Металл не окисляется с кислородом воздуха ни при каких условиях

  • Химические свойства металлов
  • Сегодня мы с вами изучим общие химические свойства металлов.
  • В реакциях металлы проявляют восстановительные свойства, то есть они отдают электроны и превращаются в положительные ионы, сами при этом окисляются.
  • Сначала разберём реакции металлов с простыми веществами – неметаллами.
  • Например, с кислородом взаимодействуют практически все металлы, кроме золота и платины, при этом образуются оксиды.

Металл не окисляется с кислородом воздуха ни при каких условиях

Щелочные и щелочноземельные металлы при обычной температуре легко окисляются на воздухе, поэтому их обычно хранят в закрытых сосудах или под слоем масла.

Так, в реакции лития с кислородом воздуха образуется оксид лития, при этом литий повышает свою степень окисления с 0 до +1, а кислород понижает свою степень окисления с 0 до -2, литий является восстановителем, а кислород – окислителем, четыре атома лития отдают по одному электрону молекуле кислорода.

В реакции кальция с кислородом, кальций также повышает свою степень окисления с 0 до +2, а кислород понижает свою степень окисления с 0 до -2. Металл кальций выступает в роли восстановителя, а кислород – в роли окислителя, при этом два атома кальция отдают по два электрона молекуле кислорода. В результате реакции образуется оксид кальция.

Металл не окисляется с кислородом воздуха ни при каких условиях

Такие металлы, как алюминий, цинк, свинец при обычной температуре реагируют с кислородом воздуха, покрываясь тонкой плёнкой оксида, которая защищает их от дальнейшего окисления. Слой оксида, образующегося на поверхности алюминия, настолько тонок, что металл не теряет своего блеска.

Так, в реакции алюминия с кислородом, образуется оксид алюминия, алюминий повышает свою степень окисления с 0 до +3, являясь при этом восстановителем, а кислород, наоборот, понижает свою степень окисления с 0 до -2.

В этой реакции четыре атома алюминия отдают по три электрона молекуле кислорода. 

Металл не окисляется с кислородом воздуха ни при каких условиях

Многие металлы взаимодействуют с кислородом при нагревании: например, медь при нагревании на воздухе чернеет, так как покрывается плёнкой чёрного оксида меди два.

В этой реакции медь выступает в роли восстановителя и повышает свою степень окисления с 0 до +2, а кислород – окислитель, понижает свою степень окисления с 0 до -2. При этом два атома меди отдают по два электрона молекуле кислорода.

При прокаливании железа образуется железная окалина – это смешанный оксид, который состоит из оксида железа два и оксида железа три.

Железо, в данном случае, является восстановителем, оно повышает свою степень окисления с 0 до +2 и +4, значит, железо – это восстановитель, а кислород – окислитель, он понижает свою степень окисления с 0 до -2. В этой реакции три атома железа отдают восемь электронов молекуле кислорода.

Металл не окисляется с кислородом воздуха ни при каких условиях

А вот магний при поджигании на воздухе сгорает яркой вспышкой, образуя оксид магния.

Магний также является восстановителем, потому что повышает свою степень окисления с 0 до +2, а кислород понижает свою степень окисления с 0 до -2 и является окислителем. В результате реакции образуется оксид магния, а два атома магния отдают по два электрона молекуле кислорода.

Металл не окисляется с кислородом воздуха ни при каких условиях

  1. Таким образом, большинство металлов реагируют с кислородом с образованием оксидов, активные металлы вступают во взаимодействие с кислородом при обычных условиях, менее активные при нагревании, а такие, как золото или платина не реагируют с кислородом.
  2. Металлы в этих реакциях являются восстановителями и, соответственно, повышают свою степень окисления, а кислород является окислителем и понижает свою степень окисления.
  3. С серой все металлы, кроме золота, способны взаимодействовать при незначительном нагревании, образуя сульфиды:

Металл не окисляется с кислородом воздуха ни при каких условиях

В реакции натрия с серой образуется сульфид натрия, натрий повышает свою степень окисления с 0 до +2, он является восстановителем, сера является окислителем и понижает свою степень с 0 до -2.  В результате взаимодействия два атома натрия отдают по одному электрону молекуле серы.

В реакции кальция с серой образуется сульфид кальция, кальций также повышает свою степень окисления с 0 до +2, являясь при этом восстановителем, а сера понижает свою степень окисления с 0 до -2 и является окислителем, при этом, каждый атом кальция отдаёт по два электрона молекуле серы.

А в реакции железа с серой образуется сульфид железа два. Здесь также железо является восстановителем, повышает свою степень окисления с 0 до +2, а серя, являясь окислителем, понижает свою степень окисления с 0 до -2. Каждый атом железа здесь отдаёт по два электрона молекуле серы.

