Үлгэрүүд

Олон тооны металлын катионуудын исэлдүүлэх шинж чанар нэмэгддэг. Идэвхтэй металлууд. Төмөр ба түүний нэгдлүүд

Хэрэв стандарт электродын потенциалын бүх цувралаас бид зөвхөн ерөнхий тэгшитгэлд тохирох электродын процессуудыг сонгоно

Дараа нь бид хэд хэдэн металлын хүчдэлийг авдаг. Металлуудаас гадна энэ цувралд үргэлж устөрөгч багтах бөгөөд энэ нь ямар металлууд устөрөгчийг хүчлийн усан уусмалаас нүүлгэн шилжүүлэх чадвартай болохыг харах боломжийг олгодог.

Хүснэгт 19. Металлын хүчдэлийн цуваа

Хамгийн чухал металлын хэд хэдэн стрессийг хүснэгтэд үзүүлэв. 19. Стрессийн цуваа дахь тодорхой металлын байрлал нь стандарт нөхцөлд усан уусмал дахь исэлдэлтийн харилцан үйлчлэлд орох чадварыг тодорхойлдог. Металлын ионууд нь исэлдүүлэгч бодис бөгөөд энгийн бодис хэлбэрийн металууд нь бууруулагч бодис юм. Түүгээр ч зогсохгүй, металл нь хүчдэлийн цуваа дотор байх тусам усан уусмал дахь исэлдүүлэгч бодис нь түүний ионууд хүчтэй байх тусам метал цувралын эхэнд ойртох тусам энгийн элементийн бууруулагч шинж чанар нь хүчтэй болно. бодис - металл.

Электродын процессын боломж

саармаг орчинд В-тэй тэнцүү байна (273-р хуудсыг үз). Идэвхтэй металлуудЦувралын эхлэл нь -0.41 В-оос хамаагүй их сөрөг хүчин чадалтай бөгөөд устөрөгчийг уснаас зайлуулдаг. Магни нь устөрөгчийг зөвхөн халуун уснаас зайлуулдаг. Магни ба кадми хоёрын хооронд байрлах металууд нь устөрөгчийг уснаас гадагшлуулдаггүй. Эдгээр металлын гадаргуу дээр оксидын хальс үүсдэг бөгөөд энэ нь хамгаалалтын нөлөөтэй байдаг.

Магни ба устөрөгчийн хооронд байрлах металууд нь хүчиллэг уусмалаас устөрөгчийг зайлуулдаг. Үүний зэрэгцээ зарим металлын гадаргуу дээр хамгаалалтын хальс үүсч, урвалыг саатуулдаг. Тиймээс хөнгөн цагаан дээрх оксидын хальс нь энэ металлыг зөвхөн усанд төдийгүй зарим хүчлийн уусмалд тогтвортой байлгадаг. Хар тугалга нь хүхрийн хүчилтэй урвалд ороход үүссэн давс нь уусдаггүй тул металлын гадаргуу дээр хамгаалалтын хальс үүсгэдэг тул хар тугалга нь хүхрийн хүчилд уусдаггүй. Металлын исэлдэлтийг гүн дарангуйлах үзэгдлийг түүний гадаргуу дээр хамгаалалтын исэл эсвэл давсны хальс байгаа тул идэвхгүй байдал гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ тохиолдолд металлын төлөвийг идэвхгүй төлөв гэж нэрлэдэг.

Металл нь давсны уусмалаас бие биенээ нүүлгэн шилжүүлэх чадвартай. Урвалын чиглэлийг хүчдэлийн цуваа дахь тэдгээрийн харьцангуй байрлалаар тодорхойлно. Ийм урвалын тодорхой тохиолдлыг авч үзэхдээ идэвхтэй металлууд устөрөгчийг зөвхөн уснаас төдийгүй аливаа усан уусмалаас зайлуулдаг гэдгийг санах нь зүйтэй. Тиймээс, тэдгээрийн давсны уусмалаас металуудыг харилцан нүүлгэн шилжүүлэх нь зөвхөн магнийн дараа цувралд байрлах металлын хувьд л тохиолддог.

Бекетов анх удаа металыг нэгдлээсээ бусад металлаар нүүлгэн шилжүүлэх талаар нарийвчлан судалжээ. Тэрээр ажлынхаа үр дүнд металуудыг химийн идэвхжилийн дагуу нүүлгэн шилжүүлэх цуваа болгон зохион байгуулсан нь металлын хүчдэлийн цувралын загвар юм.

Стрессийн цуваа болон үелэх систем дэх зарим металлын харьцангуй байрлал нь эхлээд харахад бие биетэйгээ тохирохгүй байна. Жишээлбэл, үечилсэн хүснэгтийн байрлалын дагуу калийн химийн идэвхжил нь натри, натри нь литийнхээс их байх ёстой. Цуврал хүчдэлийн хувьд лити нь хамгийн идэвхтэй бөгөөд кали нь литийн натри хоёрын дунд байр суурийг эзэлдэг. Цайр ба зэс нь үечилсэн хүснэгт дэх байр сууриараа ойролцоогоор ижил химийн идэвхжилтэй байх ёстой боловч хүчдэлийн цувралд цайр зэсээс хамаагүй эрт байрладаг. Энэ төрлийн зөрчилдөөний шалтгаан нь дараах байдалтай байна.

Тогтмол хүснэгтэд нэг буюу өөр байр суурийг эзэлдэг металуудыг харьцуулахдаа чөлөөт атомуудын иончлох энергийг тэдгээрийн химийн идэвхжил буюу бууруулах чадварыг хэмждэг. Үнэн хэрэгтээ, жишээлбэл, I бүлгийн үндсэн дэд бүлгийн дагуу дээрээс доошоо шилжих үед тогтмол хүснэгтатомын иончлолын энерги буурдаг бөгөөд энэ нь тэдгээрийн радиус ихсэх (өөрөөр хэлбэл, цөмөөс гаднах электронуудын зай ихсэх) болон цөмийн эерэг цэнэгийг завсрын электрон давхаргуудаар скрининг ихэсгэхтэй холбоотой юм (§ 31-ийг үз). . Тиймээс калийн атомууд нь натрийн атомуудаас илүү химийн идэвхжилтэй байдаг - тэдгээр нь илүү хүчтэй бууруулагч шинж чанартай байдаг ба натрийн атомууд нь литийн атомуудаас илүү идэвхтэй байдаг.

