Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn H Cu Ag Au

ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТАЛЛОВ

Свойства элементов следует рассматривать на основе строения атома и положения в периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Как уже было сказано ранее, у металлов на внешнем слое мало электронов (1, 2, 3), поэтому основным свойством их является способность отдавать электроны, заряжаться положительно, быть восстановителем.

У неметаллов на внешнем слое 4, 5, 6, 7 электронов. Им легче присоединить недостающие до 8-ми электронной конфигурации электроны. Неметаллы проявляют окислительные свойства.

При характеристике элемента следует обратить внимание на строение электронной оболочки, на принадлежность элемента к металлам или неметаллам, валентность, степень окисления. Привести примеры, характеризующие его свойства.

Металлы

Химические свойства металлов определяются строением электронной оболочки атомов.

Металлы Электронная оболочка Число ē на внешнем слое

₁₁Na 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ 1

₂₀Ca 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 2

₁₃Al 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹ 3

₂₆Fe 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s² 2

₂₅Mn 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ 4s² 2

По характеру заполнения электронной оболочки металлы относятся к s-, p- и d-элементам. Они располагаются в главных подгруппах и побочных. Первая, вторая и третья группы состоят из металлов, кроме бора. Исключение составляют металлы Sn, Pb, Bi, у которых на внешнем слое 4 и 5ē. Они проявляют восстановительные свойства благодаря большому радиусу атома:

Sn⁰ - 2ē ® Sn²⁺,

Pb⁰ - 2ē ® Pb²⁺.

Химическая активность металлов неодинакова, она отражена в электрохимическом ряду активности металлов.

Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn H Cu Ag Au

Возрастает восстановительная активность.

Металлы вступают в реакцию с неметаллами (S, О₂, Сl₂), с водой, с оксидами, гидроксидами, кислотами и солями.

По активности все металлы условно можно разделить на три группы: активные, металлы средней активности и неактивные.

АКТИВНЫЕ МЕТАЛЛЫ - металлы первой главной подгруппы, второй главной подгруппы, кроме Be и Мg, так называемые щелочные и щелочно-земельные (K, Nа, Са, Ва).

МЕТАЛЛЫ СРЕДНЕЙ АКТИВНОСТИ - это в основном металлы р- семейства, Ве, Мg, металлы d- семейства. Некоторые металлы называют пассивирующимися: Аl, Сr, Fe, так как они покрыты защитной пленкой оксидов и при нарушении этой пленки вновь покрываются защитой.

НЕАКТИВНЫЕ МЕТАЛЛЫ - это металлы d- семейства, в ряду активности они стоят после водорода, поэтому не могут вытеснять водород из воды и кислот. К ним относят: Сu, Ag, Au.

Валентность и степень окисления металлов можно определить по строению электронной оболочки. Высшую С.О. и высшую валентность определяют по положению элемента в периодической системе. Низшая валентность и низшая степень окисления также может быть определена по положению элемента в периодической системе.

Примеры. Определить валентность и степень окисления натрия, алюминия, марганца.

а) натрий - находится в 1-й группе, главной подгруппе, его валентность paвнa единице, т.е., у него 1 валентный электрон. Степень окисления равна +1.

б) алюминий - находится в 3-ей группе, его валентность равна 3, С.О. равна +3.

в) марганец – находится в 7-й группе, следовательно, его валентность равна 7 (высшая), С.О. +7, также высшая. Низшая степень окисления у d- элементов, как правило равна +2, т.к. на внешнем слое у них 2ē (у некоторых 1ē). Промежуточная степень окисления и валентность колеблется от 2-х до 7.

Таким образом, у элементов 1, 2, 3 групп, главных подгрупп постоянная валентность и постоянная степень окисления, равная номеру группы.

У металлов 4, 5, 6, 7, 8 групп главных и побочных подгрупп переменная валентность и переменная степень окисления и определять её нужно по строению электронных оболочек.

Примеры.

Электронная оболочка ₁₁Na: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Валентность 1, степень окисления +1.

Электронная оболочка алюминия: ₁₃Al 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹

Валентность 3, степень окисления +3.

Электронная оболочка марганца: ₂₅Mn 1s²2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ 4s².

Графическое изображение валентного слоя:

₂₅Mn 3d⁵ 4s² 4р;

Возбужденное состояние:

₂₅Mn* 3d⁵ 4s¹ 4р¹

Валентность: 2, 3, 4, 5, 6, 7; степень окисления: +2, +3, +4, +5, +6, +7.

а) взаимодействие металлов с неметаллами.

Реакции металлов с неметаллами являются окислительно-восстановительными, металл в них проявляет восстановительные свойства, а неметалл - окислительные. В результате таких реакций образуются соединения с ионным типом связи. Неметаллы проявляют отрицательную степень окисления. Её можно определить по положению неметалла в периодической системе элементов. Она равна 8 минус номер группы, в которой находится неметалл.

Примеры. У неметаллов 5-й группы отрицательная С.О. равна -3. У неметаллов 6-й группы -2, у неметаллов седьмой группы -1.

N⁰ + 3ē ® N^-3; S⁰ + 2ē ® S^-2; Cl⁰ + 1ē ® Cl^-1.

Примеры реакций:

2ē 4ē

Ca⁰ + Cl₂ ® CaCl₂ 4К + О₂ ® 2К₂О

2ē 6ē

Fe + S ® FeS 3Mg + N₂ ® Mg₃⁺²N₂^-3

б) взаимодействие металлов с водой.

Водой разрушаются щелочные и щелoчнo-земельные металлы, т.е. металлы первой и второй главных подгрупп кроме Ве и Mg. При этом выделяется водород.

Примеры:

2Na⁰ + Н₂О ® 2 Na⁺¹OH + Н₂⁰

Na⁰ – 1ē ® Na⁺¹2

2Н⁺ + 2ē ® Н₂⁰1

Cа + 2Н₂О ® Са(OH)₂.

Металлы средней активности покрыты защитной пленкой оксидов, и при нарушении этoй пленки идет реакция с образованием оксидов. Mg образует гидроксид магния. Некоторые металлы, как например, железо, реагируют с водой при нагревании или в присутствии кислорода.

Примеры:

2Аl⁰ + 3Н₂О ® Аl₂⁺³О₃ + 3Н₂⁰

Аl⁰ – 3ē ® Аl³⁺2

2Н⁺ + 2ē ® Н₂⁰1

Неактивные металлы: Cu, Ag, Au c водой не реагируют.

в) взаимодействие металлов с кислотами.

Металлы, стоящие в электрохимическом ряду активности до водорода, вытесняют его из кислот.

Примеры реакций:

Ca⁰ + 2H⁺¹Cl ® Ca⁺²Cl₂ + H₂⁰

Ca⁰ + 2ē ® Ca²⁺1

2Н⁺ + 2ē ® Н₂⁰1

Все реакции металлов с кислотами являются окислительно-восстановительными. Некоторые кислоты, такие как азотная в разбавленном и концентрированном состоянии и серная концентрированная, выступают как сильные окислители. Они могут окислять даже неактивные металлы. Окислителем в таких случаях является не водород, как в предыдущих уравнениях, а ион неметалла. Реакции протекают более сложно, выделяются продукты восстановления азота и серы, соли металлов с данными кислотами и вода.

Al, Cr, Mn пассивируются концентрированными серной и азотной кислотами, т.е. покрываются защитной плёнкой сложных соединений, и дальнейшее их растворение прекращается.

12 3 Следующая ⇒