Металл не окисляется с кислородом воздуха ни при каких условиях

Если смешать небольшое количество порошка алюминия с порошком серы и нагреть сверху смесь пламенем лучинки, то в результате бурной реакции образуется сульфид алюминия:

Алюминий выступает в роли восстановителя и повышает свою степень окисления с 0 до +3, а сера понижает свою степень окисления с 0 до -2 и является окислителем. В этой реакции два атома алюминия отдают по три электрона молекуле серы.

Металл не окисляется с кислородом воздуха ни при каких условиях

Таким образом, с серой при определённых условиях реагируют все металлы кроме золота, в результате этого взаимодействия образуются сульфиды, в которых степень окисления серы равна мину двум. В этих реакциях металлы выступают в роли восстановителей, а сера – в роли окислителя.

C фтором, хлором, бромом и йодом  – металлы реагируют с образованием галогенидов.

Металл не окисляется с кислородом воздуха ни при каких условиях

Так, в реакции алюминия с йодом образуется йодид алюминия, а катализатором в этой реакции является вода.

В этой реакции алюминий также повышает свою степень окисления с 0 до +4, являясь при этом восстановителем, а йод  является окислителем и понижает свою степень окисления с 0 до -1. При этом два атома алюминия отдают по три электрона молекуле йода.

Таким образом, в реакциях с галогенами, металлы являются восстановителями и повышают свою степень окисления, а сами галогены являются окислителями и понижают свою степень окисления, при этом металлы окисляются, а галогены восстанавливаются. В результате этих реакций образуются галогениды.

Металлы не только реагируют с неметаллами – простыми веществами, но и вступают в реакции со сложными веществами.

Например, с водой эффективно реагируют щелочные и щелочноземельные металлы. Если натрий поместить в ёмкость с водой, в которую добавили несколько капель фенолфталеина, то он будет двигаться по поверхности воды, бурно реагируя с ней. При этом выделяется водород и образуется гидроксид натрия, окрашивающий фенолфталеин в малиновый цвет.

Металлический натрий выступает в качестве восстановителя, он повышает свою степень окисления с 0 до +1, а ионы водорода выступают в качестве окислителя и водород понижает свою степень окисления с +1 до 0. В этой реакции два атома натрия отдают по одному электрону ионам водорода.

Некоторые металлы взаимодействуют с водой при определённых условиях, например, цинк – при нагревании, железо – в раскалённом виде с парами воды. При этом образуются оксиды металлов и выделяется водород.

Так, в реакции с цинком образуется оксид цинка и водород. Цинк при этом, являясь восстановителем, повышает свою степень окисления с 0 до +2 и отдаёт по два электрона ионам водорода.

Катионы водорода выступают в роли окислителя и понижают свою степень окисления с +1 до 0.

В реакции с железом, аналогично, железо является восстановителем, повышает свою степень окисления с 0 до +2 и +3, при этом три атома железа отдают по восемь электронов ионам водорода, а ионы водорода понижают свою степень окисления с +1 до 0 и являются окислителями.

  • Если металл стоит в ряду активности после водорода, то он не вытесняет водород из воды ни при каких условиях.

Таким образом, щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с водой с образованием щелочей, при этом выделяется водород, некоторые металлы реагируют с водой только при нагревании, при этом образуются оксиды и выделяется водород,  а металлы, стоящие в ряду активности после водорода не реагируют с водой. В этих реакциях металлы выступают в роли восстановителей, а ионы водорода – в роли окислителя.

Металлы реагируют и с кислотами. Активность металлов при взаимодействии с растворами кислот зависит от положения металла в ряду активности. Металлы, стоящие в ряду активности до водорода, способны вытеснять водород из разбавленных растворов кислот.

  1. Следует учитывать и следующее металл реагирует с кислотой:
  2. ·       металл должен стоять в ряду активности до водорода
  3. ·       если образуется растворимая соль
  4. ·       концентрированная серная и азотная кислота любой концентрации иначе реагируют с металлами, при этом водород не выделяется
  5. ·       на щелочные металлы это правило не распространяется, так как они реагируют активно с водой, а речь в данном случае идёт о растворах кислот
  6. Например, в реакции магния с раствором серной кислоты, магний выступает в роли восстановителя, а ионы водорода в качестве окислителя.
Читайте также:  Кузнечные горны для ковки своими руками: виды и особенности самостоятельного изготовления в домашних условиях

При этом магний повышает свою степень окисления с 0 до +2, а водород понижает свою степень окисления с +1 до 0. Каждый атом магния отдаёт по два электрона ионам водорода.

  • Металлы, стоящие в ряду активности после водорода, к такому взаимодействию не способны:
  • Например, медь стоит в ряду активности после водорода, поэтому она не реагирует с раствором соляной кислоты.