Металлуудыг хэд хэдэн хүчдэлээр харьцуулахдаа хатуу төлөвт байгаа металыг усан уусмал дахь гидрат ион болгон хувиргах ажлыг химийн идэвхжлийн хэмжүүр болгон авдаг. Энэ ажлыг атомчлах энерги - металлын талстыг тусгаарлагдсан атом болгон хувиргах, чөлөөт металлын атомуудын иончлох энерги, үүссэн ионуудын усжилтын энерги гэсэн гурван нэр томъёоны нийлбэрээр илэрхийлж болно. Атомжуулалтын энерги нь тухайн металлын болор торны хүчийг тодорхойлдог. Атомын иончлолын энерги - тэдгээрээс валентийн электроныг зайлуулах нь үелэх систем дэх металлын байрлалаар шууд тодорхойлогддог. Усжилтын үед ялгарах энерги нь ионы электрон бүтэц, түүний цэнэг, радиусаас хамаарна.

Ижил цэнэгтэй боловч өөр радиустай литийн болон калийн ионууд нь эргэн тойронд тэгш бус цахилгаан орон үүсгэх болно. Жижиг литийн ионуудын ойролцоо үүссэн талбай нь том калийн ионуудын ойролцоох талбайгаас илүү хүчтэй байх болно. Эндээс харахад литийн ионууд нь калийн ионуудаас илүү их энерги ялгаруулж чийгшүүлнэ.

Ийнхүү авч үзэж буй хувиргалт хийх явцад энерги нь атомчлах, иончлоход зарцуулагдаж, усжилтын үед энерги ялгардаг. Нийт эрчим хүчний хэрэглээ бага байх тусам бүх үйл явц хялбар байх ба стрессийн цувааны эхэнд ойртох тусам өгөгдсөн металл байрлана. Гэхдээ энергийн ерөнхий балансын гурван нөхцлөөс зөвхөн нэг нь буюу иончлолын энерги нь үелэх систем дэх металлын байрлалаар шууд тодорхойлогддог. Иймээс стрессийн цуваа дахь зарим металлын харьцангуй байрлал нь тэдгээрийн үелэх систем дэх байрлалтай үргэлж тохирно гэж хүлээх шалтгаан байхгүй. Тиймээс литийн хувьд нийт эрчим хүчний хэрэглээ нь калийнхаас бага болж хувирдаг бөгөөд үүний дагуу лити нь хүчдэлийн цувралд калиас өмнө ирдэг.

Зэс, цайрын хувьд чөлөөт атомыг ионжуулахад зарцуулсан энергийн зарцуулалт ба ионы гидратжуулалтын үеийн энергийн өсөлт ойролцоо байна. Гэхдээ металл зэс нь цайраас илүү хүчтэй болор тор үүсгэдэг нь эдгээр металлын хайлах температурын харьцуулалтаас харж болно: цайр хайлж, харин зэс зөвхөн . Тиймээс эдгээр металлыг атомжуулахад зарцуулсан энерги нь мэдэгдэхүйц ялгаатай бөгөөд үүний үр дүнд нийт эрчим хүчний зардалУчир нь зэсийн хувьд бүх үйл явц нь цайрынхаас хамаагүй их байдаг нь эдгээр металлын цуврал стресс дэх харьцангуй байрлалыг тайлбарладаг.

Уснаас усан бус уусгагч руу шилжих үед хүчдэлийн цуваа дахь металлын харьцангуй байрлал өөрчлөгдөж болно. Үүний шалтгаан нь нэг уусгагчаас нөгөөд шилжихэд янз бүрийн металлын ионуудын уусмалын энерги өөр өөр өөрчлөгддөг.

Ялангуяа зэсийн ион нь зарим органик уусгагчид маш хүчтэй уусдаг; Энэ нь ийм уусгагч дахь зэс нь устөрөгчийн өмнөх хүчдэлийн цуваанд байрлаж, хүчиллэг уусмалаас нүүлгэн шилжүүлэхэд хүргэдэг.

Тиймээс элементүүдийн үечилсэн системээс ялгаатай нь металлын стрессийн цуваа нь тусгал биш юм ерөнхий хэв маяг, үүний үндсэн дээр металлын химийн шинж чанарын иж бүрэн шинж чанарыг өгөх боломжтой. Цуврал хүчдэл нь зөвхөн хатуу тогтоосон нөхцөлд "металл-металл ион"-ын цахилгаан химийн системийн исэлдүүлэх чадварыг тодорхойлдог: үүнд өгөгдсөн утгууд нь усан уусмал, температур, металлын ионуудын нэгжийн концентрацийг (идэвхтэй) илэрхийлдэг.

Li, K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Cr, Fe, Pb, Х 2 , Cu, Ag, Hg, Au

Металл нь стандарт электродын потенциалын цувралд байх тусам хамгийн хүчтэй бууруулагч нь литийн метал, алт нь хамгийн сул, харин эсрэгээрээ алт (III) ион нь хамгийн хүчтэй исэлдүүлэгч юм; агент, лити (I) нь хамгийн сул .

Метал бүр нь уусмал дахь давсны дараа хүчдэлд ордог металлыг багасгах чадвартай, жишээлбэл, төмөр нь зэсийг давсны уусмалаас нь зайлуулж чаддаг. Гэсэн хэдий ч шүлтлэг ба шүлтлэг шороон металууд устай шууд урвалд орно гэдгийг санаарай.

Устөрөгчийн зүүн талд хүчдэлийн цуваа байрладаг металууд нь түүнийг шингэрүүлсэн хүчлүүдийн уусмалаас нүүлгэн шилжүүлж, тэдгээрт уусах чадвартай.

