). L.p.vanova, a Novinsky középiskola kémia tanára (Asztrahán régió) A fématomok szerkezete

A 8. osztályos kémia tantárgyból már tudja, a legtöbb kémiai elem a fémek közé tartozik (24. és 25. ábra).

D. I. Mengyelejev periódusos rendszerében minden periódus, kivéve az elsőt (két nemfémes elemet tartalmaz - hidrogént és héliumot), egy aktív kémiai elemmel kezdődik - fémmel. Ezek az elemek alkotják az I. csoport fő alcsoportját (IA csoport), és alkálifémeknek nevezzük. Nevüket a megfelelő hidroxidok nevéről kapták, amelyek vízben jól oldódnak - lúgok.

Rizs. 24.
A kémiai elemek-fémek helyzete D. I. Mengyelejev periódusos rendszerében (rövid periódusú változat)

Az alkálifém atomok külső energiaszinten csak egy elektront tartalmaznak, amelyet kémiai kölcsönhatások során könnyen leadnak, ezért a legerősebb redukálószerek. Nyilvánvaló, hogy az atom sugarának növekedésével összhangban az alkálifémek redukáló tulajdonságai lítiumról franciumba nőnek.

Rizs. 25.
A kémiai elemek-fémek helyzete D. I. Mengyelejev periódusos rendszerében (hosszú periódusú változat)

Az alkálifémek után a II. csoport fő alcsoportját (IIA csoport) alkotó elemek szintén erős redukáló képességű fémek (atomjaik külső szinten két elektront tartalmaznak). Ezen fémek közül a kalciumot, a stronciumot és a báriumot alkáliföldfémeknek nevezzük. Ezek a fémek azért kaptak ilyen nevet, mert oxidjaik, amelyeket az ókorban „földeknek” neveztek Oroszországban, vízben oldva lúgokat képeznek.

A fémek közé tartoznak a III. csoport fő alcsoportjának (IIIA csoport) kémiai elemei is, kivéve a bórt.

A következő csoportok fő alcsoportjainak elemei közül a fémek a következők: az IVA csoportban - germánium *, ón, ólom (az első két elem a szén és a szilícium - nem fémek), a VA csoportban - az antimon és a bizmut ( az első három elem nem fém), a VIA csoportban csak az utolsó elem - a polónium - hangsúlyos fém. A VIIA és VIIIA csoportok fő alcsoportjaiban minden elem tipikus nemfém.

* A germánium bizonyos nem fémes tulajdonságokkal is rendelkezik, és közbenső helyet foglal el a fémek és a nemfémek között.

Ami a másodlagos alcsoportok elemeit illeti, ezek mind fémek.

Így a fémelemek és a nemfémes elemek közötti feltételes határ a B (bór) - Si (szilícium) - As (arzén) - Te (tellúrium) - At (asztatin) átló mentén fut (követje nyomon D. I. Mengyelejev táblázatában). ).

A fématomok viszonylag nagy dimenziójúak (sugaruk), ezért külső elektronjaik távol vannak az atommagtól, és gyengén kötődnek hozzá. A második jellemző, amely a legaktívabb fémek atomjaiban rejlik, az 1-3 elektron jelenléte a külső energiaszinten. Ebből következik az összes fém legjellemzőbb kémiai tulajdonsága - redukáló képességük, vagyis az atomok azon képessége, hogy könnyen feladják a külső elektronokat, pozitív ionokká alakulva. A fémek - szabad atomok és egyszerű anyagok - nem lehetnek oxidálószerek, vagyis a fématomok nem tudnak elektronokat kötni magukhoz.

Ugyanakkor szem előtt kell tartani, hogy a kémiai elemek fémekre és nemfémekre való felosztása feltételes. Emlékezzünk például az ón allotróp módosulatainak tulajdonságaira: a szürke ón vagy α-ón nem fém, a fehér ón vagy β-ón pedig fém. Egy másik példa a szénmódosítások: a gyémánt nem fém, míg a grafit rendelkezik a fém néhány jellemző tulajdonságával, például az elektromos vezetőképességgel. A króm, a cink és az alumínium tipikus fémek, de amfoter oxidokat és hidroxidokat képeznek. Ezzel szemben a tellúr és a jód tipikus nemfémek, de az általuk képződött egyszerű anyagok a fémekben rejlő tulajdonságokkal rendelkeznek.

I. rész

1. A fémek helyzete (M) D. I. Mengyelejev periódusos rendszerében.

Feltételes átló B-től At-ig az A csoport elemein keresztül: IV → V → VI. Az átlón és fölötte nemfémek, alatta pedig fémek.
A csoportok csak M-ből állnak. Összesen a 110 elemből 88 elem tartozik a fémek közé.
Az IA csoport alkálifémek.
A IIA csoport alkáliföldfémek.

2. M atom szerkezeti jellemzői:

1) az e szám az atom külső rétegében 1-3;
2) R atomok - nagy méretek.

3. Az elemek M-re és HM-re való felosztásának relativitáselmélete (adjon példákat):

1) szürke ón - NM, fehér ón - M.
2) grafit - NM, de elektromosan vezető.
3) Cr, Zn, Al - M, de amfoter.

4. A fém kémiai kötés az kommunikáció fémekben és ötvözetekben az atom-ionok között szocializált pl.

A fémes kötés kialakításának általános sémája:

5. Töltse ki a "Fémek szerkezete és tulajdonságai" táblázatot!

6. Írja le azokat a jeleket, amelyek alapján meg tudja különböztetni az elkészített tányérokat:

a) alumíniumból és rézből - szín, sűrűség, elektromos és hővezető képesség
b) ólomból és alumíniumból - szín, sűrűség, olvadáspont
c) ezüstből és grafitból - szín, forma, elektromos vezetőképesség.

7. A képek felhasználásával töltse ki a hiányosságokat, hogy megkapja a sorrendet: a fém(ek) neve, tulajdonságai (o), felhasználási terület(ek).

a) öntöttvas akkumulátor - öntöttvas, hővezető képesség, szilárdság, kopásállóság. A gazdaságban, a mindennapokban, a kohászatban.
b) alufólia - alumínium, könnyen hengerelhető, plaszticitás, magas elektromos és hővezető képesség, korrózióállóság. Az élelmiszeriparban az ötvözetek gyártása.
c) acél gombok és iratkapcsok - acél, "puha" acél, rugalmas, könnyen hajlítható, nem rozsdásodik, erős és kemény. A nemzetgazdaság minden ágazatában.
d) fém hordozó - vas (acél), tartós, szilárd, környezeti hatásoknak nem kitett. A nemzetgazdaság minden ágazatában.
e) kupolák - arany, inert, megjelenés. Építőiparban használják - hengerlésben, ékszerekben.
f) hőmérő - higany (folyékony fém), melegítés hatására kitágul, orvosi hőmérőkben. Ötvözetek beszerzése aranybányászathoz. Lámpák.

8. Töltse ki a "Fémek osztályozása" táblázatot.

9. Az ötvözet az homogén fémes anyag, amely két vagy több kémiai elem keverékéből áll, túlnyomórészt fémkomponensekkel.

10. Vasötvözetek:

11. Töltse ki az „Övözetek és alkotóelemeik” táblázatot.

12. Írja alá azoknak az ötvözeteknek a nevét, amelyekből az ábrákon látható tárgyak elkészíthetők!

a) acél
b) réz-nikkel
c) duralumínium
d) bronz
e) bronz
e) öntöttvas

rész II

1. Fématomok, amelyek a külső rétegben:

a) 5e - Sb (antimon), Bi (bizmut)
b) 6f - Po (polónium)

Miért?
5, illetve 6 csoportban helyezkednek el.