Если налить в две пробирки растворы кислот: в первую – раствор соляной кислоты, во вторую – раствор серной кислоты, а затем поместить в каждую по грануле цинка, то в результате у нас появляются пузырьки газа и в первой, и во второй пробирке. Значит, цинк стоит в ряду активности металлов до водорода, поэтому он способен вытеснять водород из раствора кислот.

Цинк в обеих реакциях является восстановителем, он повышает свою степень окисления с 0 до +2, а водород понижает свою степень окисления с +1 до 0, при этом выступая в роли окислителя. В этих двух реакциях атом цинк отдаёт по два электрона ионам водорода.

  1. Следует помнить, что металлы, стоящие в ряду активности до водорода, реагируют с растворами кислот, но в результате этих реакций должна образоваться растворимая соль, на щелочные металлы эти правила не распространяются, концентрированная серная и азотная кислота любой концентрации иначе реагируют с металлами.
  2. Металлы реагируют с растворами солей, при этом нужно также использовать ряд активности металлов: более активный металл способен вытеснять другой металл из раствора соли, однако при этом должна образоваться растворимая соль и щелочные металлы брать нельзя, потому что они реагируют с водой, а реакции эти протекают в растворе.

Если в две пробирки налить раствора сульфата меди (II) и поместить в первую кусочек железа, а во вторую гранулу цинка, то реакция будет у нас идти в двух пробирках. На кусочке железа и грануле цинка оседает медь и раствор сульфата (II)  изменяет свою окраску: в первой пробирке – на жёлтую, во второй – с голубой на более светлую.

В этой реакции железо выступает в роли восстановителя, само при этом окисляясь. Атомы железа превращаются в ионы железа. Ионы меди выступают в роли окислителя, они восстанавливаются, превращаясь в атомы меди. В результате окислительно-восстановительной реакции электроны от атомов железа переходят к ионам меди.

  • Во второй реакции, в роли восстановителя выступает цинк, сам он окисляется,  атомы цинка превращаются в ионы цинка, ионы меди выступают в роли окислителя, ионы меди восстанавливаются и превращаются в атомы меди, электроны от атомов цинка переходят к ионам меди.
  • Следовательно, металлы реагируют и с растворами кислот, но нужно помнить, что каждый металл вытесняет из раствора соли другой металл, стоящий правее него в ряду напряжений металлов, при этом должна образоваться растворимая соль и щелочные металлы брать нельзя, так как они реагируют с водой.
  • Сделаем вывод:
  • ·       металлы реагируют с простыми веществами, такими, как:
  • ·         кислород
  • ·         сера
  • ·         галогены
  • ·        со сложными:
  • ·         вода
  • ·         кислоты
  • ·         соли

Химические свойства металлов — Гипермаркет знаний

Гипермаркет знаний>>Химия>>Химия 9 класс>> Химия: Химические свойства металлов

В химических реакциях металлы проявляют только восстановительные свойства, т. е. их атомы отдают электроны, образуя в результате положительные ионы. Окислителями при этом могут выступать неметаллы (кислород, галогены, сера и др.), катионы водорода Н+ и катионы других металлов.С кислородом воздуха легко взаимодействуют щелочные и щелочноземельные металлы:

Металл не окисляется с кислородом воздуха ни при каких условиях

Железо, цинк, медь и другие менее активные металлы энергично окисляются кислородом только при нагревании:Металл не окисляется с кислородом воздуха ни при каких условиях

Золото и платиновые металлы не окисляются кислородом воздуха ни при каких условиях.Как вы уже знаете, металлы образуют с неметаллами бинарные соединения — оксиды, хлориды, сульфиды, фосфиды и т. д., например:

  • Металл не окисляется с кислородом воздуха ни при каких условиях
  • Щелочные и щелочноземельные металлы легко реагируют с водой, восстанавливая катионы водорода до свободного водорода, и образуют при этом растворимые гидроксиды — щелочи:
  • Металл не окисляется с кислородом воздуха ни при каких условиях
  • Менее активные металлы, например железо, взаимодействуют с водой только в раскаленном виде:Металл не окисляется с кислородом воздуха ни при каких условиях

При этом, как и при горении железа, получается оксид состава Fе3O4, который представляет собой смесь двух оксидов FеО • Fе2O3. Его называют также железной окалиной.

По восстановительной способности, как вы уже знаете, металлы располагаются в ряд, который называют электрохимическим рядом напряжений:К, Са, Nа, Мg, Аl, Zn, Fе, Ni, Sn, РЬ, (Н2), Сu, Нg, Аg, АuВ этот ряд помещен и водород, который, как и металлы, способен отдавать электроны, образуя при этом положительно заряженные ионы Н+.