Металлын бууралтын идэвхжил нь түүний үелэх систем дэх байр суурьтай тэр бүр тохирдоггүй, учир нь металлын цуваа дахь байр суурийг тодорхойлохдоо түүний электрон өгөх чадварыг төдийгүй электроныг устгахад зарцуулсан энергийг харгалзан үздэг. металлын болор тор, түүнчлэн ионуудын усжилтад зарцуулсан энерги.

Харилцаа холбоо энгийн бодисууд

ХАМТ хүчилтөрөгч Ихэнх металлууд оксидыг үүсгэдэг - амфотер ба үндсэн:

4Li + O 2 = 2Li 2 O,

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3.

Литигээс бусад шүлтлэг металлууд нь хэт исэл үүсгэдэг.

2Na + O 2 = Na 2 O 2.

ХАМТ галоген металлууд нь гидрохалын хүчлийн давс үүсгэдэг, жишээлбэл,

Cu + Cl 2 = CuCl 2.

ХАМТ устөрөгч хамгийн идэвхтэй металлууд нь ионы гидрид үүсгэдэг - устөрөгч нь исэлдэлтийн төлөвтэй -1 байдаг давстай төстэй бодисууд.

2Na + H2 = 2NaH.

ХАМТ саарал металлууд сульфид үүсгэдэг - устөрөгчийн сульфидын хүчлийн давс:

ХАМТ азотын Зарим металлууд нь нитрид үүсгэдэг;

3Mg + N 2 = Mg 3 N 2.

ХАМТ нүүрстөрөгч карбидууд үүсдэг:

4Al + 3C = Al 3 C 4.

ХАМТ фосфор - фосфид:

3Ca + 2P = Ca 3 P 2.

Металууд бие биетэйгээ харилцан үйлчилж, үүсдэг металл хоорондын нэгдлүүд :

2Na + Sb = Na 2 Sb,

3Cu + Au = Cu 3 Au.

Металлууд нь өндөр температурт урвалд орох, үүсэхгүйгээр бие биендээ уусдаг хайлш.

Хайлш

Хайлш хоёр ба түүнээс дээш металл, түүнчлэн зөвхөн металл төлөвт хамаарах онцлог шинж чанартай металл ба металл бусаас бүрдсэн систем гэж нэрлэдэг.

Хайлшийн шинж чанар нь маш олон янз бөгөөд тэдгээрийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн шинж чанараас ялгаатай байдаг, жишээлбэл, алтыг хатууруулж, үнэт эдлэл хийхэд илүү тохиромжтой болгохын тулд түүнд мөнгө нэмж, 40% кадми, 60% висмут агуулсан хайлш ордог. хайлах цэг нь 144 ° C, өөрөөр хэлбэл түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хайлах цэгээс хамаагүй бага (Cd 321 ° C, Bi 271 ° C).

Дараах төрлийн хайлшийг авах боломжтой.

Хайлсан металлууд нь бие биентэйгээ ямар ч харьцаатай холилдож, бие биендээ тодорхойгүй хугацаагаар уусдаг, жишээлбэл, Ag-Au, Ag-Cu, Cu-Ni болон бусад. Эдгээр хайлш нь нэг төрлийн найрлагатай, химийн өндөр эсэргүүцэлтэй, цахилгаан гүйдэл дамжуулдаг;

Шулуутгагдсан металуудыг ямар ч харьцаатай хольсон боловч хөргөх үед тэдгээр нь салж, жишээлбэл, Pb-Sn, Bi-Cd, Ag-Pb болон бусад бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн бие даасан талстуудаас бүрдэх массыг олж авдаг.

Хэд хэдэн хүчдэлээс ямар мэдээлэл авч болох вэ?

Төрөл бүрийн металлын хүчдэлийг өргөн ашигладаг органик бус хими. Ялангуяа олон урвалын үр дүн, тэр ч байтугай тэдгээрийг хэрэгжүүлэх боломж нь NER дахь тодорхой металлын байрлалаас хамаардаг. Энэ асуудлыг илүү дэлгэрэнгүй авч үзье.

Металлын хүчилтэй харилцан үйлчлэл

Устөрөгчийн зүүн талд байрлах хүчдэлийн цувралд байрлах металууд нь хүчилтэй урвалд ордог - исэлддэггүй бодис. H-ийн баруун талд байрлах ERN-д байрлах металууд нь зөвхөн исэлдүүлэгч хүчлүүдтэй (ялангуяа HNO 3 ба төвлөрсөн H 2 SO 4) харилцан үйлчилдэг.

Жишээ 1. Цайр нь NER-д устөрөгчийн зүүн талд байрладаг тул бараг бүх хүчилтэй урвалд орох чадвартай.

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2

Жишээ 2. Зэс нь H-ийн баруун талд ERN-д байрладаг; Энэ металл нь "ердийн" хүчлүүдтэй (HCl, H 3 PO 4, HBr, органик хүчил) урвалд ордоггүй, харин исэлдүүлэгч хүчлүүдтэй (азотын, төвлөрсөн хүхрийн) харилцан үйлчилдэг:

Cu + 4HNO 3 (конц.) = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Cu + 2H 2 SO 4 (конц.) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Би нэг чухал зүйлд анхаарлаа хандуулахыг хүсч байна: метал исэлдүүлэгч хүчлүүдтэй харилцан үйлчлэхэд устөрөгч биш, харин бусад зарим нэгдлүүд ялгардаг. Та энэ талаар илүү ихийг уншиж болно!

Металлуудын устай харилцан үйлчлэл

Mg-ийн зүүн талд байрлах хүчдэлийн цувралд байрлах металууд өрөөний температурт аль хэдийн устай шууд урвалд орж, устөрөгчийг ялгаруулж, шүлтийн уусмал үүсгэдэг.

Жишээ 3. Натри, кали, кальци нь усанд амархан уусч шүлтийн уусмал үүсгэдэг.