2. 3e-t tartalmazó fématom a külső rétegben, - bór.
Miért?
A 3-as csoportban található.

3. Töltse ki az "Az atom szerkezete és a kémiai kötés" táblázatot!

4. Távolítsa el az "extra elemet".
4) Si

5. Az alábbi elemcsoportok közül melyik tartalmaz csak fémeket?
Nincs helyes válasz

6. Milyen fizikai tulajdonságok nem jellemzőek minden fémre?
3) szilárd halmazállapotú aggregáció standard körülmények között

7. Melyik állítás igaz?
4) fématomok és fémek - az egyszerű anyagok csak redukáló tulajdonságokat mutatnak.

8. A fő alcsoportok minden eleme fém, ha a periódusos rendszerben az átló alatt található:
3) bór - asztatin

9. A periódusos rendszer fő alcsoportjában található fématom külső elektronszintjén lévő elektronok száma nem lehet egyenlő:

Bevezetés

A fémek egyszerű anyagok, amelyek normál körülmények között jellemző tulajdonságokkal rendelkeznek: nagy elektromos és hővezető képességgel rendelkeznek, képesek jól visszaverni a fényt (ez okozza ragyogásukat és átlátszatlanságukat), képesség, hogy külső erők hatására a kívánt alakot felvegyék (plaszticitás). A fémeknek van egy másik meghatározása is - ezek olyan kémiai elemek, amelyeket a külső (valencia) elektronok adományozásának képessége jellemez.

Az összes ismert kémiai elem közül körülbelül 90 fém. A legtöbb szervetlen vegyület fémvegyület.

A fémek osztályozásának többféle típusa létezik. A legvilágosabb a fémek osztályozása a kémiai elemek periodikus rendszerében elfoglalt helyük szerint - kémiai osztályozás.

Ha a periódusos rendszer „hosszú” változatában a bór és az asztatin elemeken keresztül egyenes vonalat húzunk, akkor a fémek ettől a vonaltól balra, a nemfémek pedig jobbra helyezkednek el.

Az atom szerkezete szempontjából a fémeket intranzitív és átmeneti fémekre osztják. A nem átmeneti fémek a periódusos rendszer fő alcsoportjaiban helyezkednek el, és jellemző rájuk, hogy atomjaikban az s és p elektronikus szintek szekvenciális kitöltése történik. A nem átmeneti fémek az a fő alcsoportok 22 elemét tartalmazzák: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb , Sb, Bi, Po.

Az átmeneti fémek oldalsó alcsoportokban helyezkednek el, és d - vagy f-elektronikus szintek kitöltése jellemzi őket. A d-elemek között 37 b másodlagos alcsoport fémei találhatók: Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Sc, Y, La, Ac, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo , W, Sg, Mn, Tc, Re, Bh, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Hs, Mt.

Az f-elemek közé tartozik 14 lantanida (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) és 14 aktinid (Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr).

Az átmeneti fémek közül a ritkaföldfémek (Sc, Y, La és lantanidok), a platinafémek (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt), a transzurán fémek (Np és nagyobb atomtömegű elemek) is megkülönböztethetők.

A kémiai mellett létezik a fémek, bár nem általánosan elfogadott, de régóta kialakult műszaki osztályozása. Ez nem olyan logikus, mint a kémiai - a fém egyik vagy másik, gyakorlatilag fontos tulajdonságán alapul. A vas és a rajta alapuló ötvözetek a vasfémek közé tartoznak, az összes többi fém színesfém. Vannak könnyű (Li, Be, Mg, Ti stb.) és nehézfémek (Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Hg, Sn, Pb stb.), valamint a tűzálló anyagok csoportjai ( Ti, Zr , Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Re), nemesfémek (Ag, Au, platinafémek) és radioaktív (U, Th, Np, Pu stb.) fémek. A geokémiában a szórt (Ga, Ge, Hf, Re stb.) és a ritka (Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Re stb.) fémeket is megkülönböztetik. Mint látható, nincsenek egyértelmű határok a csoportok között.

Történeti hivatkozás

Annak ellenére, hogy az emberi társadalom élete fémek nélkül lehetetlen, senki sem tudja pontosan, mikor és hogyan kezdte el először használni őket. A hozzánk eljutott legősibb írások primitív műhelyekről mesélnek, amelyekben fémet olvasztottak, és termékeket készítettek belőle. Ez azt jelenti, hogy az ember korábban sajátította el a fémeket, mint az írás. Az ókori települések feltárása során a régészek olyan munka- és vadászati ​​eszközöket találnak, amelyeket az emberek a távoli időkben használtak - késeket, fejszéket, nyílhegyeket, tűket, halas horgokat és még sok mást. Minél régebbi a települések, annál durvábbak és primitívebbek voltak az emberi kéz termékei. A legősibb fémtermékeket a mintegy 8 ezer évvel ezelőtti települések ásatásai során találták meg. Ezek főleg aranyból és ezüstből készült ékszerek és rézből készült nyílhegyek és lándzsák voltak.

A görög "metallon" szó eredetileg aknákat, bányákat jelentett, innen ered a "fém" kifejezés. Az ókorban azt hitték, hogy csak 7 fém létezik: arany, ezüst, réz, ón, ólom, vas és higany. Ez a szám korrelált az akkor ismert bolygók számával – a Nap (arany), a Hold (ezüst), a Vénusz (réz), a Jupiter (ón), a Szaturnusz (ólom), a Mars (vas), a Merkúr (higany) (lásd az ábrát). ). Az alkímiai elképzelések szerint a fémek a föld belsejében keletkeztek a bolygók sugarainak hatására, és fokozatosan javultak, és arannyá változtak.

Az ember először sajátította el a natív fémeket - aranyat, ezüstöt, higanyt. Az első mesterségesen előállított fém a réz volt, majd elsajátították a rézötvözet előállítását sózással - bronzzal és csak később - vassal. 1556-ban jelent meg Németországban G. Agricola német kohász könyve „A bányászatról és a kohászatról” – ez az első részletes útmutató a fémek megszerzéséhez, amely eljutott hozzánk. Igaz, akkoriban az ólom, az ón és a bizmut még ugyanannak a fémnek a fajtáinak számított. 1789-ben A. Lavoisier francia kémikus kémiai kézikönyvében felsorolt ​​egyszerű anyagokat, amelyek az összes akkor ismert fémet tartalmazták - antimon, ezüst, bizmut, kobalt, ón, vas, mangán, nikkel, arany, platina. , ólom, volfrám és cink. A kémiai kutatási módszerek fejlődésével az ismert fémek száma rohamosan növekedni kezdett. A 18. században 14 fémet fedeztek fel, a XIX. - 38, a XX. - 25 fém. A 19. század első felében platina műholdakat fedeztek fel, elektrolízissel alkáli- és alkáliföldfémeket nyertek. A század közepén spektrális elemzéssel fedezték fel a céziumot, a rubídiumot, a talliumot és az indiumot. A D. I. Mengyelejev által a periodikus törvénye alapján megjósolt fémek létezése (ezek a gallium, a szkandium és a germánium) fényesen beigazolódott. A radioaktivitás felfedezése a 19. század végén. radioaktív fémek felkutatásához vezetett. Végül a nukleáris átalakulások módszerével a 20. század közepén. a természetben nem létező radioaktív fémeket, különösen a transzurán elemeket kapták.

A fémek fizikai és kémiai tulajdonságai.