Как вы, очевидно, помните из курса химии 8 класса, из положения металлов в ряду напряжений вытекают два правила, характеризующие химические свойства металлов. Повторим их.

1.    Металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода, вытесняют его из растворов кислот, а стоящие правее — не вытесняют водород из растворов кислот:Металл не окисляется с кислородом воздуха ни при каких условиях

А вот медь не реагирует с хлороводородной кислотой.

Напомним, что это правило имеет ряд поправок:а)    правило соблюдается, если в реакции металла с кислотой образуется растворимая соль;б)    концентрированная серная кислота и азотная кислота любой концентрации реагирует с металлами по-особому, при этом водород не образуется;в)    на щелочные металлы правило не распространяется, так как они легко взаимодействуют с водой (а указанное правило относится к реакциям водных растворов кислот с металлами).2.    Каждый металл вытесняет из растворов солей другие металлы, находящиеся правее него в ряду напряжений, и сам может быть вытеснен металлами, расположенными левее, например:

  1. Металл не окисляется с кислородом воздуха ни при каких условиях
  2. Это правило также имеет поправки, аналогичные таковым к первому правилу, а именно — правило соблюдается при условии образования растворимой соли; правило не распространяется на щелочные металлы.

1. Восстановительные свойства металлов.

2. Взаимодействие металлов с кислородом и другими неметаллами.

3. Электрохимический ряд напряжений.

4. Правила применения электрохимического ряда напряжений при определении возможности взаимодействия металлов с растворами кислот и солей.

5. Поправки к правилам применения электрохимического ряда напряжений.

Определите число электронов, которое отдают три атома железа молекуле воды в реакции образования железной окалины.

Какой объем воздуха потребуется для сжигания 36 г магния? (Напоминаем, что объемная доля кислорода в воздухе равна 0,21.

)Какой объем водорода может быть получен при растворении в воде 120 мг кальция, если выход газа составляет 80% от теоретически возможного?Почему щелочные и щелочноземельные металлы хранят под керосином? Почему литий, в отличие от натрия и калия, хранят в вазелине?Определите коэффициенты в следующем уравнении реакции, используя метод электронного баланса:

Металл не окисляется с кислородом воздуха ни при каких условиях

Какой ион проявляет в этой реакции окислительные свойства?Можно ли получить водород при взаимодействии свинца с раствором серной кислоты?Определите коэффициенты в следующем уравнении методом электронного баланса:

  • Zn+ H2SO4(конц) -> ZnSO4 + H2S + H2O
  • Какое вещество проявляет в этой реакции восстановительные свойства?
  • аудио для урока химии, анекжоты для урока химии в 9 классе, учебные пособия

Содержание урока
конспект урока
опорный каркас презентация урока
акселеративные методы интерактивные технологии Практика
задачи и упражнения самопроверка
практикумы, тренинги, кейсы, квесты
домашние задания
дискуссионные вопросы
риторические вопросы от учеников Иллюстрации
аудио-, видеоклипы и мультимедиа
фотографии, картинки графики, таблицы, схемы
юмор, анекдоты, приколы, комиксы
притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения
рефераты
статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные
словарь терминов прочие
Совершенствование учебников и уроков
исправление ошибок в учебнике
обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей
идеальные уроки
календарный план на год методические рекомендации программы
обсуждения Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь — Образовательный форум.

Химические свойства металлов

Характерным химическим свойством металлов является их восстановительная активность, т.е. способность переходить в состояние положительно заряженного иона, теряя при этом электроны:

Me — пё = Меп+

Количественно восстановительная активность металлов определяется: величиной Еи атома металла (для реакций, протекающих в газовой фазе); величиной стандартного электродного потенциала металла j°iCn/мс (для реакций, протекающих в растворах). При этом следует иметь в виду тот факт, что величина j? Меп+/ Me изменяется в зависимости от условий процесса, т.к. образовавшиеся ионыМеп+ могут участвовать в процессе комплексообразования.

Восстановительная активность металлов проявляется при взаимодействии их с окислителями.

Отношение металлов к окислителям — простым веществам

  • Металлы чаще всего реагируют со следующими окислителями — простыми веществами: кислородом, галогенами, серой, азотом, водородом.
  • Отношение металлов к кислороду.
  • Большинство металлов окисляется кислородом воздуха, но при различных условиях:
  • По отношению к кислороду все металлы принято подразделять на 4 группы:
Читайте также:  Ресанта саипа 165: описание и технические характеристики, особенности модели, комплектация

Металлы, активно окисляющиеся кислородом воздуха при обычных условиях.