2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2

2K + 2H 2 O = 2KOH + H 2

Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2

Устөрөгчөөс магни (хамааруулсан) хүртэлх хүчдэлд байрлах металууд нь зарим тохиолдолд устай харилцан үйлчилдэг боловч урвал нь тодорхой нөхцлийг шаарддаг. Жишээлбэл, хөнгөн цагаан ба магни нь металлын гадаргуугаас оксидын хальсыг арилгасны дараа л H 2 O-тэй харилцан үйлчилж эхэлдэг. Төмөр нь өрөөний температурт устай урвалд ордоггүй, харин усны ууртай урвалд ордог. Кобальт, никель, цагаан тугалга, хар тугалга нь зөвхөн өрөөний температурт төдийгүй халах үед H 2 O-тэй бараг харьцдаггүй.

ERN-ийн баруун талд байрлах металууд (мөнгө, алт, цагаан алт) нь ямар ч нөхцөлд устай урвалд ордоггүй.

Металлуудын давсны усан уусмалтай харилцан үйлчлэл

Бид дараах төрлийн хариу урвалын талаар ярих болно.

металл (*) + металлын давс (**) = металл (**) + металлын давс (*)

Энэ тохиолдолд одны тэмдэг нь металын исэлдэлтийн төлөв эсвэл валентийг заагаагүй бөгөөд 1-р метал ба 2-р металлыг ялгах боломжийг олгодог гэдгийг онцлон хэлмээр байна.

Ийм хариу үйлдэл хийхийн тулд гурван нөхцлийг нэгэн зэрэг хангасан байх ёстой.

процесст оролцож буй давсыг усанд уусгах ёстой (үүнийг уусах чадварын хүснэгтийг ашиглан хялбархан шалгаж болно);
металл (*) нь металлын зүүн талд (**) хүчдэлийн цувралд байх ёстой;
металл (*) нь устай урвалд орох ёсгүй (үүнийг мөн ESI-ээр амархан баталгаажуулдаг).

Жишээ 4. Хэд хэдэн хариу үйлдлийг харцгаая:

Zn + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu

K + Ni(NO 3) 2 ≠

Эхний урвал нь амархан хэрэгжих боломжтой, дээр дурдсан бүх нөхцөл хангагдсан: зэсийн сульфат нь усанд уусдаг, цайр нь зэсийн зүүн талд NER-д байдаг, Zn нь устай урвалд ордоггүй.

Эхний нөхцөл хангагдаагүй (зэс (II) сульфид нь усанд бараг уусдаггүй) тул хоёр дахь урвал нь боломжгүй юм. Гурав дахь урвал нь биелэх боломжгүй, учир нь хар тугалга нь төмрөөс бага идэвхтэй металл юм (ESR-ийн баруун талд байрладаг). Эцэст нь, дөрөв дэх процесс нь кали нь устай урвалд ордог тул никель хур тунадас үүсгэхгүй; үүссэн калийн гидроксид нь давсны уусмалтай урвалд орж болох боловч энэ нь огт өөр процесс юм.

Нитратуудын дулааны задралын процесс

Нитратууд бол азотын хүчлийн давс гэдгийг танд сануулъя. Бүх нитратууд халах үед задардаг боловч задралын бүтээгдэхүүний найрлага өөр өөр байж болно. Найрлага нь стрессийн цуваа дахь металлын байрлалаар тодорхойлогддог.

Магнийн зүүн талд байрлах NER-д байрлах металлын нитратууд халах үед холбогдох нитрит ба хүчилтөрөгчийг үүсгэдэг.

2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2

Mg-аас Cu хүртэлх хүчдэлийн мужид байрлах металлын нитратуудын дулааны задралын явцад металлын исэл, NO 2, хүчилтөрөгч үүсдэг.

2Cu(NO 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2

Эцэст нь, хамгийн бага идэвхтэй металлын нитратуудын задралын явцад (Зэсийн баруун талд ERN-д байрладаг) металл, азотын давхар исэл, хүчилтөрөгч үүсдэг.

Сэргээх шинж чанар- эдгээр нь гол зүйл юм Химийн шинж чанар, бүх металлын шинж чанар. Тэд янз бүрийн исэлдүүлэгч бодис, түүний дотор исэлдүүлэгч бодисуудтай харилцан үйлчлэлцэх замаар илэрдэг орчин. IN ерөнхий үзэлМеталлын исэлдүүлэгч бодисуудтай харилцан үйлчлэлийг дараах диаграмаар илэрхийлж болно.

Би + Исэлдүүлэгч бодис" Би(+X),

Энд (+X) нь Me-ийн эерэг исэлдэлтийн төлөв юм.

Металлын исэлдэлтийн жишээ.

Fe + O 2 → Fe(+3) 4Fe + 3O 2 = 2 Fe 2 O 3

Ti + I 2 → Ti(+4) Ti + 2I 2 = TiI 4

Zn + H + → Zn(+2) Zn + 2H + = Zn 2+ + H 2

Металлын үйл ажиллагааны цуврал

Металлын бууралтын шинж чанар нь бие биенээсээ ялгаатай. Металлын бууралтын шинж чанарын тоон шинж чанар болгон E электродын потенциалыг ашигладаг.

Метал илүү идэвхтэй байх тусам түүний стандарт электродын потенциал E o сөрөг байна.

Металлуудын исэлдэлтийн идэвхжил буурахад дараалан байрлуулсан нь үйл ажиллагааны цуваа үүсгэдэг.

Металлын үйл ажиллагааны цуврал

Би

Ли

На

Ал

Кр

Ни

Сн

H 2

Аг

Би z+

Ли+

K+

Ca2+

Na+

Mg 2+

Аль 3+

Mn 2+

Zn 2+

Cr 3+

Fe 2+

Ni 2+

Sn 2+

Pb 2+

H+

Cu 2+

Ag+

Au 3+

Э , Б

-3,0

-2,9

-2,87

-2,71

-2,36

-1,66

-1,18

-0,76

-0,74

-0,44

-0,25

-0,14

-0,13

+0,34

+0,80

+1,50

Илүү сөрөг Eo утгатай метал нь электродын илүү эерэг потенциалтай металлын катионыг багасгах чадвартай.

