Вопрос 30. Общая характеристика s -, р-, d металлов (на конкретных примерах)

Вопрос 30. Общая характеристика s-, р-, d- металлов (на конкретных примерах). Металлы – химические элементы, атомы которых склоны отдавать свои электроны. К металлам относятся все s-, d- и f-элементы, а также некоторые р-элементы. Все металлы в свободном состоянии – восстановители, в соединениях их степени окисления всегда положительны. Химическая активность металлов, т.е. их способность отдавать электроны может быть охарактеризована с помощью двух величин: энергии ионизации I и стандартного электродного потенциала φо. Различие между этими величинами состоит в том, что энергия ионизации характеризует процесс отрыва электронов от атомов металла в газовой фазе, а электродные потенциалы измеряют в растворах. s-элементы В периодической таблице s-элементы находятся в IА и IIA-группах. Все элементы IА-группы называются щелочными металлами, находящиеся во IIA-группе – щелочноземельными металлами. Все s-элементы обладают высокой химической активностью. В свободном состоянии металлы IА группы характеризуются низкими температурами плавления и кипения, малой твердостью и плотностью. Кристаллические решетки IIA группы являются более прочными. Электронная конфигурация элементов IА группы ns1, а металлов IIA группы – ns2. Первые во всех соединениях имеют степень окисления +1, а вторые +2. Внешние электроны легко отрываются, поэтому се указанные металлы являются сильными восстановителями. Ввиду высокой химической активности в природе в свободном состоянии не встречаются, а находятся в виде солей: хлоридов, сульфатов, карбонатов. Химические свойства s-элементы 1. Взаимодействие с неметаллами (кислородом, водородом, углеродом) 1.1. С кислородом взаимодействуют с образованием трех видов оксидов. а) Литий при нагревании образует нормальный оксид Li2O: 4Li + O2 = 2Li2O2− б) Натрий и металлы IIA группы, соединяясь с кислородом, образуют пероксиды: Ba + O2 = BaO2− в) Калий, рубидий и цезий дают супероксиды, содержащие молекулярный ион О−2. K + O2 = KO2 Указанные оксиды разлагаются водой: 2Li2O(тв) + Н2О(ж) = 2LiOH(водн) Na2O2(тв) + 2Н2О(ж) = 2NaOH(водн) + H2O2 (водн) 2KO2 (тв) + 2Н2О(ж) = 2KOH(водн) + H2O2 (водн) + O2 (г) 1.2. При взаимодействии с водородом образуются гидриды: Ca + H2 = CaH2 1.3. Металлы IIA группы при нагревании с углеродом образуют карбиды, например, карбид кальция СаС2, который применяют для получения ацетилена: СаС2(тв) + 2Н2О(ж) = Са(ОН)2 (тв) + С2Н2(г) 2. Взаимодействие с водой 2Na(тв) + 2H2O(ж) = 2NaOH(водн) + H2(г) 3. Взаимодействие с аммиаком 2Na(тв) + 2NH3(ж) = 2NaNH2(тв) + H2(г) Амиды разлагаются водой, образуя аммиак: 2NaNH2(тв) + H2O(ж) = NaOH(водн) + NH3(г) Получение s-элементов Наиболее распространенный метод получения активных металлов – электролиз расплавленных соединений. Путем электролиза получают литий, натрий, бериллий, магний, кальций. Применение s-элементов 1. В металлургии для производства сплавов (Mg, Be, Ca, Li, Na). 2. В металлотермии в качестве восстановителей при получении свободных металлов (Na, K, Mg, Ca). 3. Натрий и калий применяют в производстве различных видов каучука. 4. KCl, KNO3, NaNO3 применяют в качестве удобрений. 5. Хлорид натрия используется в производстве хлора и щелочи, пластмасс и других органических соединений. 6. Пероксид натрия для отбеливания и дезинфекции. 7. Оксиды бериллия и магния в производстве огнеупорных материалов. р-элементы Среди р-элементов металлами являются: алюминий, галлий, индий, таллий, олово, свинец, сурьма, висмут. р-элементы обладают большим числом валентных электронов по сравнению с s-элементами, и их металлическая активность выражена слабее. ^ Рассмотрим химические свойства р-элементов на примере алюминия 1. Взаимодействие с неметаллами С фтором, хлором и бромом алюминий реагирует при обычных условиях. При нагревании с серой образует сульфид Al2S3, с азотом – нитрид AlN, с углеродом – карбид Al4C3. 4Al + 3O2 2Al2O3; 2Al + 3Cl2 2AlCl3 2Al + 3S Al2S3 2Al + N2 2AlN 4Al + 3C Al4C3 2. Взаимодействие с кислотами В соляной и разбавленной серной кислоте алюминий растворяется с выделением водорода. В концентрированных растворах серной и азотной кислот алюминий покрывается пассивной пленкой. 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2 2Al + 3H2SO4(р) → Al2(SO4)3 + 3H2 3. Взаимодействие с водой (реакция идет, если снять пленку Al2O3) 2Al + 6Н2О → 2Al(OH)3 + 3H2 4. Взаимодействие с раствором щелочи 2Al + 2NaOH + 6Н2О → 2Na[Al(OH)4] + 3H2 5. Взаимодействие с оксидами металлов 2Al + Fe2O3 2Fe + Al2O3 + Q (реакция Бекетова) ^ Способ получения алюминия Электролиз расплава оксид алюминия в криолите Na3AlF6 В расплавленном криолите оксид алюминия диссоциирует на ионы: Al2O3 ↔ Al3+ + AlO33− Условия электролиза подбираются такими, чтобы на катоде разряжались катионы Al3+. При этом на аноде будут окисляться ионы AlO33−. Уравнения электродных процессов: Катод (−) Al3+ + 3 → Al 4 Анод (+) 4AlO33− − 12 → 2Al2O3 + 3O2 1 4Al3+ + 4AlO33− 4Al + 2Al2O3 + 3O2 или 2Al2O3 4Al + 3O2 Образующийся кислород сжигает графитовые аноды: С + O2 = CO2 или 2С + О2 = 2СО Применение алюминия, его сплавов Таблица 1 Применение алюминия, его сплавов Вещество Область примеения Алюминий как простое вещество Электротехника (провода), металлургия (алюминотермия), машиностроение, в быту (посуда) Сплавы алюминия Судостроение, ракето- и авиастроение, автомобиле- и приборостроение, строительство зданий, военная техника Оксид алюминия Для получения алюминия и абразивных изделий, драгоценных камней (рубин, сапфир) Гидроксид алюминия Для очистки воды Al2(SO4)3∙18H2O В производстве бумаги, для очистки воды d-элементы d-элементы (переходные металлы) в Периодической системе занимают побочные подгруппы всех восьми групп. На внешнем электронном уровне в атомах этих элементов находятся два (или один) s-электрон, а на предпоследнем происходит заполнение d-орбиталей. Особенностями электронного строения обусловлены: а) большое разнообразие проявляемых степеней окисления; б) способность к образованию многочисленных комплексных соединений. ^ Физические свойства d-элементов В свободном состоянии все d-элементы характеризуются металлическим блеском, значительной тепло- и электропроводностью. Скандий и титан относятся к легким металлам – их плотность равна соответственно 3,0 и 4,5 г/см3. Остальные элементы имеют плотность свыше 6 г/см3 и отнесены к тяжелым металлам. Все d-элементы четвертого периода, кроме цинк, являются достаточно тугоплавкими. ^ Рассмотрим химические свойства d-элементов на примере хрома Хром химически мало активен при обычных условиях и почти не подвергается коррозии, поскольку его поверхность покрыта тонкой и прочной пленкой оксида хрома (III). 1. Взаимодействие с простыми веществами (неметаллами): 2Cr + 3F2 → 2CrF3 (при комнатной температуре); 2Cr + 3Сl2 2CrCl3 4Cr + 3O2 2Cr2O3 2Cr + 3S Cr2S3 2Cr + N2 2CrN 2. Взаимодействие с кислотами Сr + 2HCl → CrCl2 + H2 Холодные H2SO4(к) и HNO3 пассивируют хром: 2Cr + 2HNO3(хол)→Сr2O3 + 2NO + H2O Только при нагревании Cr реагирует с концентрированными серной H2SO4(к) и азотной HNO3(к) кислотами: 2Cr + 6H2SO4(к) Сr2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 3. Взаимодействие с водой Раскаленный хром реагирует с парами воды 2Cr + 3H2O → Cr2O3 + 3H2 Способы получения хрома: a) метод алюминотермии: Cr2O3 + 2Al 2Cr + Al2O3 б) электролиз концентрированных растворов солей хрома или Cr2O3 в H2SO4 с выделением (осаждением) хрома на катоде; Область применения хрома 1. В металлургии в производстве специальных сортов сталей для придания им высокой коррозионной стойкости, износоустойчивости, твердости и жаропрочности. 2. Для получения гальванических защитных покрытий (хромирование металлов).