К ним относят: элементы 1А, ПА (кроме бериллий, магний), ШБ (кроме скандия) групп. При взаимодействии указанных металлов с кислородом могут образовываться различные продукты:

  1. 2Li+1/202 = Li 2 О
  2. ОКСИД лития — 1
  3. Z N ci + U — N cV2 О 2
  4. пероксид натрия — Ѕ
  5. 2К + 20-, = Кз О 4
  6. надпероксид калия

Металлы, окисляющиеся только с поверхности (с образованием плотной оксидной пленки, предохраняющей металл от дальнейшего окисления). К этой группе металлов относят берилий, магний, скандий, алюминий, цинк, хром, свинец. Например, при окислении алюминия образуется оксидная пленка толщиной менее 30 нм, которая защищает металл от дальнейшего окисления.

Металлы, не окисляющиеся при обычных условиях кислородом воздуха (кобальт, никель медь, теллур, рений, висмут и др.) окисляются при нагревании. Поверхностный слой (преимущественно оксидного характера) при этом металл не защищает.

Металлы, для которых устойчивы высшие степени окисления, в частности, элементы У1Б-группы, окисляются с образованием высших оксидов.

Металлы не окисляющиеся кислородом в отсутствие других реагентов: золото, серебро, палладий, иридий, платина. Для оксидов этих металлов величина D) G° (298 К) > 0, следовательно, образующиеся оксиды этих металлов должны распадаться в момент образования.

В некоторых случаях металлы, не взаимодействующие с кислородом, окисляются им в присутствии других соединений. Например, молекулы аммиака, способствующие комплексообразованию, облегчают процесс окисления меди кислородом.

  • Медные изделия на воздухе покрываются зеленоватым налетом — патиной, состоящей преимущественно из основного карбоната меди.
  • Серебряные предметы на воздухе темнеют из-за образования на поверхности металла сульфида серебра.
  • Медь, серебро и золото растворяются в цианидах (в присутствии кислорода).
  • Аллотропная модификация кислорода — озон (02) также является достаточно сильным окислителем, взаимодействующим даже с малоактивными металлами.
  • Отношение металлов к галогенам.
  • Практически все металлы при нагревании окисляются галогенами (F2, СЬ, Вг2,12) с образованием соответствующих галидов (при обычных условиях с галогенами взаимодействуют только элементы 1А-группы).
  • Большинство металлов взаимодействуют с галогенами при нагревании.
  • Отношение металлов к сере.
  • Ртуть с серой взаимодействует при стандартных условиях.
  • Все остальные металлы (за исключением золота, платины, палладия) взаимодействуют с серой при нагревании.
  • Отношение металлов к азоту.

При обычных условиях с азотом взаимодействует только литий. Натрий, калий, рубидий, цезий — взаимодействуют с азотом в электрическом разряде. Алюминий, марганец, магний, а также элементы ШБ, IVB, VB, VIB — групп взаимодействуют с азотом при нагревании.

Не взаимодействуют с азотом элементы IB, ПБ, VIПБ — групп, а также — олово, свинец, висмут, технеций, рений.

Отношение металлов к водороду.

При нагревании с водородом взаимодействуют металлы 1А и ПА — групп. Окислителем в данных реакциях является водород.

С остальными металлами водород непосредственно не реагирует, но образует со многими из них твердые растворы. Это приводит к повышению хрупкости и снижению пластичности металла.

Способность некоторых металлов (алюминий, элементы УБ, VIB, УШБ — групп) поглощать (адсорбировать) своей поверхностью значительные объемы водорода широко используют в катализе.

Так, один объем палладия при 80°С может поглотить до 900 объемов водорода, что позволяет использовать его (как и некоторые другие металлы, например, никель) в качестве катализатора в реакциях гидрирования (восстановления водородом).

  1. Отношение металлов к окислителям — сложным веществам.
  2. В качестве окислителей сложного состава, с которыми чаще всего контактируют металлы, обычно рассматривают воду, водные растворы щелочей и кислот.
  3. По химической активности в водных средах все металлы условно делят на: активные — стоящие в ряду напряжений от лития по алюминий (включительно), средней активности — стоящие в ряду напряжений от алюминия до водорода, малоактивные — стоящие в ряду напряжений после водорода.

Следует отметить, что восстановительная активность металлов может существенно изменяться в зависимости от условий протекания реакции. В частности, при комплексообразовании величина электродного потенциала металла значительно уменьшается.

Аналогичный характер изменения величины электродного потенциала металла наблюдают, если в процессе реакции образуются малорастворимые соединения.

Отношение металлов к воде.

В реакциях данного типа роль окислителя играют ионы водорода, образующиеся при диссоциации молекул воды. При pH = 7 jAm m = «0.41 В, следовательно, с водой теоретически могут реагировать все металлы, имеющие величину j° меньше — 0,41 В. Реально же наблюдается следующее:

а) активные металлы интенсивно взаимодействуют с водой, вытесняя при этом водород.