Металлыг давсны уусмалаас өөр нэг металлаар ангижруулахыг цементлэх гэж нэрлэдэг. Цементийг металлургийн технологид ашигладаг.

Ялангуяа Cd-ийг давсныхаа цайртай уусмалаас ангижруулах замаар гаргаж авдаг.

Zn + Cd 2+ = Cd + Zn 2+

3.3. 1. Хүчилтөрөгчтэй металлын харилцан үйлчлэл

Хүчилтөрөгч нь хүчтэй исэлдүүлэгч бодис юм. Энэ нь бусад металлын дийлэнх хэсгийг исэлдүүлж чаддагAuТэгээдPt . Агаарт өртсөн металууд хүчилтөрөгчтэй харьцдаг тул металлын химийг судлахдаа хүчилтөрөгчтэй металлын харилцан үйлчлэлийн онцлогийг үргэлж анхаарч үздэг.

Чийглэг агаарт агуулагдах төмөр нь зэв буюу чийгшүүлсэн төмрийн ислээр бүрхэгдсэнийг хүн бүр мэддэг. Гэхдээ хэт өндөр температурт авсаархан төлөвт байгаа олон металлууд нь гадаргуу дээрээ нимгэн хамгаалалтын хальс үүсгэдэг тул исэлдэлтэнд тэсвэртэй байдаг. Исэлдэлтийн бүтээгдэхүүний эдгээр хальс нь исэлдүүлэгч бодисыг металлтай харьцахаас сэргийлдэг. Металлын исэлдэлтээс сэргийлдэг металлын гадаргуу дээр хамгаалалтын давхарга үүсэх үзэгдлийг метал идэвхгүйжүүлэх гэж нэрлэдэг.

Температурын өсөлт нь металыг хүчилтөрөгчөөр исэлдүүлэхэд тусалдаг. Металлын идэвхжил нь нилээд буталсан төлөвт нэмэгддэг. Нунтаг хэлбэрийн ихэнх металлууд хүчилтөрөгчөөр шатдаг.

s-металлууд

Хамгийн их бууруулах үйл ажиллагааг харуулс- металл. Na, K, Rb Cs металлууд нь агаарт гал авалцдаг бөгөөд тэдгээр нь битүү саванд эсвэл керосин давхарга дор хадгалагддаг. Агаар дахь бага температурт Be ба Mg идэвхгүй болдог. Гэвч гал асаах үед Mg соронзон хальс нь харалган дөлөөр шатдаг.

МеталлIIА-дэд бүлгүүд ба Li нь хүчилтөрөгчтэй харилцан үйлчлэхэд исэл үүсгэдэг.

2Ca + O2 = 2CaO

4 Li + O 2 = 2 Li 2 O

Шүлтлэг металлаас бусадЛи, хүчилтөрөгчтэй харилцан үйлчлэхэд тэдгээр нь исэл биш, харин хэт исэл үүсгэдэгБи 2 О 2 ба хэт исэлMeO 2 .

2Na + O 2 = Na 2 O 2

K + O 2 = KO 2

p-металууд

хамаарах металлуудх- блок агаарт идэвхгүй болсон.

Хүчилтөрөгчөөр шатаах үед

IIIA дэд бүлгийн металлууд нь төрлийн исэл үүсгэдэг Би 2 Ө 3,
Sn нь исэлддэг SnO 2 , болон Pb - хүртэл PbO
Би явдаг Bi2O3.

d-металууд

Бүгдг-4-р үеийн металууд хүчилтөрөгчөөр исэлддэг. Sc, Mn, Fe нь хамгийн амархан исэлддэг. Ялангуяа зэврэлтэнд тэсвэртэй Ti, V, Cr.

Хүчилтөрөгчид шатах үед бүгдээсг

Хүчилтөрөгчид шатах үед бүгдээсг-Үеийн 4 элементээс зөвхөн сканди, титан, ванади нь Ме хамгийн их исэлдэлтийн төлөвт байгаа оксидыг үүсгэдэг, бүлгийн тоотой тэнцүү.Үлдсэн 4 d-металыг хүчилтөрөгчөөр шатаахад Ме нь завсрын боловч тогтвортой исэлдэлтийн төлөвт байгаа исэлүүдийг үүсгэдэг.

Хүчилтөрөгчийг шатаах үед 4 d-металлуудын үед үүссэн ислийн төрлүүд:

MeOхэлбэр Zn, Cu, Ni, Co. (T>1000°C-т Cu нь Cu 2 O үүсгэдэг),
Би 2 Ө 3, хэлбэр Cr, Fe болон Sc,
MeO 2 - Мн, Ти,
V нь илүү өндөр исэл үүсгэдэг - В 2 О 5 .

г-5 ба 6-р үеийн металлаас бусад Y, Ла, бусад бүх металлаас илүү исэлдэлтэнд тэсвэртэй. Хүчилтөрөгчтэй урвалд ордоггүй Au, Pt .

Хүчилтөрөгчид шатах үедг-5 ба 6-р үеийн металууд нь дүрмээр бол илүү өндөр исэл үүсгэдэг, үл хамаарах зүйлүүд нь Ag, Pd, Rh, Ru металлууд юм.

Хүчилтөрөгчийн шаталтын үед 5 ба 6-р үеийн d-металлаас үүссэн ислийн төрлүүд:

Би 2 Ө 3- Ү, Ла хэлбэр; Rh;
MeO 2- Zr, Hf; Ир:
Би 2 Ө 5- Нб, Та;
MeO 3- Мо, В
Би 2 Ө 7- Tc, Re
MeO 4 - Ос
MeO- Cd, Hg, Pd;
Би 2 О- Ag;

Металлын хүчилтэй харилцан үйлчлэл

Хүчиллэг уусмал дахь устөрөгчийн катион нь исэлдүүлэгч бодис юм. H+ катион нь үйл ажиллагааны цувралын металуудыг устөрөгч хүртэл исэлдүүлж чаддаг, өөрөөр хэлбэл сөрөг электродын потенциалтай.