Похожие:

	Общая характеристика работы Оао «Победит» (загрязняющие вещества вольфрам, молибден, кобальт, нефтепродукты). Содержания тяжелых металлов в почвах г. Владикавказа...		Внешняя торговлЯ Чрезвычайный и полномочный посол Республики Беларусь в Латвии Александр Герасименко рассказал «Деловому» о перспективах сотрудничества...
	Вопрос 34. Общая характеристика полимерных материалов: каучук, резина, пластмасса ...		Вопрос 25. Характеристика химической коррозии Скорость химической коррозии не зависит от электродного потенциала металла, а определяется свойствами образующихся на его поверхности...
	Искушение (телесериал) По мотивам книги «Сын Люцифера». Люцифер беседует со Своим Сыном и на конкретных примерах показывает Ему все человеческие пороки....		Разрешение конкретных ситуаций Характеристика транспортной компании зао «Ньюпорт Трейдинг»
	Название дисциплины Обработка программ под управлением ос. Краткая характеристика современных операционных систем. Общая характеристика языков программирования,...		Вопрос Характеристика аварий на радиационно-опасных объектах Вопрос Опишите и проанализируйте 1-2 известные вам события, связанные с проявлением опасностей в сфере экологии. 7
	Общие сведения об образовательном учреждении, характеристика оу общая характеристика учреждения Мкоу «Харахинская средняя общеобразовательная школа им. Г. А. Гаджиева» функционирует с 1950 года, юридический и фактический адрес...		Планы семинарских занятий семинар Древнерусская политико-правовая... Общая характеристика истории политико-правовых учений как науки и учебной дисциплины