Аналогичная реакция с магнием протекает при нагревании, исключения составляют: — берилий, алюминий и скандий, поверхность которых покрыта прочными оксидными пленками, нерастворимыми в воде; магний, образующийся гидроксид которого — Mg (OH) 2, малорастворим;

б) металлы средней активности при стандартных условиях с водой практически не реагируют, т.к. они или покрыты оксидными пленками, или образуют труднорастворимые гидроксиды (хром, никель, цинк) на поверхности металлов. Данные металлы могут разлагать воду при достаточно высоких температурах (до 1000°С).

в) малоактивные металлы с водой при обычных условиях не взаимодействуют, поскольку величина их стандартного электродного потенциала значительно больше потенциала окислителя (-0,41 В) и термодинамически данная реакция невозможна.

Отношение металлов к водным растворам щелочей.

С водными растворами щелочей взаимодействуют металлы, расположенные в ряду напряжений до водорода и образующие амфотерные гидроксиды: берилий, алюминий, цинк, хром, олово, свинец.

Взаимодействие часто обусловлено сдвигом величины электродного потенциала металла в сторону отрицательных значений за счет процесса образования гидроксокомплексов. Тем не менее, данный процесс возможен.

Его можно представить в виде двух более простых:

  • 1) взаимодействие металла с водой.
  • 2) растворение образующегося амфотерного гидроксида в избытке щелочи с образованием гидроксокомплекса.
  • Отношение металлов к кислотам.
  • По окислительной активности кислоты условно делят на 2 группы:

1) кислоты — слабые окислители. В растворах этих кислот окислителем является ион водорода.

2) кислоты — сильные окислители. Окислителями в растворах этих кислот являются кислородсодержащие анионы.

Отношение металлов к кислотам — слабым окислителям.

Величина стандартного электродного потенциала окислителя (Н+) при pH = 0 равна j°2ii+л 12 = О В. Следовательно, металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода (j°MCn — мс < 0), должны вытеснять его из растворов этих кислот. Исключение составляют металлы, которые при взаимодействии с данными кислотами образуют труднорастворимые соединения.

Некоторые малоактивные металлы, не взаимодействующие с разбавленными растворами кислот — слабых окислителей, взаимодействуют с концентрированными растворами этих же кислот. В частности, медь не взаимодействует с разбавленными растворами соляной кислоты, но растворяется в ее концентрированных растворах за счет процесса комплексообразования.

Ряд металлов, для которых характерны устойчивые соединения в высшей степени окисления образуют анионные комплексы.

Отношение металлов к кислотам — сильным окислителям.

а). Отношение металлов к концентрированной серной кислоте.

Окислителем в концентрированных растворах серной кислоты является сера в ионах HSCV, SO42'. В зависимости от активности металла он может восстанавливаться до H2S, S или до S02. Кроме этих соединений, во всех трех случаях основными продуктами реакции также являются соответствующая соль (сульфат или гидросульфат) и вода.

Некоторые металлы взаимодействуют с концентрированными и разбавленными растворами серной кислоты неодинаково. Так, олово с разбавленной серной кислотой образует соль катионного типа, повышая свою степень окисления до (+2), а с концентрированной серной кислотой образует соль, в которой олово находится в высшей степени окисления (+4).

В концентрированных растворах серной кислоты пассивируются на холоду алюминий, хром, железо, кобальт, никель, титан, цирконий, гафний, молибден, вольфрам и др.

Не взаимодействуют с серной кислотой: платина, золото, рутений, родий, иридий, и др.

б). Отношение металлов к разбавленной азотной кислоте.

Окислителем в растворах азотной кислоты является нитрат-ион: N0/.

Как и в предыдущем случае, состав основных продуктов реакции определяется активностью металла, участвующего во взаимодействии.

Пассивация — торможение (или полное прекращение) химического процесса за счет продуктов взаимодействия (образование труднорастворимых оксидных, гидроксидных, солевых и иных пленок на поверхности металла). Пассивируются в разбавленных растворах азотной кислоты (на холоду) алюминий, молибден, вольфрам и др. Не взаимодействуют: платина, золото, рутений, родий, иридий.

в). Отношение металлов к концентрированной азотной кислоте.

В отличие от взаимодействия металлов с разбавленной HN03 в данном случае состав продуктов реакции менее разнообразен. В большинстве случаев нитрат-ион восстанавливается до N02. Часто процесс протекает при нагревании. Ряд элементов, имеющих высокие (+4 и более) степени окисления при взаимодействии с концентрированной азотной кислотой образует гидроксиды (оксиды) в данной степени окисления.

Пассивируются в концентрированных растворах азотной кислоты (на холоду) бериллий, алюминий, хром, железо, кобальт, никель, титан, цирконий, гафний, свинец, висмут но при нагревании ряд металлов начинает активно взаимодействовать с азотной кислотой. Не взаимодействуют: платина, золото, иридий, рутений, родий, ниобий, тантал.