Олон металл исэлдэх үед хүчиллэг усан уусмалд катион болж хувирдагБи З + .

Олон тооны хүчлүүдийн анионууд нь H + -ээс илүү хүчтэй исэлдүүлэх шинж чанартай байдаг. Ийм исэлдүүлэгч бодисууд нь анионууд болон хамгийн түгээмэл хүчил юм Х 2 SO 4 ТэгээдHNO 3 .

NO 3 - анионууд нь уусмал дахь ямар ч концентрацид исэлдүүлэх шинж чанартай байдаг боловч бууралтын бүтээгдэхүүн нь хүчлийн концентраци болон исэлдэж буй металлын шинж чанараас хамаардаг.

SO 4 2- анионууд нь зөвхөн төвлөрсөн H 2 SO 4-д исэлдүүлэх шинж чанартай байдаг.

Исэлдүүлэгч бодисыг багасгах бүтээгдэхүүн: H + , NO 3 - , SO 4 2 -

2Н + + 2е - =H 2

SO 4 2- төвлөрсөн H 2 SO 4-аас SO 4 2- + 2e - + 4 Х + = SO 2 + 2 Х 2 О

(S, H 2 S үүсэх боломжтой)

NO 3 - баяжуулсан HNO 3-аас NO 3 - + e - + 2H + = NO 2 + H 2 O
NO 3 - шингэрүүлсэн HNO 3-аас NO 3 - + 3e - +4H+=NO+2H2O

(N 2 O, N 2, NH 4 + үүсэх боломжтой)

Металл ба хүчил хоорондын урвалын жишээ

Zn + H 2 SO 4 (шингэрүүлсэн) " ZnSO 4 + H 2

8Al + 15H 2 SO 4 (k.) " 4Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 S + 12H 2 O

3Ni + 8HNO 3 (дил.) " 3Ni(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O

Cu + 4HNO 3 (k.) " Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Хүчиллэг уусмал дахь металлын исэлдэлтийн бүтээгдэхүүн

Шүлтлэг металлууд нь Me + төрлийн катион, хоёрдугаар бүлгийн s-металууд нь катион үүсгэдэгБи 2+.

Хүчилд ууссан үед p-блок металлууд нь хүснэгтэд заасан катионуудыг үүсгэдэг.

Pb ба Bi металлууд нь зөвхөн азотын хүчилд уусдаг.

Би	Ал	Га	онд	Tl	Сн	Pb	Би
Мез+	Аль 3+	Га 3+	3+ дотор	Tl+	Sn 2+	Pb 2+	Би 3+
Эо, Б	-1,68	-0,55	-0,34	-0,34	-0,14	-0,13	+0,317

Бусад 4 үеийн бүх d-металууд Cu , ионоор исэлдэж болноH+ хүчиллэг уусмалд.

4-р үеийн d-металлаар үүсгэгдсэн катионуудын төрлүүд:

Би 2+(Mn-ээс Cu хүртэлх d-металлуудыг үүсгэдэг)
Би 3+ (азотын хүчилд Sc, Ti, V, Cr, Fe үүсгэдэг).
Ти ба V нь мөн катион үүсгэдэг MeO 2+

г-5 ба 6-р үеийн элементүүд 4-р үеээс илүү исэлдэлтэнд тэсвэртэй байдагг- металлууд.

Хүчиллэг уусмалд H + исэлдүүлж болно: Y, La, Cd.

Дараахь бодисууд HNO 3-д уусч болно: Cd, Hg, Ag. Pd, Tc, Re халуун HNO 3-д уусгана.

Дараах нь халуун H 2 SO 4-д уусдаг: Ti, Zr, V, Nb, Tc, Re, Rh, Ag, Hg.

Металл: Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W нь ихэвчлэн HNO 3 + HF холимогт уусдаг.

Aqua regia-д (HNO 3 + HCl-ийн холимог) Zr, Hf, Mo, Tc, Rh, Ir, Pt, Au, Os зэрэг нь хүндрэлтэй уусдаг). Aqua regia эсвэл HNO 3 + HF-ийн холимог дахь металыг уусгах шалтгаан нь нарийн төвөгтэй нэгдлүүд үүсдэг.

Жишээ. Aqua regia дахь алтыг уусгах нь цогцолбор үүссэний улмаас боломжтой болдог.

Au + HNO 3 + 4HCl = H + NO + 2H 2 O

Металлуудын устай харилцан үйлчлэл

Усны исэлдүүлэх шинж чанар нь H(+1).

2H 2 O + 2e -" Н 2 + 2OH -

Усанд H +-ийн агууламж бага байдаг тул исэлдүүлэх шинж чанар нь бага байдаг. Металл нь усанд уусдагЭ< - 0,413 B. Число металлов, удовлетворяющих этому условию, значительно больше, чем число металлов, реально растворяющихся в воде. Причиной этого является образование на поверхности большинства металлов плотного слоя оксида, нерастворимого в воде. Если оксиды и гидроксиды металла растворимы в воде, то этого препятствия нет, поэтому щелочные и щелочноземельные металлы энергично растворяются в воде. Бүгдс- металл, бусад Be болон Mg усанд амархан уусдаг.

2 На + 2 ХӨ = Х 2 + 2 Өө -

Na устай хүчтэй урвалд орж, дулаан ялгаруулдаг. Гарсан H2 нь гал авалцаж болно.

2H 2 +O 2 =2H 2 O

Mg нь зөвхөн буцалж буй усанд уусдаг, Be нь идэвхгүй уусдаггүй ислээр исэлдэлтээс хамгаалагдсан байдаг.

P-блок металлууд нь бага хүчтэй бууруулагч бодис юмс.

