ЗАНЯТТЯ № 19

Тема: ЗАГАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ

Мета заняття: вивчити хімічні властивості металів – відношення до води, кислот, лугів, солей. Пов’язати хімічну активність металів у водних розчинах з величинами їх стандартних електродних потенціалів.

ПИТАННЯ ДЛЯ ПІДГОТОВКИ

1. Розташування металів у періодичній системі.

2. Загальні фізичні властивості металів.

3. Основні хімічні властивості металів.

4. Загальні способи добування металів

5. Використання металів у техніці.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Серед елементів періодичної системи переважаюча більшість – метали. Це s – метали (І, ІІ групи, головні підгрупи, крім Гідрогену і Гелію), d-, f – метали (побічні підгрупи всіх груп періодичної системи) та р – метали (лівий нижній кут р -елементів від діагоналі «бор-астат»).

Характерною особливістю електронної будови атомів металів є невелике число електронів на зовнішньому енергетичному рівні атомів. Тому вони легко втрачають ці електрони при хімічних реакціях, проявляючи тільки відновні властивості. Це визначальна особливість металів. Атом металу перетворюється при цьому в додатньо заряджений іон:

.

Відновна здатність металів при реакціях у водних розчинах визначається місцем металу в ряду напруг, де метали розташовані у порядку зростання їх стандартних електродних потенціалів (, В; додаток 4). Більш активним є той метал, стандартний потенціал якого менший. Стандартний потенціал системи прийнято рівним нулю. Метал, який розміщений ближче до початку ряду напруг і має менше значення стандартного потенціалу, є активнішим від тих членів ряду, що стоять за ним, і може витісняти їх з водних розчинів солей:

;

.

Потенціал витіснення водню з води (рН = 7) становить
–0, 41 В. Отже, водень з води можуть витісняти ті метали, потенціал яких менший, ніж –0, 41В. Це метали від початку ряду напруг до заліза включно (). Наприклад:

.

Проте, метали від алюмінію по хром (включно) захищаються щільною нерозчинною оксидною плівкою і реакція практично не йде.

У кислотах-неокисниках (, (розбавлена), ) окисником є іон :

, .

Тому метали, потенціал яких менший, ніж 0 вольт, можуть витіснити водень з цих кислот:

;

.

Виняток – свинець, який не витісняє водню з кислот через перенапругу виділення водню на свинці і через нерозчинність солей. Олово виділяє водень лише з концентрованої хлоридної кислоти:

.

В оцтовій кислоті-неокиснику свинець розчиняється за рахунок окиснення його не іоном кислоти, а киснем, що є у розчині, з подальшим утворенням розчинного оцтовокислого свинцю . Водень при цьому не виділяється:

Кислоти-окисники: (концентрована) та (будь-якої концентрації) окиснюють аніоном (, ), тому при їх взаємодії з металами водень не виділяється. Такі кислоти розчиняють і ті метали, що стоять після водню в ряду напруг (). При цьому ступінь окиснення окисників , змінюється тим сильніше, чим активніший метал, вища температура і менша концентрація кислоти.

Для сульфатної кислоти:

Для нітратної кислоти:

Наприклад:

При високій концентрації сульфатної та нітратної кислот поверхня заліза, хрому пасивується і взаємодія без нагрівання практично не відбувається. Взаємодія металів з кислотами приведена в додатку 5.

Суміш нітратної і хлоридної кислот («царська горілка») окиснює всі метали, крім компактних осмію, родію та іридію:

;

.

З лугами взаємодіють метали, що мають амфотерні оксиди і гідроксиди (, , , , ). При цьому водень виділяється, якщо метал достатньо активний:

;

натрій берилат

.

натрій станнат

Якщо ж метал неактивний, то для його розчинення в розчині лугу необхідна присутність сильного окисника, водень при цьому не виділяється:

.