Читайте также:  Животные живут за металл

г). Отношение металлов к смесям кислот.

Ряд малоактивных металлов (золото, рутений, смий) не растворяется (или очень плохо) в перечисленных выше кислотах — сильных окислителях. Однако, в смесях кислот, в частности, HN03 + ЗНС1 («царская водка”) эти металлы растворяются. Вместо соляной кислоты при растворении ряда металлов предпочтительнее использовать HF (плавиковая кислота).

  1. Отношение металлов к смесям окислителей.
  2. Для решения ряда технологических вопросов, связанных с получением или обработкой некоторых металлов, иногда приходится использовать в качестве окислителей различные смеси сложных веществ. Можно привести процессы окисления ряда металлов в щелочной среде:
  3. а) нитратами.
  4. б) гипохлоритами.
  5. в) хлоратами.
  6. г) пероксидами.
  7. Возможно использование и других окислительных смесей.

2.2.2. Химические свойства металлов IIA группы

IIA группа содержит только металлы – Be (бериллий), Mg (магний), Ca (кальций), Sr (стронций), Ba (барий) и Ra (радий). Химические свойства первого представителя этой группы — бериллия — наиболее сильно отличаются от химических свойств остальных элементов данной группы.

Его химические свойства во многом даже более схожи с алюминием, чем с остальными металлами IIA группы (так называемое «диагональное сходство»). Магний же по химическим свойствами тоже заметно отличается от Ca, Sr, Ba и Ra, но все же имеет с ними намного больше сходных химических свойств, чем с бериллием.

В связи со значительным сходством химических свойств кальция, стронция, бария и радия их объединяют в одно семейство, называемое щелочноземельными металлами.

Все элементы IIA группы относятся к s-элементам, т.е. содержат все свои валентные электроны на s-подуровне. Таким образом, электронная конфигурация внешнего электронного слоя всех химических элементов данной группы имеет вид ns2 , где n – номер периода, в котором находится элемент.

Вследствие особенностей электронного строения металлов IIA группы, данные элементы, помимо нуля, способны иметь только одну единственную степень окисления, равную +2. Простые вещества, образованные элементами IIA группы, при участии в любых химических реакциях способны только окисляться, т.е. отдавать электроны:

Ме0 – 2e— → Ме+2

Кальций, стронций, барий и радий обладают крайне высокой химической активностью. Простые вещества, образованные ими, являются очень сильными восстановителями. Также сильным восстановителем является магний. Восстановительная активность металлов подчиняется общим закономерностям периодического закона Д.И. Менделеева и увеличивается вниз по подгруппе.

Взаимодействие с простыми веществами

с кислородом

Без нагревания бериллий и магний не реагируют ни с кислородом воздуха, ни с чистым кислородом ввиду того, что покрыты тонкими защитными пленками, состоящими соответственно из оксидов BeO и MgO.

Их хранение не требует каких-либо особых способов защиты от воздуха и влаги, в отличие от щелочноземельных металлов, которые хранят под слоем инертной по отношению к ним жидкости, чаще всего керосина.

  • Be, Mg, Ca, Sr при горении в кислороде образуют оксиды состава MeO, а Ba – смесь оксида бария (BaO) и пероксида бария (BaO2):
  • 2Mg + O2 = 2MgO
  • 2Ca + O2 = 2CaO
  • 2Ba + O2 = 2BaO
  • Ba + O2 = BaO2
  • Следует отметить, что при горении щелочноземельных металлов и магния на воздухе побочно протекает также реакция этих металлов с азотом воздуха, в результате которой, помимо соединений металлов с кислородом, образуются также нитриды c общей формулой Me3N2.

с галогенами

  1. Бериллий реагирует с галогенами только при высоких температурах, а остальные металлы IIA группы — уже при комнатной температуре:
  2. Мg + I2 = MgI2 – иодид магния
  3. Са + Br2 = СаBr2 –  бромид кальция
  4. Ва + Cl2 = ВаCl2 – хлорид бария

с неметаллами IV–VI групп

Все металлы IIA группы реагируют при нагревании со всеми неметаллами IV–VI групп, но в зависимости от положения металла в группе, а также активности неметаллов требуется различная степень нагрева. Поскольку бериллий является среди всех металлов IIA группы наиболее химически инертным, при проведении его реакций с неметаллами требуется существенно большая температура.

Следует отметить, что при реакции металлов с углеродом могут образовываться карбиды разной природы. Различают карбиды, относящиеся к метанидам и условно считающимися производными метана, в котором все атомы водорода замещены на металл.