р-металуудын дунд IIIA дэд бүлгийн металлын бууруулагч идэвхжил өндөр, Sn ба Pb сул бууруулагч бодис, Bi нь Eo > 0 байна.

p-металууд хэвийн нөхцөлд усанд уусдаггүй. Хамгаалалтын ислийг гадаргуугаас устай шүлтлэг уусмалд уусгахад Al, Ga, Sn исэлддэг.

d-металуудын дунд тэдгээр нь усаар исэлддэг Sc ба Mn, La, Y халах үед төмөр усны ууртай урвалд ордог.

Металлуудын шүлтийн уусмалуудтай харилцан үйлчлэл

Шүлтлэг уусмалд ус нь исэлдүүлэгч бодисоор ажилладаг..

2H 2 O + 2e - =H 2 + 2OH - Eo = - 0.826 B (рН = 14)

Усны исэлдүүлэх шинж чанар нь H + концентраци буурсантай холбоотойгоор рН нэмэгдэх тусам буурдаг. Гэсэн хэдий ч, усанд уусдаггүй зарим металлууд шүлтийн уусмалд уусдаг;жишээ нь, Al, Zn болон бусад. Ийм металлыг шүлтлэг уусмалд уусгах гол шалтгаан нь эдгээр металлын исэл ба гидроксид нь амфотер шинж чанартай бөгөөд шүлтэнд уусдаг бөгөөд исэлдүүлэгч бодис ба ангижруулагчийн хоорондох саадыг арилгадаг.

Жишээ. Al-ийн NaOH уусмалд уусгах.

2Al + 3H 2 O + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na + 3H 2

Бүх металыг исэлдэлтийн идэвхжилээс хамааран цахилгаан химийн металлын хүчдэлийн цуваа (түүн дэх металууд нь стандарт цахилгаан химийн потенциалыг нэмэгдүүлэх дарааллаар байрласан байдаг) эсвэл металлын үйл ажиллагааны цувралд нэгтгэгддэг.

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

Химийн хувьд хамгийн идэвхтэй металлууд нь устөрөгч хүртэлх үйл ажиллагааны цувралд байдаг бөгөөд метал нь зүүн талд байрлах тусам илүү идэвхтэй байдаг. Үйл ажиллагааны цувралд устөрөгчийн дараа байрлаж буй металлыг идэвхгүй гэж үзнэ.

Хөнгөн цагаан

Хөнгөн цагаан бол мөнгөлөг цагаан өнгөтэй. Үндсэн физик шинж чанархөнгөн цагаан - хөнгөн, өндөр дулаан, цахилгаан дамжуулалт. Чөлөөт төлөвт, агаарт өртөх үед хөнгөн цагаан нь Al 2 O 3 оксидын бат бөх хальсаар хучигдсан байдаг бөгөөд энэ нь түүнийг төвлөрсөн хүчлийн нөлөөнд тэсвэртэй болгодог.

Хөнгөн цагаан нь p-гэр бүлийн металлд хамаардаг. Гадаадын цахим тохиргоо эрчим хүчний түвшин– 3с 2 3х 1 . Түүний нэгдлүүдэд хөнгөн цагаан нь "+3" исэлдэлтийн төлөвийг харуулдаг.

Хөнгөн цагааныг энэ элементийн хайлсан ислийн электролизээр гаргаж авдаг.

2Al 2 O 3 = 4Al + 3O 2

Гэсэн хэдий ч бүтээгдэхүүний гарц багатай тул Na 3 ба Al 2 O 3 хольцыг электролизээр хөнгөн цагаан үйлдвэрлэх аргыг ихэвчлэн ашигладаг. Урвал нь 960С хүртэл халааж, катализатор - фторидууд (AlF 3, CaF 2 гэх мэт) байх үед үүсдэг бол хөнгөн цагаан ялгаралт катодод, хүчилтөрөгч нь анод дээр гардаг.

Хөнгөн цагаан нь оксидын хальсыг гадаргуугаас нь салгасны дараа устай харьцах чадвартай (1), энгийн бодисууд (хүчилтөрөгч, галоген, азот, хүхэр, нүүрстөрөгч) (2-6), хүчил (7) ба суурь (8) -тай харилцан үйлчилнэ.

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 (1)

2Al +3/2O 2 = Al 2 O 3 (2)

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3 (3)

2Al + N 2 = 2AlN (4)

2Al +3S = Al 2 S 3 (5)

4Al + 3C = Al 4 C 3 (6)

2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 (7)

2Al +2NaOH +3H 2 O = 2Na + 3H 2 (8)

Кальци

Чөлөөт хэлбэрээр Ca нь мөнгөлөг цагаан металл юм. Агаарт өртөхөд тэр даруй шаргал хальсаар бүрхэгдсэн бөгөөд энэ нь агаарын бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй харилцан үйлчлэлийн бүтээгдэхүүн юм. Кальци нь нэлээд хатуу металл бөгөөд нүүр төвтэй шоо хэлбэртэй болор тортой.

Гадаад энергийн түвшний цахим тохиргоо нь 4s 2 байна. Түүний нэгдлүүдэд кальци нь "+2" исэлдэлтийн төлөвийг харуулдаг.

Кальцийг хайлсан давс, ихэвчлэн хлоридын электролизээр олж авдаг.

CaCl 2 = Ca + Cl 2

Кальци нь усанд уусаж гидроксид үүсгэх, хүчтэй үндсэн шинж чанартай (1), хүчилтөрөгчтэй урвалд орох (2), исэл үүсгэх, металл бустай харилцан үйлчлэх (3-8), хүчилд уусгах (9):

Ca + H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2 (1)

2Ca + O 2 = 2CaO (2)

Ca + Br 2 = CaBr 2 (3)

3Ca + N2 = Ca3N2 (4)

2Ca + 2C = Ca 2 C 2 (5)

2Ca + 2P = Ca 3 P 2 (7)

Ca + H 2 = CaH 2 (8)

Ca + 2HCl = CaCl 2 + H 2 (9)

Төмөр ба түүний нэгдлүүд

Төмөр бол саарал металл юм. IN цэвэр хэлбэрЭнэ нь нэлээд зөөлөн, уян хатан, наалдамхай юм. Гадаад энергийн түвшний цахим тохиргоо нь 3d 6 4s 2 байна. Түүний нэгдлүүдэд төмөр нь "+2" ба "+3" исэлдэлтийн төлөвийг харуулдаг.