Minden fém szilárd halmazállapotú (kivéve a higanyt, amely normál körülmények között folyékony), egy speciális kötésben (fémes kötés) különböznek a nemfémektől. A vegyértékelektronok lazán kötődnek egy adott atomhoz, és minden fémben van egy úgynevezett elektrongáz. A legtöbb fém kristályos szerkezetű, és egy fém pozitív ionok (kationok) „merev” kristályrácsának tekinthető. Ezek az elektronok többé-kevésbé mozoghatnak a fém körül. Kompenzálják a kationok közötti taszító erőket, és így tömör testté kötik őket.

Minden fém nagy elektromos vezetőképességgel rendelkezik (azaz vezetők, ellentétben a nem dielektromos nemfémekkel), különösen a réz, ezüst, arany, higany és alumínium; a fémek hővezető képessége is magas. Sok fém megkülönböztető tulajdonsága a hajlékonyság (hajlékonyság), aminek eredményeként vékony lemezekké (fóliává) tekerhetők és huzalba húzhatók (ón, alumínium stb.), azonban vannak meglehetősen törékeny fémek is ( cink, antimon, bizmut).

Az iparban gyakran nem tiszta fémeket használnak, hanem ezek keverékeit, az úgynevezett ötvözeteket. Egy ötvözetben az egyik komponens tulajdonságai általában sikeresen kiegészítik egy másik komponens tulajdonságait. Tehát a réz alacsony keménységű, és kevéssé használható gépalkatrészek gyártásához, míg a réz-cink ötvözetek, az úgynevezett sárgaréz, már meglehetősen kemények, és széles körben használják a gépészetben. Az alumíniumnak jó a hajlékonysága és elegendő könnyűsége (alacsony sűrűségű), de túl puha. Ennek alapján ayuralumin (duralumínium) ötvözetet készítenek, amely rezet, magnéziumot és mangánt tartalmaz. A duralumínium, anélkül, hogy elveszítené alumínium tulajdonságait, nagy keménységűvé válik, ezért a repüléstechnikában használják. A vas és a szén ötvözete (és egyéb fémek adalékai) a jól ismert öntöttvas és acél.

A fémek sűrűsége nagyon eltérő: a lítium esetében ez csaknem fele a vízének (0,53 g/cm3), míg az ozmiumnál több mint húszszorosa (22,61 g/cm3). A fémek keménységükben is különböznek egymástól. A legpuhább - alkálifémek, könnyen vághatók késsel; a legkeményebb fém - króm - vágja az üveget. A fémek olvadáspontja között nagy a különbség: a higany normál körülmények között folyadék, a cézium és a gallium az emberi test hőmérsékletén megolvad, a legtűzállóbb fém, a volfrám olvadáspontja pedig 3380 °C. Azok a fémek, amelyek olvadáspontja 1000 ° C felett van, tűzálló fémek, alatta pedig olvadó fémek. Magas hőmérsékleten a fémek képesek elektronokat kibocsátani, amit az elektronikában és a termoelektromos generátorokban használnak a hőenergia elektromos energiává történő közvetlen átalakítására. A vas, a kobalt, a nikkel és a gadolínium mágneses térbe kerülése után képesek tartósan fenntartani a mágnesezettségi állapotot.

A fémek bizonyos kémiai tulajdonságokkal is rendelkeznek. A fématomok viszonylag könnyen feladják a vegyértékelektronokat, és pozitív töltésű ionokká alakulnak át. Ezért a fémek redukálószerek. Valójában ez a fő és leggyakoribb kémiai tulajdonságuk.

Nyilvánvaló, hogy a fémek redukálószerként különféle oxidálószerekkel reagálnak, amelyek között lehetnek egyszerű anyagok, savak, kevésbé aktív fémek sói és néhány más vegyület. A halogénatomokat tartalmazó fémvegyületeket halogenideknek, ként szulfidoknak, nitrogénnel nitrideknek, foszforos foszfidoknak, szénnel karbidoknak, szilícium-szilicideknek, bórboridoknak, hidrogén-hidrideknek stb. nevezik. Sok ilyen vegyület fontos alkalmazásokat talált az új technológiában. Például a fémboridokat a rádióelektronikában, valamint a nukleáris technológiában használják neutronsugárzás szabályozására és védelmére.

Tömény oxidáló savak hatására egyes fémeken stabil oxidfilm is képződik. Ezt a jelenséget passzivációnak nevezik. Tehát a tömény kénsavban az olyan fémek, mint a Be, Bi, Co, Fe, Mg és Nb, passziválódnak (és nem reagálnak vele), a koncentrált salétromsavban pedig az Al, Be, Bi, Co, Cr fémek, Fe, Nb, Ni, Pb, Th és U.

Minél balra van ebben a sorban a fémtől, annál nagyobb redukáló tulajdonságokkal rendelkezik, azaz könnyebben oxidálódik és kation formájában oldódik, de nehezebb visszanyerni a kationból a kationba. szabad állam.

Egy nemfém, a hidrogén egy feszültségsorba van helyezve, mivel ez lehetővé teszi annak meghatározását, hogy ez a fém reakcióba lép-e savakkal - nem oxidáló szerekkel vizes oldatban (pontosabban a H hidrogénkationok oxidálják). +). Például a cink reakcióba lép a sósavval, mivel a feszültségsorozatban balra (előtt) van a hidrogénnél. Ellenkezőleg, az ezüstöt a sósav nem adja át oldatba, mivel a feszültségsorban a hidrogéntől jobbra (után) van. A fémek hasonlóan viselkednek híg kénsavban. Azokat a fémeket, amelyek a hidrogén után a feszültségsorozatban vannak, nemesnek nevezzük (Ag, Pt, Au stb.).

A fémek nemkívánatos kémiai tulajdonsága az elektrokémiai korrózió, azaz a fém aktív tönkremenetele (oxidációja) vízzel érintkezve és a benne oldott oxigén hatására (oxigénkorrózió). Például a vastermékek vízben történő korróziója széles körben ismert.

Különösen korrozív lehet két különböző fém érintkezési helye - kontaktkorrózió. Egy vízbe helyezett fém, például Fe és egy másik fém, például Sn vagy Cu között galvanikus pár lép fel. Az elektronok áramlása az aktívabb fémtől, amely a feszültségsorban balra van (Fe), a kevésbé aktív fémhez (Sn, Cu) megy, és az aktívabb fém megsemmisül (korrodálódik).

Emiatt a konzervdobozok ónozott felülete (ónozott vas) nedves légkörben tárolva és hanyag kezeléskor rozsdásodik (a vas már egy kis karcolás után is gyorsan összeesik, lehetővé téve a vas érintkezését a nedvességgel). Ellenkezőleg, a vasvödör horganyzott felülete nem rozsdásodik sokáig, mert ha vannak is karcok, nem a vas korrodál, hanem a cink (a vasnál aktívabb fém).

Egy adott fém korrózióállósága növekszik, ha aktívabb fémmel vonják be, vagy ha összeolvasztják; például a vas krómmal való bevonása vagy a vas ötvözeteinek krómozása megszünteti a vas korrózióját. A krómozott vas és a krómot tartalmazó acélok (rozsdamentes acélok) magas korrózióállósággal rendelkeznek.

Általános módszerek a fémek előállítására:

Elektrometallurgia, azaz fémek előállítása olvadékok (a legaktívabb fémek esetében) vagy sóik oldatának elektrolízisével;

Pirometallurgia, azaz fémek kinyerése érceikből magas hőmérsékleten (például vas előállítása nagyolvasztó eljárással);

Hidrometallurgia, azaz fémek izolálása sóik oldatából aktívabb fémekkel (például réz előállítása CuSO4 oldatból cink, vas kiszorításával

vagy alumínium).

