glasaliMetali označavaju grupu elemenata, koji su predstavljeni u obliku najjednostavnijih supstanci. Oni imaju karakteristična svojstva, odnosno visoka električna i toplotna provodljivost, pozitivni temperaturni koeficijent otpora, visoka duktilnost i metalni sjaj.
Imajte na umu da od 118 hemijski elementi koji su do sada otkriveni treba klasifikovati kao metale:
- među grupom zemnoalkalnih metala ima 6 elemenata;
- među alkalnim metalima postoji 6 elemenata;
- među prelaznim metalima 38;
- u grupi lakih metala 11;
- Među polumetalima postoji 7 elemenata,
- 14 među lantanidima i lantanom,
- 14 u grupi aktinida i morskih anemona,
- Berilijum i magnezijum su izvan definicije.
Na osnovu toga, 96 elemenata je klasifikovano kao metali. Pogledajmo pobliže s čime metali reagiraju. Budući da većina metala ima mali broj elektrona od 1 do 3 na vanjskom elektronskom nivou, u većini svojih reakcija mogu djelovati kao redukcijski agensi (to jest, predaju svoje elektrone drugim elementima).
Reakcije sa najjednostavnijim elementima
- Osim zlata i platine, apsolutno svi metali reagiraju s kisikom. Imajte na umu da se reakcija sa srebrom odvija na visokim temperaturama, ali srebro(II) oksid se ne formira na normalnim temperaturama. Ovisno o svojstvima metala, oksidi, superoksidi i peroksidi nastaju kao rezultat reakcije s kisikom.
Evo primjera svakog hemijskog obrazovanja:
- litijum oksid – 4Li+O 2 =2Li 2 O;
- kalijum superoksid – K+O 2 =KO 2;
- natrijum peroksid – 2Na+O 2 =Na 2 O 2.
Da bi se iz peroksida dobio oksid, mora se reducirati istim metalom. Na primjer, Na 2 O 2 +2Na=2Na 2 O. Kod metala sa niskim i srednjim djelovanjem, slična reakcija će se dogoditi samo pri zagrijavanju, na primjer: 3Fe+2O 2 =Fe 3 O 4.
- Metali mogu reagovati samo sa azotom sa aktivnim metalima, međutim, na sobnoj temperaturi samo litijum može da reaguje, formirajući nitride - 6Li+N 2 = 2Li 3 N, međutim, kada se zagreje, to se dešava hemijska reakcija 2Al+N 2 =2AlN, 3Ca+N 2 =Ca 3 N 2.
- Apsolutno svi metali reaguju sa sumporom, kao i sa kiseonikom, osim zlata i platine. Imajte na umu da željezo može reagirati samo kada se zagrije sa sumporom, formirajući sulfid: Fe+S=FeS
- Samo aktivni metali mogu reagirati s vodonikom. To uključuje metale grupa IA i IIA, osim berilija. Takve reakcije se mogu dogoditi samo kada se zagriju, stvarajući hidride.
Pošto se oksidaciono stanje vodonika smatra ?1, metali u ovom slučaju deluju kao redukcioni agensi: 2Na + H 2 = 2NaH.
- Najaktivniji metali također reagiraju s ugljikom. Kao rezultat ove reakcije nastaju acetilenidi ili metanidi.
Razmotrimo koji metali reagiraju s vodom i što proizvode kao rezultat ove reakcije? Acetileni će pri reakciji s vodom dati acetilen, a metan će se dobiti kao rezultat reakcije vode sa metanidima. Evo primjera ovih reakcija:
- Acetilen – 2Na+2C= Na 2 C 2 ;
- Metan - Na 2 C 2 +2H 2 O=2NaOH+C 2 H 2.
Reakcija kiselina sa metalima
Metali također mogu različito reagirati s kiselinama. Sa svim kiselinama reaguju samo oni metali koji su u nizu elektrohemijske aktivnosti metala do vodonika.
Navedimo primjer supstitucijske reakcije koja pokazuje s čime metali reagiraju. Na drugi način, ova reakcija se naziva redoks: Mg+2HCl=MgCl 2 +H 2 ^.
Neke kiseline također mogu stupiti u interakciju s metalima koji dolaze nakon vodonika: Cu+2H 2 SO 4 =CuSO 4 +SO 2 ^+2H 2 O.
Imajte na umu da takva razrijeđena kiselina može reagirati s metalom prema klasičnoj prikazanoj shemi: Mg + H 2 SO 4 = MgSO 4 + H 2 ^.