Металл төмөр нь усны ууртай урвалд орж, холимог исэл (II, III) Fe 3 O 4 үүсгэдэг.

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2

Агаарт төмөр амархан исэлддэг, ялангуяа чийг (зэв) байгаа тохиолдолд:

3Fe + 3O 2 + 6H 2 O = 4Fe(OH) 3

Бусад металлын нэгэн адил төмөр нь галоген (1) гэх мэт энгийн бодисуудтай урвалд орж, хүчилд уусдаг (2):

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (2)

Төмөр нь бүхэл бүтэн нэгдлүүдийн спектрийг бүрдүүлдэг, учир нь энэ нь хэд хэдэн исэлдэлтийн төлөвийг харуулдаг: төмрийн (II) гидроксид, төмөр (III) гидроксид, давс, исэл гэх мэт. Тиймээс төмрийн (II) гидроксидыг агаарт нэвтрэхгүйгээр төмрийн (II) давс дээр шүлтийн уусмалаар үйлчилж болно.

FeSO 4 + 2NaOH = Fe(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4

Төмрийн (II) гидроксид нь хүчилд уусдаг бөгөөд хүчилтөрөгчийн оролцоотойгоор төмрийн (III) гидроксид болж исэлддэг.

Төмрийн (II) давс нь бууруулагч шинж чанартай бөгөөд төмрийн (III) нэгдлүүд болж хувирдаг.

Төмрийн (III) ислийг хүчилтөрөгч дэх төмрийг шатаах замаар олж авах боломжгүй тул төмрийн сульфидыг шатаах эсвэл бусад төмрийн давсыг кальцинжуулах шаардлагатай.

4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 +8SO 2

2FeSO 4 = Fe 2 O 3 + SO 2 + 3H 2 O

Төмрийн (III) нэгдлүүд нь сул исэлдүүлэх шинж чанартай бөгөөд хүчтэй бууруулагч бодисуудтай исэлдүүлэх урвалд орох чадвартай.

2FeCl 3 + H 2 S = Fe(OH) 3 ↓ + 3NaCl

Төмөр, гангийн үйлдвэрлэл

Ган, цутгамал төмөр нь төмөр, нүүрстөрөгчийн хайлш бөгөөд ган дахь нүүрстөрөгчийн агууламж 2% хүртэл, цутгамал төмрийн агууламж 2-4% байна. Ган болон цутгамал төмөр нь хайлшлах нэмэлтүүдийг агуулдаг: ган - Cr, V, Ni, цутгамал төмөр - Si.

Онцлох Төрөл бүрийн төрөлЖишээлбэл, ганг зориулалтын дагуу бүтцийн, зэвэрдэггүй, багажийн, халуунд тэсвэртэй, криоген ган гэж хуваадаг. Химийн найрлагаар нь нүүрстөрөгч (бага, дунд, өндөр нүүрстөрөгч) ба хайлштай (бага, дунд, өндөр хайлш) гэж хуваагддаг. Бүтэцээс хамааран аустенит, феррит, мартенсит, перлит, бейнит ганг ялгадаг.

Ган нь үндэсний эдийн засгийн олон салбарт, тухайлбал барилга, хими, нефть химийн, байгаль орчныг хамгаалах, тээврийн эрчим хүч болон бусад үйлдвэрүүдэд хэрэглэгдэж байна.

Цутгамал төмрийн нүүрстөрөгчийн агууламжийн хэлбэр - цементит эсвэл бал чулуу, тэдгээрийн тоо хэмжээ зэргээс хамааран хэд хэдэн төрлийн цутгамал төмрийг ялгадаг: цагаан (цементит хэлбэрээр нүүрстөрөгч агуулагддаг тул хугарлын цайвар өнгө), саарал. (графит хэлбэрээр нүүрстөрөгч агуулагдаж байгаа тул хугарлын саарал өнгө), уян хатан, халуунд тэсвэртэй. Цутгамал төмөр нь маш хэврэг хайлш юм.

Цутгамал төмрийн хэрэглээний талбарууд нь өргөн цар хүрээтэй байдаг - уран сайхны чимэглэл (хашаа, хаалга), шүүгээний эд анги, сантехникийн төхөөрөмж, гэр ахуйн эд зүйлс (хайруулын таваг) нь цутгамал төмрөөр хийгдсэн бөгөөд үүнийг автомашины үйлдвэрлэлд ашигладаг.

Асуудлыг шийдвэрлэх жишээ

ЖИШЭЭ 1

Дасгал хийх

26.31 г жинтэй магни, хөнгөн цагааны хайлшийг давсны хүчилд уусгасан. Энэ тохиолдолд 31.024 литр өнгөгүй хий ялгарчээ. Хайлш дахь металлын массын хувийг тодорхойл.

Шийдэл

-тай хариу үйлдэл үзүүлэх давсны хүчилХоёр металл хоёулаа устөрөгч үйлдвэрлэх чадвартай:

Mg +2HCl = MgCl 2 + H 2

2Al +6HCl = 2AlCl3 + 3H2

Гаргасан устөрөгчийн нийт моль тоог олцгооё.

v(H 2) =V(H 2)/V м

v(H 2) = 31.024/22.4 = 1.385 моль

Mg бодисын хэмжээ х моль, Al нь у моль байна. Дараа нь урвалын тэгшитгэл дээр үндэслэн бид устөрөгчийн нийт молийн тооны илэрхийлэлийг бичиж болно.

x + 1.5y = 1.385

Холимог дахь металлын массыг илэрхийлье.

Дараа нь хольцын массыг тэгшитгэлээр илэрхийлнэ.

24x + 27y = 26.31