A természetben a fémek néha szabad formában, például természetes higanyban, ezüstben és aranyban, és gyakrabban vegyületek (fémércek) formájában találhatók meg. A legaktívabb fémek természetesen csak kötött formában vannak jelen a földkéregben.

Lítium (a görög. Lithos - kő), Li, a periódusos rendszer Ia alcsoportjának kémiai eleme; rendszám 3, atomtömeg 6,941; az alkálifémekhez tartozik.

A földkéreg lítiumtartalma 6,5-10-3 tömegszázalék. Több mint 150 ásványban találták meg, amelyek közül valójában lítium körülbelül 30. A fő ásványok a spodumen LiAl, a lepidolit KLi1.5 Al1.5(F.0H)2 és a petalit (LiNa). Ezeknek az ásványoknak az összetétele összetett, sok közülük az alumínium-szilikátok osztályába tartozik, amely igen gyakori a földkéregben. Ígéretes nyersanyagforrások a lítium előállításához a sótartalmú lerakódások sóoldatai (sóoldat) és a talajvíz. A lítiumvegyületek legnagyobb lelőhelyei Kanadában, az USA-ban, Chilében, Zimbabwéban, Brazíliában, Namíbiában és Oroszországban találhatók.

Érdekes módon a spodumen ásványi anyag a természetben nagyméretű, több tonna tömegű kristályok formájában fordul elő. Az egyesült államokbeli Etta bányában egy 16 méter hosszú és 100 tonna súlyú tű alakú kristályt találtak.

A lítiummal kapcsolatos első információk 1817-ből származnak. A svéd kémikus, A. Arfvedson az ásványi szirmanyag elemzése során egy ismeretlen lúgot fedezett fel benne. Arfvedson tanára, J. Berzelius a "lítium" nevet adta neki (a görög liteos - kő szóból), mivel a növényi hamuból nyert kálium- és nátrium-hidroxiddal ellentétben az ásványban új lúgot találtak. Lítiumnak nevezte el a fémet is, amely ennek a lúgnak az "alapja". 1818-ban G. Davy angol kémikus és fizikus LiOH-hidroxid elektrolízisével lítiumot kapott.

Tulajdonságok. A lítium ezüstös fehér fém; o.p. 180,54 °C, fp 1340 "C; az összes fém közül a legkönnyebb, sűrűsége 0,534 g/cm - ötször könnyebb, mint az alumínium, és majdnem kétszer könnyebb, mint a víz. A lítium lágy és képlékeny. A lítiumvegyületek gyönyörű kárminvörösre színezik a lángot Ezt a nagyon érzékeny módszert a lítium kimutatására szolgáló kvalitatív elemzésben használják.

A lítiumatom külső elektronrétegének konfigurációja 2s1 (s-elem). Vegyületekben +1 oxidációs állapotot mutat.

A lítium az első az elektrokémiai feszültségsorozatban, és nemcsak a savakból, hanem a vízből is kiszorítja a hidrogént. A lítium számos kémiai reakciója azonban kevésbé erőteljes, mint a többi alkálifémé.

A lítium gyakorlatilag nem lép reakcióba a levegő komponenseivel szobahőmérsékleten nedvesség hiányában. Levegőn 200 °C fölé melegítve Li2O-oxid képződik fő termékként (a Li2O2-peroxid csak nyomokban van jelen). Nedves levegőben főleg Li3N-nitridet, levegő páratartalomnál több mint 80%-ot - LiOH-hidroxidot és Li2CO3-karbonátot ad. A lítium-nitrid a fém nitrogénáramban történő hevítésével is előállítható (a lítium azon kevés elemek egyike, amelyek közvetlenül kapcsolódnak nitrogénnel): 6Li + N2 \u003d 2Li3N

A lítium könnyen ötvöződik szinte minden fémmel, és jól oldódik higanyban. Közvetlenül halogénekkel kombinálódik (jóddal - melegítéskor). 500 °C-on hidrogénnel reagál, és LiH-hidridet képez, ha kölcsönhatásba lép vízzel, LiOH-hidroxiddal, híg savakkal, lítium-sókkal és ammóniával, LiNH2-amiddal, például:

2Li + H2 = 2LiH

2Li + 2H2O = 2LiOH + H2

2Li + 2HF = 2LiF + H2

2Li + 2NH3 = 2LiNH2 + H2

LiH-hidrid - színtelen kristályok; a kémia különböző területein redukálószerként használják. Vízzel való kölcsönhatás során nagy mennyiségű hidrogén szabadul fel (1 kg LiH-ból 2820 l H2 keletkezik):

LiH + H2O = LiOH + H2

Ez lehetővé teszi a LiH hidrogénforrásként való használatát ballonok és mentőfelszerelések (felfújható csónakok, övek stb.) töltésére, valamint egyfajta „raktárként” a gyúlékony hidrogén tárolására és szállítására (jelen esetben ez a szükséges a LiH védelméhez a legkisebb nedvességnyomoktól).

A vegyes lítium-hidrideket széles körben alkalmazzák a szerves szintézisekben, például a LiAlH4 lítium-alumínium-hidrid szelektív redukálószer. LiH és A1C13 alumínium-klorid kölcsönhatásával nyerik

A LiOH-hidroxid erős bázis (lúg), vizes oldatai roncsolják az üveget, porcelánt; nikkel, ezüst és arany ellenáll neki. A LiOH-t az alkáli elemek elektrolitjának adalékaként használják, ami 2-3-szorosára növeli élettartamukat és 20%-kal növeli a kapacitást. LiOH és szerves savak (különösen sztearinsav és palmitinsav) alapján fagy- és hőálló zsírokat (litolokat) állítanak elő, amelyek megvédik a fémeket a korróziótól a -40 és +130 °C közötti hőmérséklet-tartományban.

A lítium-hidroxidot szén-dioxid-elnyelőként is használják gázálarcokban, tengeralattjárókban, repülőgépekben és űrhajókban.

Átvétel és jelentkezés. A lítium előállításának alapanyaga annak sói, amelyeket ásványi anyagokból vonnak ki. Az ásványi anyagokat az összetételtől függően H2SO4 kénsavval (savas módszer) vagy kalcium-oxiddal, CaO-val és annak karbonátjával CaCO3-mal szinterezve (lúgos módszer), kálium-szulfáttal K2SO4-mal (sós módszer), kalcium-karbonáttal és annak CaCl-kloridjával szinterelik (savas módszer). alkáli-só módszer) . A savas módszerrel Li2SO4 szulfát oldatot kapunk [ez utóbbit kalcium-hidroxid Ca (OH) 2 és szóda Na2 Co3 kezeléssel tisztítják meg a szennyeződésektől]. Az ásványok lebontásának más módszereivel képződött foltokat vízzel kimossák; ugyanakkor a lúgos módszerrel a LiOH, a sóoldattal a Li 2SO4, a lúgos-sós módszerrel pedig a LiCl-t az oldatba. Mindezek a módszerek, kivéve a lúgos kémhatást, lehetővé teszik a késztermék Li2CO3-karbonát formájában történő előállítását. amelyet közvetlenül vagy forrásként használnak más lítiumvegyületek szintéziséhez.

A fémlítiumot LiCl és kálium-klorid KCl vagy bárium-klorid BaCl2 olvadt keverékének elektrolízisével nyerik, a szennyeződésektől való további tisztítással.

Óriási az érdeklődés a lítium iránt. Ez elsősorban annak a ténynek köszönhető, hogy a trícium (egy nehéz hidrogén-nuklid) ipari előállításának forrása, amely a hidrogénbomba fő alkotóeleme és a termonukleáris reaktorok fő üzemanyaga. Termonukleáris reakció megy végbe a 6Li nuklid és a neutronok (1-es tömegszámú semleges részecskék) között; reakciótermékek - trícium 3H és hélium 4He:

63Li + 10n = 31H +42He

A kohászatban nagy mennyiségű lítiumot használnak. A 10% lítiumot tartalmazó magnéziumötvözet erősebb és könnyebb, mint maga a magnézium. Az alumínium és lítiumötvözetek - a scleron és az aeron, amelyek csak 0,1% lítiumot tartalmaznak, a könnyűség mellett nagy szilárdsággal, rugalmassággal és fokozott korrózióállósággal rendelkeznek; a repülésben használják. 0,04% lítium hozzáadása az ólom-kalcium csapágy ötvözetekhez növeli azok keménységét és csökkenti a súrlódási együtthatót.

A lítium-halogenideket és -karbonátot optikai, saválló és egyéb speciális üvegek, valamint hőálló porcelán és kerámia, különféle mázak és zománcok gyártásánál használják.

A kis lítiummorzsák kémiai égési sérüléseket okoznak a nedves bőrön és szemen. A lítium sók irritálják a bőrt. A lítium-hidroxiddal végzett munka során óvintézkedéseket kell tenni, mint a nátrium- és kálium-hidroxiddal végzett munka során.

Nátrium (arabul, natrun, görög nitron - természetes szóda, a periódusos rendszer Ia alcsoportjának kémiai eleme; atomszáma 11, atomtömege 22,98977; az alkálifémek közé tartozik. A természetben egy stabil 23 Na-nuklid formájában fordul elő.

Már az ókorban is ismertek nátriumvegyületek - konyhasó (nátrium-klorid) NaCl, maró lúg (nátrium-hidroxid) NaOH és szóda (nátrium-karbonát) Na2CO3. Az utolsó anyag, amelyet az ókori görögök "nitronnak" neveztek; innen ered a fém modern neve - "nátrium". Az Egyesült Királyságban, az USA-ban, Olaszországban és Franciaországban azonban a nátrium szót megőrzik (a spanyol "szóda" szóból, amelynek jelentése ugyanaz, mint az oroszban).

Először G. Davy angol kémikus és fizikus számolt be nátrium (és kálium) előállításáról a Royal Society 1807-es londoni ülésén. A KOH és a NaOH maró lúgjait sikerült lebontania. egy elektromos áramot, és izolálják a korábban ismeretlen, rendkívüli tulajdonságokkal rendelkező fémeket. Ezek a fémek nagyon gyorsan oxidálódtak a levegőben, és a víz felszínén lebegtek, és hidrogént bocsátottak ki belőle.

eloszlás a természetben. A nátrium az egyik legnagyobb mennyiségben előforduló elem a természetben. Tartalma a földkéregben 2,64 tömeg%. A hidroszférában oldható sók formájában körülbelül 2,9% mennyiségben található (a tengervízben a teljes sókoncentráció 3,5-3,7%). A nátrium jelenlétét a szoláris légkörben és a csillagközi térben állapították meg. A nátrium természetesen csak sók formájában található meg. A legfontosabb ásványi anyagok a halit (kősó) NaCl, mirabilit (Glauber-só) Na2SO4 *10H2O, thenardit Na2SO4, chelian-nitrát NaNO3, természetes szilikátok, pl. albit Na, nefelin Na

Oroszország rendkívül gazdag kősó-lelőhelyekben (például Solikamsk, Usolye-Sibirskoye stb.), Szibériában a trona ásványi lelőhelyekben.

Tulajdonságok. A nátrium ezüstös-fehér olvadó fém, olvadáspontja: 97,86 °C, fp 883,15 °C. Ez az egyik legkönnyebb fém - könnyebb, mint a víz, sűrűsége 0,99 g / cm3 19,7 ° C-on). A nátrium és vegyületei sárgára színezik az égő lángját. Ez a reakció annyira érzékeny, hogy mindenütt (például szoba- vagy utcai porban) a legkisebb nátriumnyomok jelenlétét is felfedi.

A nátrium az egyik legaktívabb elem a periódusos rendszerben. A nátriumatom külső elektronrétege egy elektront tartalmaz (3s1 konfiguráció, a nátrium s-elem). A nátrium könnyen leadja egyetlen vegyértékelektronját, ezért vegyületeiben mindig +1 oxidációs állapotot mutat.

A levegőben a nátrium aktívan oxidálódik, és a körülményektől függően Na2O-oxidot vagy Na2O2-peroxidot képez. Ezért a nátriumot kerozin vagy ásványolajréteg alatt tárolják. Erőteljesen reagál vízzel, kiszorítva a hidrogént:

2Na + H20 = 2NaOH + H2

Az ilyen reakció még -80 °C-os jégnél is előfordul, meleg vízzel vagy az érintkezési felületen pedig robbanással jár (nem hiába mondják: "Ha nem akarsz furcsa lenni , ne dobjon nátriumot a vízbe”).

A nátrium közvetlenül reagál minden nemfémmel: 200 °C-on elkezdi felszívni a hidrogént, és nagyon higroszkópos NaH-hidridet képez; nitrogénnel elektromos kisülésben nitrid Na3N vagy azid NaN3 keletkezik; fluor atmoszférában meggyullad; klórban hőmérsékleten ég; brómmal csak melegítés közben reagál:

2Na + H2 = 2NaH

6Na + N2=2Na3N vagy 2Na+ 3Na2=2NaN3

2Na+ C12 = 2NaCl

800-900 °C-on a nátrium szénnel egyesül, Na2C2-karbidot képezve; kénnel eldörzsölve Na2S-szulfidot és poliszulfidok keverékét (Na2S3 és Na2S4) kapjuk.

A nátrium könnyen oldódik folyékony ammóniában, a keletkező kék oldat fémes vezetőképességű, gáznemű ammóniával 300-400 °C-on vagy katalizátor jelenlétében -30 C-ra hűtve NaNH2-amidot ad.

A nátrium vegyületeket képez más fémekkel (intermetallikus vegyületek), például ezüsttel, arannyal, kadmiummal, ólommal, káliummal és másokkal. A higannyal NaHg2, NaHg4 stb. amalgámokat ad. A folyékony amalgámok, amelyek a nátriumnak a higanyba kerozin vagy ásványolaj réteg alatt történő fokozatos bevezetésével képződnek, a legnagyobb jelentőséggel bírnak.

A nátrium híg savakkal sókat képez.

Átvétel és jelentkezés. A nátrium előállításának fő módja az olvadt konyhasó elektrolízise. Ebben az esetben az anódon klór, a katódon pedig nátrium szabadul fel. Az elektrolit olvadáspontjának csökkentésére más sókat adnak a konyhasóhoz: KCl, NaF, CaCl2. Az elektrolízist membrános elektrolizátorokban végzik; az anódok grafitból, a katódok rézből vagy vasból készülnek.

A nátriumot NaOH-hidroxid-olvadék elektrolízisével, kis mennyiségben pedig a NaN3-azid lebontásával nyerhetjük.

A nátrium-fémet a tiszta fémek vegyületeikből - káliumból (KOH-ból), titánból (TiCl4-ből) stb. - redukálják. A nátrium és kálium ötvözete az atomreaktorok hűtőközege, mivel az alkálifémek rosszul abszorbeálják a neutronokat, ezért nem akadályozzák meg az uránmagok hasadása. Az élénksárga fényű nátriumgőzt az autópályák, kikötők, vasútállomások stb. megvilágítására használt gázkisüléses lámpák töltésére használják. A nátriumot a gyógyászatban alkalmazzák: a mesterségesen előállított 24Na-t a leukémia bizonyos formáinak radiológiai kezelésére használják. és diagnosztikai célokra.

A nátriumvegyületek alkalmazása sokkal kiterjedtebb.

Peroxid Na2O2 - színtelen kristályok, sárga műszaki termék. 311-400 °C-ra melegítve elkezd oxigént felszabadítani, 540 °C-on pedig gyorsan lebomlik. Erős oxidálószer, ezért szövetek és egyéb anyagok fehérítésére használják. Elnyeli a levegőben lévő CO2-t, oxigént szabadít fel és karbonátot képez 2Na2O2+2CO2=2Na2Co3+O2). Ez a tulajdonság az alapja a Na2O2 használatának zárt terek levegőregenerálására és szigetelő légzőkészülékekre (tengeralattjárók, szigetelő gázálarcok stb.).

NaOH-hidroxid; az elavult elnevezés nátronlúg, a szaknév marónátron (latin maró - maró, égő); az egyik legerősebb bázis. A műszaki termék a NaOH mellett szennyeződéseket is tartalmaz (maximum 3% Na2CO3 és legfeljebb 1,5% NaCl). Nagy mennyiségű NaOH-t használnak az alkáli elemek elektrolitjainak előállítására, papír, szappan, festékek, cellulóz előállítására, valamint olajok és olajok tisztítására.

A nátriumsók közül a kromát Na2CrO4-et használják - színezékek gyártásában, maróanyagként a szövetek festésében és cserzőszerként a bőriparban; szulfit Na2SO3 - a rögzítők és előhívók összetevője a fényképezésben; hidroszulfit NaHSO3 - szövetek, természetes szálak fehérítője, gyümölcsök, zöldségek és zöldségtakarmányok befőzésére szolgál; tioszulfát Na2S2O3 - a klór eltávolítása a szövetek fehérítése során, mint fixálószer a fényképezésben, a higanyvegyületekkel, arzénnel stb. történő mérgezés ellenszere, gyulladásgátló szer; klorát NaClO3 - oxidálószer különböző pirotechnikai készítményekben; trifoszfát Na5P3O10 - adalékanyag szintetikus mosószerekben a vízlágyításhoz.

A nátrium, a NaOH és oldatai súlyos égési sérüléseket okoznak a bőrön és a nyálkahártyán.

Megjelenésében és tulajdonságaiban a kálium hasonló a nátriumhoz, de reaktívabb. Hevesen reagál vízzel és meggyújtja a hidrogént. Levegőben ég, narancssárga CO2 szuperoxidot képezve. Szobahőmérsékleten reagál halogénekkel, mérsékelt melegítéssel - hidrogénnel, kénnel. Nedves levegőben gyorsan KOH réteggel borítja. A káliumot benzin- vagy kerozinréteg alatt tárolják.

A káliumvegyületek – a KOH-hidroxid, a KNO3-nitrát és a K2CO3-karbonát – találják a legnagyobb gyakorlati alkalmazást.

Kálium-hidroxid KOH (műszaki név - maró kálium) - fehér kristályok, amelyek a nedves levegőben szétterülnek és elnyelik a szén-dioxidot (K2CO3 és KHCO3 képződik). Vízben nagyon jól oldódik, magas exo hatással. A vizes oldat erősen lúgos.

A kálium-hidroxidot KCl-oldat elektrolízisével állítják elő (hasonlóan a NaOH előállításához). A kiindulási kálium-klorid KCl-t természetes nyersanyagokból nyerik (ásványi szilvin KCl és karnallit KMgC13 6H20). A KOH-t különféle káliumsók, folyékony szappanok, színezékek szintézisére, akkumulátorok elektrolitjaként használják.

Kálium-nitrát KNO3 (kálium-nitrát ásvány) - fehér kristályok, nagyon keserű ízű, alacsony olvadáspontú (olvadáspont = 339 ° C). Jól oldjuk fel vízben (hidrolízis hiányzik). Olvadáspont fölé hevítve kálium-nitritre KNO2 és oxigén O2-re bomlik, és erős oxidáló tulajdonságokat mutat. A kén és a szén meggyullad a KNO3 olvadékkal érintkezve, és a C + S keverék felrobban ("fekete por" égése):

2КNO3 + ЗС(szén) + S=N2 + 3CO2 + K2S

A kálium-nitrátot üveg- és ásványi műtrágyák előállításához használják.

A kálium-karbonát K2CO3 (műszaki név - hamuzsír) fehér, higroszkópos por. Vízben nagyon jól oldódik, az anionok erősen hidrolizálják, és lúgos környezetet hoz létre az oldatban. Üveg és szappangyártáshoz használják.

A K2CO3 előállítása a következő reakciókon alapul:

K2SO4 + Ca(OH)2 + 2CO = 2K(HCOO) + CaSO4

2K(HCOO) + O2 = K2C03 + H20 + CO2

A természetes nyersanyagokból (kainit KMg (SO4) Cl ZH20 és schenit K2Mg (SO4) 2 * 6H20) származó kálium-szulfátot oltott mésszel Ca (OH) 2 CO atmoszférában (15 atm nyomáson), kálium-formiáttal hevítik. K (HCOO) keletkezik, amelyet levegőáramban kalcinálnak.

A kálium létfontosságú elem a növények és állatok számára. A káliumműtrágyák káliumsók, természetes és feldolgozott termékek (KCl, K2SO4, KNO3); magas a káliumsók tartalma a növények hamujában.

A kálium a kilencedik legnagyobb mennyiségben előforduló elem a földkéregben. Csak kötött formában található meg ásványi anyagokban, tengervízben (1 literben legfeljebb 0,38 g K + ion), növényekben és élő szervezetekben (a sejtek belsejében). Az emberi szervezetben = 175 g kálium van, a napi szükséglet eléri a ~ 4 g-ot. A 40K radioaktív izotóp (az uralkodó stabil 39K izotóp keveréke) nagyon lassan bomlik (felezési ideje 1109 év), a 238U és 232Th izotópokkal együtt nagymértékben hozzájárul a

Bevezetés

A fémek egyszerű anyagok, amelyek normál körülmények között jellemző tulajdonságokkal rendelkeznek: nagy elektromos és hővezető képességgel rendelkeznek, képesek jól visszaverni a fényt (ez okozza ragyogásukat és átlátszatlanságukat), képesség, hogy külső erők hatására a kívánt alakot felvegyék (plaszticitás). A fémeknek van egy másik meghatározása is - ezek olyan kémiai elemek, amelyeket a külső (valencia) elektronok adományozásának képessége jellemez.

Az összes ismert kémiai elem közül körülbelül 90 fém. A legtöbb szervetlen vegyület fémvegyület.

A fémek osztályozásának többféle típusa létezik. A legvilágosabb a fémek osztályozása a kémiai elemek periodikus rendszerében elfoglalt helyük szerint - kémiai osztályozás.

Ha a periódusos rendszer „hosszú” változatában a bór és az asztatin elemeken keresztül egyenes vonalat húzunk, akkor a fémek ettől a vonaltól balra, a nemfémek pedig jobbra helyezkednek el.

Az atom szerkezete szempontjából a fémeket intranzitív és átmeneti fémekre osztják. A nem átmeneti fémek a periódusos rendszer fő alcsoportjaiban helyezkednek el, és jellemző rájuk, hogy atomjaikban az s és p elektronikus szintek szekvenciális kitöltése történik. Az intranszíciós fémek az a fő alcsoportok 22 elemét tartalmazzák: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Sb , Bi, Po.

Az átmeneti fémek oldalsó alcsoportokban helyezkednek el, és d - vagy f -elektronikus szintek kitöltése jellemzi őket. A d-elemek között 37 b másodlagos alcsoport fémei találhatók: Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Sc, Y, La, Ac, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo , W , Sg , Mn , Tc , Re , Bh , Fe , Co , Ni , Ru , Rh , Pd , Os , Ir , Pt , Hs , Mt .

Az f-elem 14 lantanidot (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, D y, Ho, Er, Tm, Ub, Lu) és 14 aktinidát (Th, Pa, U, Np, Pu) tartalmaz. , Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr).

Az átmeneti fémek közül a ritkaföldfémek (Sc, Y, La és lantanidok), a platinafémek (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt), a transzurán fémek (N p és nagyobb atomtömegű elemek) is megkülönböztethetők. .

A kémiai mellett létezik a fémek, bár nem általánosan elfogadott, de régóta kialakult műszaki osztályozása. Ez nem olyan logikus, mint a kémiai - a fém egyik vagy másik, gyakorlatilag fontos tulajdonságán alapul. A vas és a rajta alapuló ötvözetek a vasfémek közé tartoznak, az összes többi fém színesfém. Vannak könnyű (Li, Be, Mg, Ti stb.) és nehézfémek (Mn, F e, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Hg, Sn, Pb stb.), valamint a tűzálló anyagok csoportjai. (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, R e), nemes (Ag, Au, platinafémek) és radioaktív (U, Th, N p, Pu stb.) fémek. A geokémiában a szórt (Ga, Ge, Hf, Re stb.) és a ritka (Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Re stb.) fémeket is megkülönböztetik. Mint látható, nincsenek egyértelmű határok a csoportok között.

Történeti hivatkozás

Annak ellenére, hogy az emberi társadalom élete fémek nélkül lehetetlen, senki sem tudja pontosan, mikor és hogyan kezdte el először használni őket. A hozzánk eljutott legősibb írások primitív műhelyekről mesélnek, amelyekben fémet olvasztottak, és termékeket készítettek belőle. Ez azt jelenti, hogy az ember korábban sajátította el a fémeket, mint az írás. Az ókori települések feltárása során a régészek olyan munka- és vadászati ​​eszközöket találnak, amelyeket az emberek a távoli időkben használtak - késeket, fejszéket, nyílhegyeket, tűket, halas horgokat és még sok mást. Minél régebbi a települések, annál durvábbak és primitívebbek voltak az emberi kéz termékei. A legősibb fémtermékeket a mintegy 8 ezer évvel ezelőtti települések ásatásai során találták meg. Ezek főleg aranyból és ezüstből készült ékszerek és rézből készült nyílhegyek és lándzsák voltak.

A görög "metallon" szó eredetileg aknákat, bányákat jelentett, innen ered a "fém" kifejezés. Az ókorban azt hitték, hogy csak 7 fém létezik: arany, ezüst, réz, ón, ólom, vas és higany. Ez a szám korrelált az akkor ismert bolygók számával - a Nap (arany), a Hold (ezüst), a Vénusz (réz), a Jupiter (ón), a Szaturnusz (ólom), a Mars (vas), a Merkúr (higany) (lásd az ábrát). ) . Az alkímiai elképzelések szerint a fémek a föld belsejében születtek a bolygók sugarainak hatására, és fokozatosan javultak, arannyá változva.

Az ember először sajátította el a natív fémeket - aranyat, ezüstöt, higanyt. Az első mesterségesen előállított fém a réz volt, majd elsajátították a rézötvözet előállítását csalogány - bronz, és csak később - vas segítségével. 1556-ban jelent meg Németországban G. Agricola német kohász könyve „A bányászatról és a kohászatról” – ez az első részletes útmutató a fémek megszerzéséhez, amely eljutott hozzánk. Igaz, akkoriban az ólom, az ón és a bizmut még ugyanannak a fémnek a fajtáinak számított. 1789-ben A. Lavoisier francia kémikus kémiai kézikönyvében felsorolt ​​egyszerű anyagokat, amelyek az összes akkor ismert fémet tartalmazták - antimon, ezüst, bizmut, kobalt, ón, vas, mangán, nikkel, arany, pla - sár, ólom, volfrám és cink. A kémiai kutatási módszerek fejlődésével az ismert fémek száma rohamosan növekedni kezdett. A 18. században 14 fémet fedeztek fel, a XIX. - 38, a XX. - 25 fém. A 19. század első felében platina műholdakat fedeztek fel, elektrolízissel alkáli- és alkáliföldfémeket nyertek. A század közepén spektrális elemzéssel fedezték fel a céziumot, a rubídiumot, a talliumot és az indiumot. A D. I. Mengyelejev által a periodikus törvénye alapján megjósolt fémek létezése (ezek a gallium, a szkandium és a germánium) fényesen beigazolódott. A radioaktivitás felfedezése a 19. század végén. radioaktív fémek felkutatásához vezetett. Végül a nukleáris átalakulások módszerével a 20. század közepén. a természetben nem létező radioaktív fémeket, különösen a transzurán elemeket kapták.

A fémek fizikai és kémiai tulajdonságai.

Minden fém szilárd anyag (kivéve a higanyt, amely normál körülmények között folyékony), egy speciális kötésben (fémes kötés) különböznek a nemfémektől. A vegyértékelektronok lazán kötődnek egy adott atomhoz, és minden fémben van egy úgynevezett elektrongáz. A legtöbb fém kristályos szerkezetű, és egy fém pozitív ionok (kationok) „merev” kristályrácsának tekinthető. Ezek az elektronok többé-kevésbé mozoghatnak a fém körül. Kompenzálják a kationok közötti taszító erőket, és így tömör testté kötik őket.

Minden fém nagy elektromos vezetőképességgel rendelkezik (azaz vezetők, ellentétben a nemfémes dielektrikumokkal), különösen a réz, ezüst, arany, higany és alumínium; a fémek hővezető képessége is magas. Sok fém megkülönböztető tulajdonsága a plaszticitás (hajlékonyság), aminek eredményeként vékony lemezekké (fóliává) tekerhetők és huzalba húzhatók (ón, alumínium stb.), azonban vannak meglehetősen törékeny fémek is ( cink, antimon, bizmut).

Az iparban gyakran nem tiszta fémeket használnak, hanem ezek keverékeit, az úgynevezett ötvözeteket. Egy ötvözetben az egyik komponens tulajdonságai általában sikeresen kiegészítik egy másik komponens tulajdonságait. Tehát a réz alacsony keménységű, és kevéssé használható gépalkatrészek gyártásához, míg a réz-cink ötvözetek, az úgynevezett sárgaréz, már meglehetősen kemények, és széles körben használják a gépészetben. Az alumíniumnak jó a hajlékonysága és elegendő könnyűsége (alacsony sűrűségű), de túl puha. Ennek alapján ayuralumin (duralumínium) ötvözetet készítenek, amely rezet, magnéziumot és mangánt tartalmaz. A duralumínium, anélkül, hogy elveszítené alumínium tulajdonságait, nagy keménységűvé válik, ezért a repüléstechnikában használják. A vas és a szén ötvözete (és egyéb fémek adalékai) a jól ismert öntöttvas és acél.

A fémek sűrűsége nagyon eltérő: a lítium esetében ez csaknem fele a vízének (0,53 g / cm 3), az ozmium esetében pedig több mint 20-szor nagyobb (22,61 g / cm 3). A fémek keménységükben is különböznek egymástól. A legpuhább - alkálifémek, könnyen vághatók késsel; a legkeményebb fém - króm - vágja az üveget. A fémek olvadáspontja között nagy a különbség: a higany normál körülmények között folyadék, a cézium és a gallium az emberi test hőmérsékletén megolvad, a legtűzállóbb fém, a volfrám olvadáspontja pedig 3380 °C. Azok a fémek, amelyek olvadáspontja 1000 ° C felett van, a tűzálló fémek közé tartoznak, az alacsonyabb - az olvadó fémek. Magas hőmérsékleten a fémek képesek elektronokat kibocsátani, amit az elektronikában és a termoelektromos generátorokban használnak a hőenergia elektromos energiává történő közvetlen átalakítására. A vas, a kobalt, a nikkel és a gadolínium mágneses térbe kerülése után képesek tartósan fenntartani a mágnesezettségi állapotot.

A fémek bizonyos kémiai tulajdonságokkal is rendelkeznek. A fématomok viszonylag könnyen feladják a vegyértékelektronokat, és pozitív töltésű ionokká alakulnak át. Ezért a fémek redukálószerek. Valójában ez a fő és leggyakoribb kémiai tulajdonságuk.

Nyilvánvaló, hogy a fémek redukálószerként különféle oxidálószerekkel reagálnak, amelyek között lehetnek egyszerű anyagok, savak, kevésbé aktív fémek sói és néhány más vegyület. A halogénatomokat tartalmazó fémvegyületeket halogenideknek, ként szulfidoknak, nitrogénnel nitrideknek, foszforos foszfidoknak, szénnel karbidoknak, szilícium-szilicideknek, bórboridoknak, hidrogén-hidrideknek stb. nevezik. Sok ilyen vegyület fontos alkalmazásokat találtak az új technológiában. A fémboridokat például a rádióelektronikában, valamint a nukleáris technológiában használják a neutronsugárzás szabályozására és az ellene való védelemre.

Tömény oxidáló savak hatására egyes fémeken stabil oxidfilm is képződik. Ezt a jelenséget passzivációnak nevezik. Tehát a koncentrált kénsavban az olyan fémek, mint a Be, Bi, Co, F e, Mg és Nb passziválódnak (és nem reagálnak vele), a tömény salétromsavban pedig az Al, Be, Bi, Co, Cr fémek. , F e, Nb, Ni, Pb, Th és U.

Minél balra helyezkedik el a fém ebben a sorban, annál nagyobb redukáló tulajdonságokkal rendelkezik, azaz könnyebben oxidálódik és kation formájában oldódik, de nehezebb a kationból visszanyerni. a szabad állam.

Egy nemfémet, a hidrogént feszültségsorozatba helyezzük, mivel ez lehetővé teszi annak meghatározását, hogy ez a fém reagál-e savakkal - nem oxidálószerekkel vizes oldatban (pontosabban H + hidrogénkationokkal oxidálódik). Például a cink reakcióba lép a sósavval, mivel a feszültségsorozatban balra (előtt) van a hidrogénnél. Ellenkezőleg, az ezüstöt a sósav nem adja át oldatba, mivel a feszültségsorban a hidrogéntől jobbra (után) van. A fémek hasonlóan viselkednek híg kénsavban. Azokat a fémeket, amelyek a hidrogén után a feszültségsorozatban vannak, nemesnek nevezzük (Ag, Pt, Au stb.).

időszakos rendszer D.I. Mengyelejev szakaszra bontva (az első kivételével) lúgosan kezdődik fémés nemesgázzal végződik. 2. elem...

B ról ről Az ismert kémiai elemek többsége egyszerű anyagokat, fémeket alkot.

A fémek közé tartozik a másodlagos (B) alcsoportok összes eleme, valamint a fő alcsoportok elemei, amelyek az átlós "berillium - asztatin" alatt helyezkednek el (1. ábra). Ezenkívül a fémek kémiai elemei lantanidok és aktinidák csoportjait alkotják.

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

A nemfém atomokhoz képest a fématomoknak b ról ről Nagyobb méretű és kevesebb külső elektron, általában 1-2. Következésképpen a fématomok külső elektronjai gyengén kötődnek az atommaghoz, a fémek könnyen leadják őket, redukáló tulajdonságokat mutatva a kémiai reakciókban.

Tekintsük a fémek egyes tulajdonságainak változásának mintázatait csoportokban és periódusokban.

IdőszakokbanVal vel A magtöltés növekedésével az atomsugár csökken. Az atommagok egyre jobban vonzzák a külső elektronokat, ezért az atomok elektronegativitása nő, a fémes tulajdonságok csökkennek. Rizs. 2.

Rizs. 2. A fémes tulajdonságok változása periódusokban

A fő alcsoportokban A fématomokban fentről lefelé az elektronrétegek száma nő, ezért az atomok sugara növekszik. Ekkor a külső elektronok gyengébbek lesznek az atommaghoz, így csökken az atomok elektronegativitása, és nőnek a fémes tulajdonságok. Rizs. 3.

Rizs. 3. A fémes tulajdonságok változása alcsoportokban

Ezek a törvényszerűségek ritka kivételektől eltekintve a másodlagos alcsoportok elemeire is jellemzőek.

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

Az elektronokat a fématomoktól az egyszerű anyagokat alkotó atomok, a nemfémek, valamint az összetett anyagok részét képező atomok vehetik fel, amelyek képesek csökkenteni oxidációs állapotukat. Például:

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

Zn 0 + 2H + 1 Cl \u003d Zn + 2 Cl 2 + H 0 2

Nem minden fémnek azonos a kémiai aktivitása. Egyes fémek normál körülmények között gyakorlatilag nem lépnek kémiai reakciókba, ezeket nemesfémeknek nevezik. A nemesfémek közé tartozik: arany, ezüst, platina, ozmium, irídium, palládium, ruténium, ródium.

A nemesfémek nagyon ritkák a természetben, és szinte mindig natív állapotban találhatók meg (4. ábra). A korrózió-oxidációval szembeni nagy ellenállás ellenére ezek a fémek még mindig oxidokat és más kémiai vegyületeket képeznek, például az ezüst-klorid és a nitrát sók mindenki számára ismertek.

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. Megtanulta, miért van sokkal több kémiai elem a fémekben, mint a nemfémekben.

Bibliográfia

1. Orzsekovszkij P.A. Kémia: 9. évfolyam: általános műveltségi tankönyv. inst. / P.A. Orzsekovszkij, L.M. Mescserjakova, M.M. Shalashova. - M.: Astrel, 2013. (§28)
2. Rudzitis G.E. Kémia: szervetlen. kémia. Szerv. kémia: tankönyv. 9 cellához. / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M.: Felvilágosodás, JSC "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, vezető. tudományos szerk. I. Leenson. - M.: Avanta +, 2003.

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

Házi feladat

1. Val 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 egy Fe 3+ ion? Válaszát reakcióegyenletekkel illusztrálja!
3. Hasonlítsa össze a nátrium és magnézium atomi sugarát, elektronegativitását és redukáló tulajdonságait.