Они так же, как и метан, содержат углерод в степени окисления -4, и при их гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями одним из продуктов является метан. Также существует другой тип карбидов – ацетилениды, которые содержат ион C22-, фактически являющийся фрагментом молекулы ацетилена.

Карбиды типа ацетиленидов при гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями образуют ацетилен как один из продуктов реакции. То, какой тип карбида – метанид или ацетиленид — получится при взаимодействии того или иного металла с углеродом, зависит от размера катиона металла.

С ионами металлов, обладающих малым значением радиуса, образуются, как правило, метаниды, с ионами более крупного размера – ацетилениды. В случае металлов второй группы метанид получается при взаимодействии бериллия с углеродом:

Остальные металлы II А группы образуют с углеродом ацетилениды:

С кремнием металлы IIA группы образуют силициды — соединения вида Me2Si, с азотом – нитриды (Me3N2), фосфором – фосфиды (Me3P2):

с водородом

Все щелочноземельные металлы реагируют при нагревании с водородом. Для того чтобы магний прореагировал с водородом, одного нагрева, как в случае со щелочноземельными металлами, недостаточно, требуется, помимо высокой температуры, также и повышенное давление водорода. Бериллий не реагирует с водородом ни при каких условиях.

Взаимодействие со сложными веществами

с водой

Все щелочноземельные металлы активно реагируют с водой с образованием щелочей (растворимых гидроксидов металлов) и водорода.

Магний реагирует с водой лишь при кипячении вследствие того, что при нагревании в воде растворяется защитная оксидная пленка MgO.

В случае бериллия защитная оксидная пленка очень стойкая: с ним вода не реагирует ни при кипячении, ни даже при температуре красного каления:

c кислотами-неокислителями

Все металлы главной подгруппы II группы реагируют с кислотами-неокислителями, поскольку находятся в ряду активности левее водорода. При этом образуются соль соответствующей кислоты и водород. Примеры реакций:

  • Ве + Н2SO4(разб.) = BeSO4 + H2↑
  • Mg + 2HBr = MgBr2 + H2↑
  • Ca + 2CH3COOH = (CH3COO)2Ca + H2↑

c кислотами-окислителями

− разбавленной азотной кислотой

  1. С разбавленной азотной кислотой реагируют все металлы IIA группы.

    При этом продуктами восстановления вместо водорода (как в случае кислот-неокислителей) являются оксиды азота, преимущественно оксид азота (I) (N2O), а в случае сильно разбавленной азотной кислоты – нитрат аммония (NH4NO3):

  2. 4Ca + 10HNO3(разб.) = 4Ca(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O
  3. 4Mg + 10HNO3(сильно разб.) = 4Mg(NO3)2 + NН4NO3 + 3H2O

− концентрированной азотной кислотой

Концентрированная азотная кислота при обычной (или низкой) температуре пассивирует бериллий, т.е. в реакцию с ним не вступает. При кипячении реакция возможна и протекает преимущественно в соответствии с уравнением:

Магний и щелочноземельные металлы реагируют с концентрированной азотной кислотой с образованием большого спектра различных продуктов восстановления азота.

− концентрированной серной кислотой

Бериллий пассивируется концентрированной серной кислотой, т.е. не реагирует с ней в обычных условиях, однако реакция протекает при кипячении и приводит к образованию сульфата бериллия, диоксида серы и воды:

  • Be + 2H2SO4 → BeSO4 + SO2↑+ 2H2O
  • Барий также пассивируется концентрированной серной кислотой вследствие образования нерастворимого сульфата бария, но реагирует с ней при нагревании, сульфат бария растворяется при нагревании в концентрированной серной кислоте благодаря его превращению в гидросульфат бария.
  • Остальные металлы главной IIA группы реагируют с концентрированной серной кислотой при любых условиях, в том числе на холоду. Восстановление серы происходит преимущественно до сероводорода:
  • 4Mg + 5H2SO4(конц.) = 4MgSO4 + H2S↑ + 4H2O

с щелочами

  1. Магний и щелочноземельные металлы со щелочами не взаимодействуют, а бериллий легко реагирует как растворами щелочей, так и с безводными щелочами при сплавлении.

    При этом при осуществлении реакции в водном растворе в реакции участвует также и вода, а продуктами являются тетрагидроксобериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и газообразный водород:

  2. Be + 2KOH + 2H2O = H2↑ + K2[Be(OH)4] — тетрагидроксобериллат калия
  3. При осуществлении реакции с твердой щелочью при сплавлении образуются бериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и водород
  4. Be + 2KOH = H2↑+ K2BeO2 — бериллат калия

с оксидами

Щелочноземельные металлы, а также магний могут восстанавливать менее активные металлы и некоторые неметаллы из их оксидов при нагревании, например:

Метод восстановления металлов из их оксидов магнием называют магниетермией.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector