واکنش های شیمیایی بر اساس خواص فلزات. برهمکنش فلزات با غیر فلزات

خواص شیمیایی مشخصه مواد ساده - فلزات

اکثر عناصر شیمیایی به عنوان فلز طبقه بندی می شوند - 92 عنصر از 114 عنصر شناخته شده. فلزات- اینها عناصر شیمیایی هستند که اتم های آنها الکترون ها را از لایه الکترونی بیرونی (و برخی از بیرونی) می دهند و به یون های مثبت تبدیل می شوند. این خاصیت اتم های فلز با تعیین می شود که دارای شعاع نسبتاً بزرگ و تعداد کمی الکترون هستند(بیشتر 1 تا 3 در لایه بیرونی). تنها استثناها 6 فلز هستند: اتم های ژرمانیوم، قلع و سرب در لایه بیرونی دارای 4 الکترون، اتم آنتیموان و بیسموت - 5، اتم پولونیوم - 6. برای اتم های فلزی هستند. با مقادیر الکترونگاتیوی کوچک مشخص می شود(از 0.7 تا 1.9) و به طور انحصاری خواص ترمیمی، یعنی توانایی اهدای الکترون. در جدول تناوبی عناصر شیمیایی D.I. مندلیف، فلزات در زیر مورب بور - استاتین و همچنین بالای آن در زیر گروه های ثانویه قرار دارند. در دوره ها و زیر گروه های اصلی، الگوهای شناخته شده ای در تغییرات فلزی و در نتیجه خواص کاهندگی اتم های عناصر وجود دارد.

عناصر شیمیایی واقع در نزدیکی قطر بور-آستاتین (Be، Al، Ti، Ge، Nb، Sb و غیره) خواص دوگانه دارند: در برخی از ترکیبات خود مانند فلزات رفتار می کنند و در برخی دیگر خواص غیر فلزات را از خود نشان می دهند. در زیرگروه های ثانویه، خواص احیایی فلزات اغلب با افزایش عدد اتمی کاهش می یابد.

فعالیت فلزات گروه I از زیرگروه ثانویه را با هم مقایسه کنید: Cu, Ag, Au. گروه دوم از زیر گروه ثانویه: روی، کادمیوم، جیوه - و این را خودتان خواهید دید. این را می توان با این واقعیت توضیح داد که استحکام پیوند بین الکترون های ظرفیت و هسته در اتم های این فلزات تا حد زیادی تحت تأثیر بزرگی بار هسته ای است و نه شعاع اتم. بار هسته ای به طور قابل توجهی افزایش می یابد و جاذبه الکترون ها به هسته افزایش می یابد. در این حالت، اگرچه شعاع اتمی افزایش می یابد، اما به اندازه فلزات زیر گروه های اصلی قابل توجه نیست.

مواد ساده ای که توسط عناصر شیمیایی تشکیل شده اند - فلزات و مواد پیچیده حاوی فلز نقش مهمی در "زندگی" معدنی و آلی زمین دارند. کافی است به یاد داشته باشیم که اتم ها (یون) عناصر فلزی جزء لاینفک ترکیباتی هستند که متابولیسم را در بدن انسان و حیوانات تعیین می کنند. به عنوان مثال، 76 عنصر در خون انسان یافت می شود و تنها 14 عنصر از آنها فلز نیستند.

در بدن انسان برخی از عناصر فلزی (کلسیم، پتاسیم، سدیم، منیزیم) به مقدار زیاد وجود دارند، یعنی عناصر ماکرو هستند. و فلزاتی مانند کروم، منگنز، آهن، کبالت، مس، روی، مولیبدن به مقدار کم وجود دارند، یعنی اینها عناصر کمیاب هستند. اگر وزن فردی 70 کیلوگرم است، بدن او حاوی (بر حسب گرم): کلسیم - 1700، پتاسیم - 250، سدیم - 70، منیزیم - 42، آهن - 5، روی - 3. همه فلزات بسیار مهم هستند، مشکلات سلامتی بوجود می آیند و با کمبود آنها و با زیاده روی آنها.

به عنوان مثال، یون های سدیم محتوای آب در بدن و انتقال تکانه های عصبی را تنظیم می کنند. کمبود آن منجر به سردرد، ضعف، ضعف حافظه، کاهش اشتها و بیش از حد آن منجر به افزایش فشار خون، فشار خون و بیماری های قلبی می شود.

مواد ساده - فلزات

ظهور تمدن (عصر برنز، عصر آهن) با توسعه تولید فلزات (مواد ساده) و آلیاژها همراه است. انقلاب علمی و فناوری که از حدود 100 سال پیش آغاز شد و بر صنعت و حوزه اجتماعی تأثیر گذاشت، ارتباط تنگاتنگی با تولید فلزات نیز دارد. بر اساس تنگستن، مولیبدن، تیتانیوم و سایر فلزات، آنها شروع به ایجاد آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی، فوق سخت و نسوز کردند که استفاده از آنها قابلیت های مهندسی مکانیک را بسیار گسترش داد. در فناوری هسته ای و فضایی، از آلیاژهای تنگستن و رنیم برای ساخت قطعاتی استفاده می شود که تا دمای 3000 درجه سانتیگراد کار می کنند. در پزشکی از ابزارهای جراحی ساخته شده از آلیاژهای تانتالیوم و پلاتین و سرامیک های منحصر به فرد بر پایه اکسیدهای تیتانیوم و زیرکونیوم استفاده می شود.

و البته، ما نباید فراموش کنیم که بیشتر آلیاژها از آهن فلزی شناخته شده استفاده می کنند و اساس بسیاری از آلیاژهای سبک از فلزات نسبتاً "جوان" - آلومینیوم و منیزیم تشکیل شده است. مواد کامپوزیتی تبدیل به ابرنواختر شده‌اند، به عنوان مثال، پلیمر یا سرامیک را نشان می‌دهند که در داخل (مانند بتن با میله‌های آهنی) با الیاف فلزی از تنگستن، مولیبدن، فولاد و سایر فلزات و آلیاژها تقویت می‌شوند - همه اینها به هدف تعیین شده و خواص مواد لازم برای دستیابی به آن شکل، نمودار شبکه کریستالی فلز سدیم را نشان می دهد. در آن، هر اتم سدیم توسط هشت همسایه احاطه شده است. اتم سدیم، مانند تمام فلزات، دارای اوربیتال های ظرفیت خالی زیاد و الکترون های ظرفیت کمی است. فرمول الکترونیکی اتم سدیم: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 0 3d 0، که در آن 3s، 3p، 3d - اوربیتال های ظرفیتی.

الکترون تک ظرفیتی اتم سدیم 3s 1 می تواند هر یک از 9 اوربیتال آزاد - 3s (یک)، 3p (سه) و 3d (پنج) را اشغال کند، زیرا آنها در سطح انرژی تفاوت زیادی ندارند. هنگامی که اتم ها به یکدیگر نزدیک می شوند، هنگامی که یک شبکه کریستالی تشکیل می شود، اوربیتال های ظرفیت اتم های همسایه با هم همپوشانی دارند، به همین دلیل الکترون ها آزادانه از یک اوربیتال به اوربیتال دیگر حرکت می کنند و بین تمام اتم های کریستال فلز پیوند برقرار می کنند. چنین پیوند شیمیایی فلزی نامیده می شود.

پیوند فلزی توسط عناصری تشکیل می‌شود که اتم‌های آن‌ها در لایه بیرونی در مقایسه با تعداد زیادی از اوربیتال‌های بیرونی که از نظر انرژی نزدیک هستند، الکترون‌های ظرفیت کمی دارند. الکترون های ظرفیت آنها ضعیف در اتم نگه داشته می شوند. الکترون هایی که ارتباط را انجام می دهند اجتماعی هستند و در سراسر شبکه کریستالی فلز خنثی حرکت می کنند. مواد با پیوند فلزی با شبکه های کریستالی فلزی مشخص می شوند که معمولاً همانطور که در شکل نشان داده شده است به صورت شماتیک نشان داده می شوند. کاتیون‌ها و اتم‌های فلزی که در محل‌های شبکه کریستالی قرار دارند، پایداری و استحکام آن را فراهم می‌کنند (الکترون‌های اجتماعی شده به صورت توپ‌های سیاه کوچک نشان داده می‌شوند).

اتصال فلزی- این یک پیوند در فلزات و آلیاژها بین اتم های فلز واقع در گره های شبکه کریستالی است که توسط الکترون های ظرفیت مشترک انجام می شود. برخی از فلزات به دو یا چند شکل کریستالی متبلور می شوند. این خاصیت مواد - وجود در چندین تغییر کریستالی - چندشکلی نامیده می شود. چند شکلی مواد ساده به نام آلوتروپی شناخته می شود. به عنوان مثال، آهن دارای چهار تغییر کریستالی است که هر کدام در یک محدوده دمایی خاص پایدار هستند:

α - پایدار تا 768 درجه سانتیگراد، فرومغناطیسی؛

β - پایدار از 768 تا 910 درجه سانتیگراد، غیر فرومغناطیسی، یعنی پارامغناطیس؛

γ - پایدار از 910 تا 1390 درجه سانتیگراد، غیر فرومغناطیسی، یعنی پارامغناطیس؛

δ - پایدار از 1390 تا 1539 درجه سانتیگراد (£ ° pl آهن)، غیر فرومغناطیسی.

قلع دارای دو تغییر کریستالی است:

α - پایدار در دمای زیر 13.2 درجه سانتیگراد (p = 5.75 g/cm3). این قلع خاکستری است. دارای شبکه کریستالی از نوع الماس (اتمی) است.

β - پایدار بالای 13.2 درجه سانتیگراد (p = 6.55 g/cm3). این قلع سفید است.

قلع سفید فلزی نقره ای-سفید و بسیار نرم است. هنگامی که در دمای زیر 13.2 درجه سانتیگراد سرد می شود، به پودر خاکستری تبدیل می شود، زیرا در طول انتقال حجم ویژه آن به طور قابل توجهی افزایش می یابد. این پدیده "طاعون قلع" نامیده شد.

البته نوع خاصی از پیوند شیمیایی و نوع شبکه کریستالی فلزات باید خصوصیات فیزیکی آنها را مشخص و توضیح دهد. آنها چه هستند؟ اینها درخشندگی فلزی، شکل پذیری، رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا، افزایش مقاومت الکتریکی با افزایش دما، و همچنین خواص قابل توجهی مانند چگالی، نقطه ذوب و جوش بالا، سختی و خواص مغناطیسی هستند. یک اثر مکانیکی روی کریستال با شبکه کریستالی فلزی باعث جابجایی لایه‌های یون-اتم نسبت به یکدیگر می‌شود (شکل 17) و از آنجایی که الکترون‌ها در سراسر کریستال حرکت می‌کنند، شکستن پیوند رخ نمی‌دهد، بنابراین فلزات با بیشتر مشخص می‌شوند. پلاستیسیته اثر مشابهی روی یک جامد با پیوندهای کووالانسی (یک شبکه کریستالی اتمی) منجر به شکستن پیوندهای کووالانسی می شود. شکستن پیوندها در شبکه یونی منجر به دفع متقابل یون های دارای بار مشابه می شود. بنابراین، مواد با شبکه بلوری اتمی و یونی شکننده هستند. انعطاف پذیرترین فلزات طلا، نقره، قلع، سرب، روی هستند. آنها به راحتی به سیم کشیده می شوند، می توان آنها را جعل کرد، فشار داد یا به شکل ورق درآورد. به عنوان مثال می توان از طلا ورق طلا به ضخامت 0.003 میلی متر و از 0.5 گرم از این فلز نخی به طول 1 کیلومتر کشید. حتی جیوه که در دمای اتاق مایع است، در دمای پایین مانند سرب در حالت جامد شکل‌پذیر می‌شود. فقط Bi و Mn انعطاف پذیری ندارند، شکننده هستند.

چرا فلزات درخشش مشخصی دارند و همچنین مات هستند؟

الکترون‌هایی که فضای بین اتمی را پر می‌کنند، پرتوهای نور را منعکس می‌کنند (به جای انتقال آن‌ها مانند شیشه)، و بیشتر فلزات به یک اندازه تمام پرتوهای قسمت مرئی طیف را پراکنده می‌کنند. بنابراین رنگ آنها سفید نقره ای یا خاکستری است. استرانسیوم، طلا و مس طول موج های کوتاه (نزدیک به بنفش) را به میزان بیشتری جذب می کنند و طول موج های بلند طیف نور را منعکس می کنند و بنابراین دارای رنگ های زرد روشن، زرد و مسی هستند. اگرچه در عمل، فلز همیشه برای ما یک "جسم سبک" به نظر نمی رسد. اولا، سطح آن می تواند اکسید شود و درخشندگی خود را از دست بدهد. بنابراین، مس بومی مانند یک سنگ مایل به سبز به نظر می رسد. و ثانیا، حتی فلز خالص ممکن است ندرخشد. ورقه های بسیار نازک نقره و طلا ظاهری کاملاً غیرمنتظره دارند - رنگ سبز مایل به آبی دارند. و پودرهای فلزی ریز خاکستری تیره و حتی سیاه به نظر می رسند. نقره، آلومینیوم و پالادیوم بیشترین بازتاب را دارند. از آنها در ساخت آینه ها از جمله نورافکن استفاده می شود.

چرا فلزات رسانایی الکتریکی بالایی دارند و رسانای گرما هستند؟

الکترونهای متحرک در یک فلز، تحت تأثیر ولتاژ الکتریکی اعمال شده، حرکت جهت دار پیدا می کنند، یعنی جریان الکتریکی را هدایت می کنند. با افزایش دمای فلز، دامنه ارتعاش اتم ها و یون های واقع در گره های شبکه کریستالی افزایش می یابد. این امر حرکت الکترون ها را دشوار می کند و رسانایی الکتریکی فلز کاهش می یابد. در دماهای پایین، برعکس، حرکت نوسانی به شدت کاهش می یابد و هدایت الکتریکی فلزات به شدت افزایش می یابد. نزدیک به صفر مطلق، فلزات عملاً هیچ مقاومتی ندارند؛ بیشتر فلزات ابررسانایی از خود نشان می دهند.

لازم به ذکر است که غیر فلزاتی که دارای رسانایی الکتریکی هستند (مثلا گرافیت)، در دمای پایین، برعکس، به دلیل عدم وجود الکترون آزاد، جریان الکتریکی را هدایت نمی کنند. و تنها با افزایش دما و از بین رفتن برخی پیوندهای کووالانسی هدایت الکتریکی آنها شروع به افزایش می کند. نقره، مس و همچنین طلا و آلومینیوم دارای بالاترین رسانایی الکتریکی و منگنز، سرب و جیوه کمترین رسانایی الکتریکی را دارند.

اغلب، هدایت حرارتی فلزات با همان الگوی هدایت الکتریکی تغییر می کند. این به دلیل تحرک زیاد الکترون های آزاد است که در برخورد با یون ها و اتم های ارتعاشی، انرژی را با آنها مبادله می کنند. دما در کل قطعه فلز برابر است.

استحکام مکانیکی، چگالی، نقطه ذوب فلزات بسیار متفاوت است. علاوه بر این، با افزایش تعداد الکترون های متصل کننده یون-اتم ها و کاهش فاصله بین اتمی در کریستال ها، شاخص های این خواص افزایش می یابد.

بنابراین، فلزات قلیایی(Li, K, Na, Rb, Cs) که اتمهای آن دارند یک الکترون ظرفیتی، نرم (برش با چاقو)، با چگالی کم (لیتیوم سبک ترین فلز با p = 0.53 گرم بر سانتی متر مکعب است) و در دمای پایین ذوب می شود (مثلاً نقطه ذوب سزیم 29 درجه سانتی گراد است). تنها فلزی که در شرایط عادی مایع است جیوه است که نقطه ذوب 38.9- درجه سانتیگراد دارد. کلسیم که دو الکترون در سطح انرژی بیرونی اتم‌هایش دارد، بسیار سخت‌تر است و در دمای بالاتر (۸۴۲ درجه سانتی‌گراد) ذوب می‌شود. حتی بادوام‌تر شبکه کریستالی است که توسط یون‌های اسکاندیم تشکیل شده است که دارای سه الکترون ظرفیت هستند. اما قوی ترین شبکه های کریستالی، چگالی بالا و دمای ذوب در فلزات زیر گروه های ثانویه V، VI، VII، VIII مشاهده می شود. این با این واقعیت توضیح داده می شود که فلزات زیر گروه های جانبی، که دارای الکترون های ظرفیتی جفت نشده در سطح فرعی d هستند، با تشکیل پیوندهای کووالانسی بسیار قوی بین اتم ها، علاوه بر فلزی، که توسط الکترون های بیرونی انجام می شود، مشخص می شود. لایه ای از اوربیتال های s

سنگین ترین فلز- این اسمیم (Os) با p = 22.5 گرم بر سانتی متر مکعب است (جزئی از آلیاژهای فوق سخت و مقاوم در برابر سایش)، نسوزترین فلز تنگستن W با t = 3420 درجه سانتی گراد است (برای ساخت لامپ های رشته ای استفاده می شود). رشته ها)، سخت ترین فلز است - این کروم کروم (شیشه خش) است. آنها بخشی از موادی هستند که ابزارهای برش فلز، لنت ترمز ماشین های سنگین و غیره از آنها ساخته می شوند.فلزات به روش های مختلف با میدان مغناطیسی تعامل دارند. فلزاتی مانند آهن، کبالت، نیکل و گادولینیوم به دلیل خاصیت مغناطیسی شدن بسیار برجسته هستند. به آنها فرومغناطیس می گویند. اکثر فلزات (فلزات قلیایی و قلیایی خاکی و بخش قابل توجهی از فلزات واسطه) ضعیف مغناطیسی هستند و این حالت را خارج از میدان مغناطیسی حفظ نمی کنند - آنها پارامغناطیس هستند. فلزاتی که توسط میدان مغناطیسی به بیرون رانده می شوند دیامغناطیس هستند (مس، نقره، طلا، بیسموت).

هنگام در نظر گرفتن ساختار الکترونیکی فلزات، فلزات را به فلزات زیر گروه های اصلی (عناصر s و p) و فلزات زیرگروه های ثانویه (عناصر انتقالی d و f) تقسیم کردیم.

در فناوری، مرسوم است که فلزات را بر اساس خواص فیزیکی مختلف طبقه بندی کنند:

1. چگالی - نور (ص< 5 г/см 3) и тяжелые (все остальные).

2. نقطه ذوب - کم ذوب و نسوز.

طبقه بندی فلزات بر اساس خواص شیمیایی آنها وجود دارد. فلزات با فعالیت شیمیایی کم نامیده می شوند نجیب(نقره، طلا، پلاتین و آنالوگ های آن - اسمیم، ایریدیوم، روتنیم، پالادیوم، رودیوم). بر اساس شباهت خواص شیمیایی، آنها را متمایز می کنند قلیایی(فلزات زیر گروه اصلی گروه I) خاک قلیایی(کلسیم، استرانسیوم، باریم، رادیوم)، و همچنین فلزات خاکی کمیاب(اسکاندیم، ایتریم، لانتانیم و لانتانیدها، اکتینیم و اکتینیدها).

خواص شیمیایی عمومی فلزات

اتم های فلزی نسبتا آسان هستند اهدای الکترون ظرفیتو تبدیل به یون های با بار مثبت می شوند، یعنی اکسید می شوند. این ویژگی مشترک اصلی اتم ها و مواد ساده - فلزات است. فلزات همیشه در واکنش های شیمیایی عامل کاهنده هستند. توانایی کاهش اتم های مواد ساده - فلزات تشکیل شده توسط عناصر شیمیایی یک دوره یا یک زیر گروه اصلی جدول تناوبی D.I. مندلیف به طور طبیعی تغییر می کند.

فعالیت کاهشی یک فلز در واکنش های شیمیایی که در محلول های آبی رخ می دهد با موقعیت آن در سری ولتاژ الکتروشیمیایی فلزات منعکس می شود.

بر اساس این سری از ولتاژها، نتایج مهم زیر را می توان در مورد فعالیت شیمیایی فلزات در واکنش هایی که در محلول های آبی در شرایط استاندارد (t = 25 درجه سانتی گراد، p = 1 atm) رخ می دهد، گرفت.

· هر چه یک فلز در این ردیف به سمت چپ بیشتر باشد، یک عامل کاهنده قوی تر است.

· هر فلز قادر است فلزاتی را که بعد از آن در یک سری تنش ها (به سمت راست) قرار دارند، از نمک های موجود در محلول جابجا کند (کاهش).

· فلزات واقع در سری ولتاژ سمت چپ هیدروژن قادر به جابجایی آن از اسیدهای موجود در محلول هستند.

· فلزاتی که قوی ترین عوامل کاهنده هستند (قلیایی و خاکی قلیایی) در درجه اول با آب در هر محلول آبی واکنش می دهند.

فعالیت کاهشی یک فلز که از سری الکتروشیمیایی تعیین می شود، همیشه با موقعیت آن در جدول تناوبی مطابقت ندارد. این با این واقعیت توضیح داده می شود که هنگام تعیین موقعیت یک فلز در یک سری از تنش ها، نه تنها انرژی انتزاعی الکترون از اتم های منفرد در نظر گرفته می شود، بلکه انرژی صرف شده برای تخریب شبکه کریستالی نیز در نظر گرفته می شود. به عنوان انرژی آزاد شده در طول هیدراتاسیون یون ها. به عنوان مثال، لیتیوم در محلول‌های آبی فعال‌تر از سدیم است (اگرچه Na یک فلز فعال‌تر در جدول تناوبی است). واقعیت این است که انرژی هیدراتاسیون یون های Li + بسیار بیشتر از انرژی هیدراتاسیون Na + است، بنابراین اولین فرآیند از نظر انرژی مطلوب تر است. پس از بررسی مفاد کلی که خواص کاهشی فلزات را مشخص می کند، اجازه دهید به واکنش های شیمیایی خاص برویم.

برهمکنش فلزات با غیر فلزات

· بیشتر فلزات با اکسیژن اکسید تشکیل می دهند- پایه و آمفوتریک. اکسیدهای فلزات واسطه اسیدی، مانند اکسید کروم (VI) CrOg یا اکسید منگنز (VII) Mn 2 O 7، با اکسیداسیون مستقیم فلز با اکسیژن تشکیل نمی شوند. به صورت غیر مستقیم به دست می آیند.

فلزات قلیایی Na، K به طور فعال با اکسیژن موجود در هوا واکنش می دهند، تشکیل پراکسیدها:

اکسید سدیم به طور غیر مستقیم از کلسینه کردن پراکسیدها با فلزات مربوطه به دست می آید:

لیتیوم و فلزات قلیایی خاکی با اکسیژن اتمسفر واکنش داده و اکسیدهای اساسی را تشکیل می دهند:

سایر فلزات، به جز فلزات طلا و پلاتین، که به هیچ وجه توسط اکسیژن اتمسفر اکسید نمی شوند، به طور فعال یا در هنگام گرم شدن با آن تعامل کمتری دارند:

· با هالوژن ها، فلزات نمک اسیدهای هیدروهالیک را تشکیل می دهند، مثلا:

· فعال ترین فلزات با هیدروژن هیدریدها را تشکیل می دهند- مواد یونی نمک مانند که در آنها هیدروژن حالت اکسیداسیون 1- دارد، به عنوان مثال:

بسیاری از فلزات انتقالی هیدریدهایی از نوع خاصی را با هیدروژن تشکیل می دهند - گویی هیدروژن حل شده یا به شبکه بلوری فلزات بین اتم ها و یون ها وارد می شود، در حالی که فلز ظاهر خود را حفظ می کند، اما حجم آن افزایش می یابد. هیدروژن جذب شده در فلز است، ظاهراً به شکل اتمی.

هیدریدهای فلزی میانی نیز وجود دارد.

· فلزات خاکستری نمک - سولفیدها را تشکیل می دهند، مثلا:

· واکنش فلزات تا حدودی دشوارتر با نیتروژن استزیرا پیوند شیمیایی در مولکول نیتروژن N2 بسیار قوی است. در این حالت نیتریدها تشکیل می شوند. در دماهای معمولی، فقط لیتیوم با نیتروژن واکنش می دهد:

برهمکنش فلزات با مواد پیچیده

· با آب. در شرایط عادی، فلزات قلیایی و قلیایی خاکی هیدروژن را از آب جابجا می کنند و بازهای محلول را تشکیل می دهند - به عنوان مثال:

فلزات دیگری که در سری ولتاژ قبل از هیدروژن هستند نیز می توانند تحت شرایط خاصی هیدروژن را از آب جابجا کنند. اما آلومینیوم تنها در صورتی با آب به شدت واکنش می دهد که لایه اکسیدی از سطح آن جدا شود:

منیزیم تنها زمانی که جوشانده شود با آب واکنش می دهد و هیدروژن نیز آزاد می شود:

اگر سوختن منیزیم به آب اضافه شود، احتراق ادامه می یابد زیرا واکنش رخ می دهد:

آهن تنها زمانی با آب واکنش نشان می دهد که داغ باشد:

· با اسیدهای موجود در محلول (HCl، H 2 بنابراین 4 ) CH 3 COOH و دیگران، به جز HNO 3 ) فلزاتی که در سری ولتاژ تا هیدروژن هستند برهم کنش دارند.این باعث تولید نمک و هیدروژن می شود.

اما سرب (و برخی فلزات دیگر)، با وجود موقعیت آن در سری ولتاژ (در سمت چپ هیدروژن)، تقریباً در اسید سولفوریک رقیق نامحلول است، زیرا سولفات سرب حاصل PbSO 4 نامحلول است و یک لایه محافظ روی سطح فلز ایجاد می کند. .

· با نمک فلزات کمتر فعال در محلول. در نتیجه این واکنش نمکی از فلز فعالتر تشکیل می شود و فلز کمتر فعال به صورت آزاد آزاد می شود.

باید به خاطر داشت که واکنش در مواردی رخ می دهد که نمک حاصل محلول باشد. جابجایی فلزات از ترکیبات آنها توسط فلزات دیگر برای اولین بار توسط N. N. Beketov، دانشمند بزرگ روسی در زمینه شیمی فیزیک به طور مفصل مورد مطالعه قرار گرفت. او فلزات را بر اساس فعالیت شیمیایی آنها به یک "سری جابجایی" مرتب کرد، که نمونه اولیه یک سری از تنش های فلزی شد.

· با مواد آلی. برهمکنش با اسیدهای آلی مشابه واکنش با اسیدهای معدنی است. الکل ها در تعامل با فلزات قلیایی می توانند خواص اسیدی ضعیفی از خود نشان دهند:

فنل به طور مشابه واکنش نشان می دهد:

فلزات در واکنش‌هایی با هالوآلکان‌ها شرکت می‌کنند، که برای به دست آوردن سیکلوآلکان‌های پایین‌تر و برای سنتزهایی که در طی آن اسکلت کربنی مولکول پیچیده‌تر می‌شود استفاده می‌شود (واکنش A. Wurtz):

· فلزاتی که هیدروکسیدهای آنها آمفوتر هستند با قلیاهای موجود در محلول واکنش می دهند.مثلا:

· فلزات می توانند با یکدیگر ترکیبات شیمیایی تشکیل دهند که در مجموع ترکیبات بین فلزی نامیده می شوند. آنها اغلب حالت های اکسیداسیون اتم ها را نشان نمی دهند، که مشخصه ترکیبات فلزات با غیر فلزات است. مثلا:

Cu 3 Au، LaNi 5، Na 2 Sb، Ca 3 Sb 2 و غیره.

ترکیبات بین فلزی معمولاً ترکیب ثابتی ندارند، پیوند شیمیایی در آنها عمدتاً فلزی است. تشکیل این ترکیبات بیشتر برای فلزات زیر گروه های ثانویه است.

فلزات زیر گروه های اصلی گروه های I-III جدول تناوبی عناصر شیمیایی اثر D.I. Mendeleev

ویژگی های عمومی

اینها فلزات زیر گروه اصلی گروه I هستند. اتم های آنها در سطح انرژی بیرونی هر کدام یک الکترون دارند. فلزات قلیایی - عوامل کاهنده قوی. قدرت کاهشی و فعالیت شیمیایی آنها با افزایش عدد اتمی عنصر (یعنی از بالا به پایین در جدول تناوبی) افزایش می یابد. همه آنها دارای رسانایی الکترونیکی هستند. استحکام پیوند بین اتم های فلز قلیایی با افزایش عدد اتمی عنصر کاهش می یابد. نقطه ذوب و جوش آنها نیز کاهش می یابد. فلزات قلیایی با بسیاری از مواد ساده واکنش می دهند - عوامل اکسید کننده. در واکنش با آب، بازهای محلول در آب (قلیاها) را تشکیل می دهند. عناصر قلیایی خاکیعناصر زیرگروه اصلی گروه II نامیده می شوند. اتم های این عناصر در سطح انرژی بیرونی قرار دارند هر کدام دو الکترون. آن ها هستند قوی ترین عوامل کاهنده،حالت اکسیداسیون +2 دارند. در این زیر گروه اصلی، الگوهای کلی در تغییرات خواص فیزیکی و شیمیایی مشاهده می شود که با افزایش اندازه اتم های گروه از بالا به پایین همراه است و پیوند شیمیایی بین اتم ها نیز ضعیف می شود. با افزایش اندازه یون، خواص اسیدی اکسیدها و هیدروکسیدها ضعیف تر و خواص بازی افزایش می یابد.

زیرگروه اصلی گروه III از عناصر بور، آلومینیوم، گالیم، ایندیم و تالیم تشکیل شده است. همه عناصر p-element هستند. در سطح انرژی خارجی که دارند سه (ها) 2 پ 1 ) الکترون، که تشابه خواص را توضیح می دهد. حالت اکسیداسیون +3. در یک گروه، با افزایش بار هسته ای، خواص فلزی افزایش می یابد. بور یک عنصر غیر فلزی است، در حالی که آلومینیوم از قبل دارای خواص فلزی است. همه عناصر تشکیل اکسید و هیدروکسید می دهند.

بیشتر فلزات در زیر گروه های جدول تناوبی یافت می شوند. برخلاف عناصر زیرگروه های اصلی که سطح بیرونی اوربیتال های اتمی به تدریج با الکترون ها پر می شود، اوربیتال های d سطح انرژی ماقبل آخر و اوربیتال های s آخرین در عناصر زیرگروه های ثانویه پر می شوند. تعداد الکترون ها با عدد گروه مطابقت دارد. عناصری که تعداد الکترون های ظرفیت برابری دارند تحت همان تعداد گروه بندی می شوند. تمام عناصر زیر گروه ها فلز هستند.

مواد ساده ای که توسط فلزات زیر گروه تشکیل می شوند دارای شبکه های کریستالی قوی هستند که در برابر حرارت مقاوم هستند. این فلزات در بین سایر فلزات قوی ترین و نسوزترین هستند. در عناصر d، انتقال با افزایش ظرفیت آنها از خواص پایه از طریق آمفوتریک به اسیدی به وضوح قابل مشاهده است.

فلزات قلیایی (Na, K)

در سطح انرژی خارجی، اتم های فلز قلیایی عناصر حاوی هر کدام یک الکترون، در فاصله زیادی از هسته قرار دارد. آنها به راحتی این الکترون را رها می کنند، بنابراین آنها عوامل کاهنده قوی هستند. در تمام ترکیبات، فلزات قلیایی حالت اکسیداسیون 1+ را نشان می دهند. خواص کاهشی آنها با افزایش شعاع اتمی از Li به Cs افزایش می یابد. همه آنها فلزات معمولی هستند، رنگ سفید نقره ای دارند، نرم (با چاقو قابل برش هستند)، سبک و قابل ذوب هستند. فعالانه با همه تعامل داشته باشید غیر فلزات:

تمام فلزات قلیایی هنگام واکنش با اکسیژن (به استثنای Li) پراکسید تشکیل می دهند. فلزات قلیایی به دلیل واکنش شیمیایی بالا به صورت آزاد یافت نمی شوند.

اکسیدها- جامدات با خواص اساسی آنها از کلسینه کردن پراکسیدها با فلزات مربوطه به دست می آیند:

هیدروکسیدهای NaOH، KOH- مواد جامد سفید، رطوبت سنجی، محلول در آب با انتشار گرما، به عنوان قلیایی طبقه بندی می شوند:

نمک های فلزات قلیایی تقریباً همه در آب محلول هستند. مهمترین آنها: Na 2 CO 3 - کربنات سدیم. Na 2 CO 3 10H 2 O - سودای کریستالی؛ NaHCO 3 - بی کربنات سدیم، جوش شیرین؛ K 2 CO 3 - کربنات پتاسیم، پتاس؛ Na 2 SO 4 10H 2 O - نمک گلوبر. NaCl - کلرید سدیم، نمک خوراکی.

عناصر گروه I در جداول

فلزات قلیایی خاکی (کلسیم، منیزیم)

کلسیم (Ca) نماینده است فلزات قلیایی خاکی، که نام عناصر زیرگروه اصلی گروه دوم است، اما نه همه، بلکه فقط از کلسیم شروع می شود و به پایین گروه می رسد. اینها عناصر شیمیایی هستند که هنگام تعامل با آب، قلیایی تشکیل می دهند. کلسیم در سطح انرژی خارجی حاوی دو الکترون، حالت اکسیداسیون +2.

خواص فیزیکی و شیمیایی کلسیم و ترکیبات آن در جدول ارائه شده است.

منیزیم (Mg)ساختار اتمی مشابه کلسیم دارد، حالت اکسیداسیون آن نیز +2 است. این یک فلز نرم است، اما سطح آن با یک لایه محافظ در هوا پوشیده شده است، که کمی واکنش شیمیایی را کاهش می دهد. احتراق آن با فلاش کور کننده همراه است. MgO و Mg(OH) 2 خواص اساسی را نشان می دهند. اگرچه Mg(OH) 2 کمی محلول است، اما محلول فنل فتالئین را زرشکی رنگ می کند.

Mg + O 2 = MgO 2

اکسیدهای MO مواد سخت، سفید و نسوز هستند. در مهندسی، CaO را آهک زنده و MgO را منیزیم سوخته می نامند؛ این اکسیدها در تولید مصالح ساختمانی استفاده می شوند. واکنش اکسید کلسیم با آب با آزاد شدن گرما همراه است و به آن شل شدن آهک می گویند و Ca(OH) 2 حاصل را آهک خاموش می نامند. محلول شفاف هیدروکسید کلسیم آب آهک و سوسپانسیون سفید Ca(OH) 2 در آب شیر آهک نامیده می شود.

نمک های منیزیم و کلسیم از واکنش آنها با اسیدها به دست می آیند.

CaCO 3 - کربنات کلسیم، گچ، مرمر، سنگ آهک. در ساخت و ساز استفاده می شود. MgCO 3 - کربنات منیزیم - در متالورژی برای حذف سرباره استفاده می شود.

CaSO 4 2H 2 O - گچ. MgSO 4 - سولفات منیزیم - نمک تلخ یا انگلیسی نامیده می شود که در آب دریا یافت می شود. BaSO 4 - سولفات باریم - به دلیل نامحلول بودن و توانایی مسدود کردن اشعه ایکس، در تشخیص ("فرنی باریت") دستگاه گوارش استفاده می شود.

کلسیم 1.5 درصد از وزن بدن انسان را تشکیل می دهد، 98 درصد کلسیم در استخوان ها یافت می شود. منیزیم یک عنصر زیستی است که حدود 40 گرم از آن در بدن انسان وجود دارد و در تشکیل مولکول های پروتئینی نقش دارد.

فلزات قلیایی خاکی در جداول

آلومینیوم

آلومینیوم (Al)- عنصر زیر گروه اصلی گروه III سیستم تناوبی D.I. مندلیف. اتم آلومینیوم در سطح انرژی بیرونی قرار دارد سه الکترونکه در طی فعل و انفعالات شیمیایی به راحتی آزاد می کند. جد زیرگروه و همسایه بالایی آلومینیوم - بور - شعاع اتمی کوچکتری دارد (برای بور 0.080 نانومتر و برای آلومینیوم - 0.143 نانومتر). علاوه بر این، اتم آلومینیوم دارای یک لایه هشت الکترونی میانی است (2e؛ 8e؛ 3e)، که از رسیدن الکترون های بیرونی به هسته جلوگیری می کند. بنابراین، خواص کاهشی اتم های آلومینیوم کاملاً مشخص است.

تقریباً در تمام ترکیبات خود، آلومینیوم دارای حالت اکسیداسیون +3.

آلومینیوم یک ماده ساده است

فلز روشن نقره ای-سفید. در دمای 660 درجه سانتیگراد ذوب می شود. این بسیار پلاستیکی است، به راحتی به سیم کشیده می شود و به صورت فویل تا ضخامت 0.01 میلی متر در می آید. رسانایی الکتریکی و حرارتی بسیار بالایی دارد. آنها آلیاژهای سبک و قوی را با فلزات دیگر تشکیل می دهند. آلومینیوم یک فلز بسیار فعال است. اگر پودر آلومینیوم یا فویل نازک آلومینیوم به شدت گرم شود، آنها شعله ور شود و با شعله ای کور کننده بسوزد:

این واکنش را می توان در هنگام سوختن جرقه ها و آتش بازی ها مشاهده کرد. آلومینیوم، مانند تمام فلزات، به راحتی با غیر فلزات واکنش نشان می دهدبه خصوص به صورت پودر برای شروع واکنش، گرمایش اولیه ضروری است، به استثنای واکنش با هالوژن - کلر و برم، اما سپس تمام واکنش های آلومینیوم با غیر فلزات به شدت انجام می شود و با انتشار مقدار زیادی گرما همراه است. :

آلومینیوم به خوبی در اسیدهای سولفوریک و هیدروکلریک رقیق حل می شود:

و اینجا اسیدهای سولفوریک و نیتریک غلیظ آلومینیوم را غیرفعال می کنند، روی سطح فلز تشکیل می شود فیلم اکسیدی بادوام متراکم، که از پیشرفت بیشتر واکنش جلوگیری می کند. بنابراین این اسیدها در مخازن آلومینیومی حمل می شوند.

اکسید آلومینیوم و هیدروکسید دارای خواص آمفوتریک هستندبنابراین آلومینیوم در محلول های آبی قلیاها حل می شود و نمک ها - آلومینات ها را تشکیل می دهد:

آلومینیوم به طور گسترده در متالورژی برای تولید فلزات - کروم، منگنز، وانادیم، تیتانیوم، زیرکونیوم از اکسیدهای آنها استفاده می شود. این روش آلومینوترمی نامیده می شود. در عمل اغلب از ترمیت استفاده می شود - مخلوطی از Fe 3 O 4 با پودر آلومینیوم. اگر این مخلوط، به عنوان مثال، با استفاده از نوار منیزیم، آتش زده شود، واکنش شدیدی رخ می دهد و مقدار زیادی گرما آزاد می شود:

گرمای آزاد شده برای ذوب کامل آهن حاصله کاملاً کافی است، بنابراین از این فرآیند برای جوشکاری محصولات فولادی استفاده می شود.

آلومینیوم را می توان با الکترولیز به دست آورد - تجزیه مذاب اکسید آن Al 2 O 3 به اجزای سازنده آن با استفاده از جریان الکتریکی. اما نقطه ذوب اکسید آلومینیوم حدود 2050 درجه سانتی گراد است، بنابراین الکترولیز به مقادیر زیادی انرژی نیاز دارد.

اتصالات آلومینیومی

آلومینوسیلیکات ها. این ترکیبات را می توان نمک هایی دانست که از اکسید آلومینیوم، سیلیکون، فلزات قلیایی و قلیایی خاکی تشکیل می شوند. آنها بخش عمده ای از پوسته زمین را تشکیل می دهند. به طور خاص، آلومینوسیلیکات ها بخشی از فلدسپات ها، رایج ترین کانی ها و رس ها هستند.

بوکسیت- سنگی که از آن آلومینیوم به دست می آید. حاوی اکسید آلومینیوم Al 2 O 3 است.

کوراندوم- یک ماده معدنی از ترکیب Al 2 O 3، دارای سختی بسیار بالا است، نوع دانه ریز آن حاوی ناخالصی - سنباده، به عنوان یک ماده ساینده (سنده) استفاده می شود. ترکیب طبیعی دیگر، آلومینا نیز همین فرمول را دارد.

شفاف، رنگی با ناخالصی، کریستال های کوراندوم به خوبی شناخته شده است: قرمز - یاقوت سرخ و آبی - یاقوت کبود، که به عنوان سنگ های قیمتی استفاده می شود. در حال حاضر، آنها به طور مصنوعی به دست می آیند و نه تنها برای جواهرات، بلکه برای اهداف فنی، به عنوان مثال، برای ساخت قطعات ساعت و سایر ابزار دقیق استفاده می شوند. از کریستال های یاقوت در لیزر استفاده می شود.

اکسید آلومینیوم Al 2 O 3 - ماده ای سفید رنگ با نقطه ذوب بسیار بالا. می توان با تجزیه هیدروکسید آلومینیوم با حرارت دادن به دست آورد:

هیدروکسید آلومینیوم Al(OH) 3 به شکل یک رسوب ژلاتینی تحت تأثیر مواد قلیایی بر روی محلول‌های نمک‌های آلومینیوم رسوب می‌کند:

چگونه هیدروکسید آمفوتریکبه راحتی در اسیدها و محلول های قلیایی حل می شود:

آلومینات هانمکهای اسیدهای آلومینیوم ناپایدار - ارتوآلومینیوم H 2 AlO 3، متا آلومینیوم HAlO 2 نامیده می شوند (می توان آن را به عنوان اسید ارتوآلومینیوم در نظر گرفت که یک مولکول آب از مولکول آن حذف شده است). آلومینات های طبیعی شامل اسپینل نجیب و کریزوبریل گرانبها هستند. نمک های آلومینیوم به جز فسفات ها در آب بسیار محلول هستند. برخی از نمک ها (سولفیدها، سولفیت ها) توسط آب تجزیه می شوند. کلرید آلومینیوم AlCl 3 به عنوان کاتالیزور در تولید بسیاری از مواد آلی استفاده می شود.

عناصر گروه III در جداول

ویژگی های عناصر انتقالی - مس، روی، کروم، آهن

مس (مس)- عنصر یک زیر گروه ثانویه از گروه اول. فرمول الکترونیکی: (… 3d 10 4s 1). دهمین d-الکترون آن متحرک است، زیرا از سطح فرعی 4S حرکت کرده است. مس در ترکیبات حالت های اکسیداسیون +1 (Cu 2 O) و +2 (CuO) را نشان می دهد. مس یک فلز صورتی روشن، چکش خوار، چسبناک و رسانای عالی الکتریسیته است. نقطه ذوب 1083 درجه سانتیگراد.

مانند سایر فلزات زیرگروه I از گروه I سیستم تناوبی، مس در سمت راست هیدروژن در سری فعالیت قرار داردو آن را از اسیدها جابه جا نمی کند، اما با اسیدهای اکسید کننده واکنش نشان می دهد:

تحت تأثیر قلیاها بر محلولهای نمکهای مس، رسوبی از یک پایه ضعیف رنگ آبی رسوب می کند.- هیدروکسید مس (II) که با حرارت دادن به اکسید سیاه بازی CuO و آب تجزیه می شود:

خواص شیمیایی مس در جداول

روی (روی)- عنصر یک زیر گروه ثانویه از گروه II. فرمول الکترونیکی آن به شرح زیر است: (… 3d 10 4s 2). از آنجایی که زیرسطح d ماقبل آخر در اتم های روی کاملاً کامل است، روی در ترکیبات حالت اکسیداسیون 2+ را نشان می دهد.

روی فلزی به رنگ سفید نقره ای است که عملاً در هوا تغییر نمی کند. به دلیل وجود یک لایه اکسید روی سطح آن در برابر خوردگی مقاوم است. روی یکی از فعال ترین فلزات در دماهای بالا است با مواد ساده واکنش نشان می دهد:

هیدروژن را از اسیدها جابجا می کند:

روی نیز مانند سایر فلزات جابجا می شود فلزات کمتر فعال از نمک آنها:

Zn + 2 AgNO 3 = 2 Ag + Zn (NO 3) 2

هیدروکسید روی آمفوتریک است، یعنی هم خواص اسیدها و هم بازها را نشان می دهد. هنگامی که یک محلول قلیایی به تدریج به محلول نمک روی اضافه می شود، رسوبی که در ابتدا تشکیل شده بود حل می شود (همین مورد در مورد آلومینیوم نیز اتفاق می افتد):

خواص شیمیایی روی در جداول

مثلا کروم (کروم)می توان نشان داد که خواص عناصر انتقالی در طول دوره تغییر قابل توجهی نمی کند: یک تغییر کمی به دلیل تغییر در تعداد الکترون ها در اوربیتال های ظرفیت رخ می دهد. حداکثر حالت اکسیداسیون کروم 6+ است. فلز در سری فعالیت در سمت چپ هیدروژن قرار دارد و آن را از اسیدها جابجا می کند:

هنگامی که یک محلول قلیایی به چنین محلولی اضافه می شود، رسوب Me(OH) تشکیل می شود 2 که به سرعت توسط اکسیژن اتمسفر اکسید می شود:

مربوط به اکسید آمفوتریک Cr 2 O 3 است. اکسید کروم و هیدروکسید (در بالاترین حالت اکسیداسیون) به ترتیب خواص اکسیدهای اسیدی و اسیدها را نشان می دهند. نمک های اسید کرومیک (H 2 CrO 4 ) در یک محیط اسیدی به دی کرومات تبدیل می شوند- نمک های اسید دی کرومیک (H 2 Cr 2 O 7). ترکیبات کروم قابلیت اکسیداسیون بالایی دارند.

خواص شیمیایی کروم در جداول

آهن آهن- عنصری از زیر گروه ثانویه گروه هشتم و دوره چهارم جدول تناوبی D.I. مندلیف. ساختار اتم های آهن تا حدودی متفاوت از اتم های عناصر زیرگروه های اصلی است. همانطور که شایسته عنصر دوره چهارم است، اتم های آهن دارای چهار سطح انرژی هستند، اما آخرین سطح نیست که پر می شود، بلکه سطح ماقبل آخر، سومین سطح از هسته است. در آخرین سطح، اتم های آهن حاوی دو الکترون هستند. در سطح ماقبل آخر که می تواند 18 الکترون را در خود جای دهد، اتم آهن دارای 14 الکترون است. در نتیجه، توزیع الکترون ها در سطوح در اتم های آهن به شرح زیر است: 2e; 8e ; 14e; 2e. مانند تمام فلزات، اتم های آهن خاصیت کاهشی از خود نشان می دهند، در طی فعل و انفعالات شیمیایی نه تنها دو الکترون از آخرین سطح از بین می رود و حالت اکسیداسیون 2 + را به دست می آورد، بلکه یک الکترون از سطح ماقبل آخر را نیز به دست می آورد، در حالی که حالت اکسیداسیون اتم به +3 افزایش می یابد.

آهن یک ماده ساده است

این فلز براق سفید مایل به نقره ای با نقطه ذوب 1539 درجه سانتیگراد است. بسیار پلاستیکی است، بنابراین پردازش، جعل، رول، مهر و موم آسان است. آهن قابلیت مغناطیسی شدن و مغناطیس زدایی را دارد. با استفاده از روش های حرارتی و مکانیکی می توان به آن استحکام و سختی بیشتری داد. آهن از نظر فنی و شیمیایی خالص وجود دارد. آهن از نظر فنی خالص اساساً فولاد کم کربن است؛ حاوی 0.02-0.04 درصد کربن و حتی اکسیژن، گوگرد، نیتروژن و فسفر کمتر است. آهن خالص شیمیایی حاوی کمتر از 0.01 درصد ناخالصی است. به عنوان مثال، گیره ها و دکمه ها از آهن فنی خالص ساخته شده اند. چنین آهنی به راحتی خورده می شود، در حالی که آهن خالص شیمیایی تقریباً در معرض خوردگی نیست. در حال حاضر آهن اساس تکنولوژی مدرن و مهندسی کشاورزی، حمل و نقل و ارتباطات، سفینه های فضایی و به طور کلی تمام تمدن مدرن است. اکثر محصولات، از سوزن خیاطی گرفته تا فضاپیما، بدون استفاده از آهن قابل تولید نیستند.

خواص شیمیایی آهن

آهن می تواند حالت های اکسیداسیون +2 و +3 را نشان دهدبر این اساس، آهن دو سری ترکیب می دهد. تعداد الکترون‌هایی که یک اتم آهن در طی واکنش‌های شیمیایی از خود جدا می‌کند، بستگی به توانایی اکسیداسیون موادی دارد که با آن واکنش می‌دهند.

به عنوان مثال، با هالوژن ها، آهن هالیدها را تشکیل می دهد که در آنها حالت اکسیداسیون +3 دارد:

و با سولفید گوگرد - آهن (II):

آهن داغ در اکسیژن می سوزدبا تشکیل مقیاس آهن:

در دمای بالا (700-900 درجه سانتیگراد) آهن با بخار آب واکنش می دهد:

مطابق با موقعیت آهن در سری ولتاژ الکتروشیمیایی، می تواند فلزات را به سمت راست آن از محلول های آبی نمک های آنها جابجا کند، به عنوان مثال:

آهن در اسیدهای هیدروکلریک و سولفوریک رقیق حل می شود، یعنی توسط یون های هیدروژن اکسید می شود:

آهن نیز در اسید نیتریک رقیق حل می شود.این نیترات آهن (III)، آب و محصولات احیای اسید نیتریک - N 2، NO یا NH 3 (NH 4 NO 3) بسته به غلظت اسید تولید می کند.

ترکیبات آهن

در طبیعت، آهن تعدادی مواد معدنی را تشکیل می دهد. این سنگ آهن مغناطیسی (مگنتیت) Fe 3 O 4، سنگ آهن قرمز (هماتیت) Fe 2 O 3، سنگ آهن قهوه ای (لیمونیت) 2Fe 2 O 3 3H 2 O است. یکی دیگر از ترکیبات طبیعی آهن، آهن یا گوگرد، پیریت است. پیریت) FeS 2، به عنوان سنگ آهن برای تولید فلز استفاده نمی شود، اما برای تولید اسید سولفوریک استفاده می شود.

آهن با دو سری ترکیب مشخص می شود: ترکیبات آهن (II) و آهن (III).اکسید آهن (II) FeO و هیدروکسید آهن (II) مربوط به آن Fe(OH) 2 به طور غیر مستقیم، به ویژه، از طریق زنجیره تبدیل زیر به دست می آیند:

هر دو ترکیب دارای خواص اساسی متمایز هستند.

کاتیون های آهن (II) Fe 2 + به راحتی توسط اکسیژن اتمسفر به کاتیون های آهن (III) Fe اکسید می شود 3 + . بنابراین، رسوب سفید هیدروکسید آهن (II) سبز می شود و سپس قهوه ای می شود و به هیدروکسید آهن (III) تبدیل می شود:

اکسید آهن (III) Fe 2 O 3 و هیدروکسید آهن (III) مربوطه Fe(OH) 3 نیز به طور غیرمستقیم به دست می آید، به عنوان مثال، در طول زنجیره:

از بین نمک های آهن، سولفات ها و کلریدها از نظر فنی بیشترین اهمیت را دارند.

کریستال هیدرات سولفات آهن (II) FeSO 4 7H 2 O، معروف به سولفات آهن، برای کنترل آفات گیاهی، تهیه رنگ های معدنی و برای اهداف دیگر استفاده می شود. کلرید آهن (III) FeCl 3 به عنوان ماده خشک کننده هنگام رنگرزی پارچه ها استفاده می شود. سولفات آهن (III) Fe 2 (SO 4) 3 9H 2 O برای تصفیه آب و سایر اهداف استفاده می شود.

خواص فیزیکی و شیمیایی آهن و ترکیبات آن در جدول خلاصه شده است:

خواص شیمیایی آهن در جداول

واکنش های کیفی به یون های Fe 2 + و Fe 3 +

برای شناخت ترکیبات آهن (II) و (III). انجام واکنش های کیفی به یون آهن 2+ و Fe 3+ . یک واکنش کیفی به یون های Fe 2+ واکنش نمک های آهن (II) با ترکیب K 3 است که نمک قرمز خون نامیده می شود. این گروه خاصی از نمک ها به نام نمک های پیچیده است که در ادامه با آن ها آشنا خواهید شد. در عین حال، باید بدانید که چگونه چنین نمک هایی جدا می شوند:

معرف یون های Fe 3+ ترکیب پیچیده دیگری است - نمک خون زرد - K 4 که در محلول به روشی مشابه تجزیه می شود:

اگر محلول‌های حاوی یون‌های Fe 2+ و Fe 3+ به ترتیب به محلول‌های نمک قرمز خون (معرف برای Fe 2+) و نمک خون زرد (معرف برای Fe 3+) اضافه شود، در هر دو مورد همان رسوب آبی رسوب می‌کند. :

برای تشخیص یون های Fe 3+، از برهمکنش نمک های آهن (III) با تیوسیانات پتاسیم KNCS یا آمونیوم تیوسیانات NH 4 NCS نیز استفاده می شود. در این حالت، یک یون رنگی روشن FeNCNS 2+ تشکیل می شود که در نتیجه کل محلول یک رنگ قرمز شدید به دست می آورد:

جدول حلالیت

ساختار اتم های فلزی نه تنها ویژگی های فیزیکی مشخصه مواد ساده - فلزات، بلکه خواص شیمیایی عمومی آنها را نیز تعیین می کند.

با تنوع زیاد، تمام واکنش‌های شیمیایی فلزات ردوکس هستند و تنها می‌توانند دو نوع باشند: ترکیبی و جایگزینی. فلزات قادر به اهدای الکترون در طی واکنش های شیمیایی هستند، یعنی عوامل کاهنده هستند و تنها حالت اکسیداسیون مثبت را در ترکیبات حاصل از خود نشان می دهند.

به طور کلی می توان این را با نمودار زیر بیان کرد:
Me 0 – ne → Me +n,
که در آن Me یک فلز است - یک ماده ساده، و Me 0+n یک فلز است، یک عنصر شیمیایی در یک ترکیب.

فلزات می‌توانند الکترون‌های ظرفیت خود را به اتم‌های غیرفلز، یون‌های هیدروژن و یون‌های فلزات دیگر اهدا کنند و بنابراین با غیرفلزات - مواد ساده، آب، اسیدها، نمک‌ها، واکنش نشان می‌دهند. با این حال، توانایی کاهش فلزات متفاوت است. ترکیب محصولات واکنش فلزات با مواد مختلف به توانایی اکسید کننده مواد و شرایطی که در آن واکنش رخ می دهد بستگی دارد.

در دماهای بالا، بیشتر فلزات در اکسیژن می سوزند:

2Mg + O2 = 2MgO

فقط طلا، نقره، پلاتین و برخی فلزات دیگر در این شرایط اکسید نمی شوند.

بسیاری از فلزات بدون حرارت دادن با هالوژن ها واکنش می دهند. به عنوان مثال، پودر آلومینیوم هنگامی که با برم مخلوط می شود، مشتعل می شود:

2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3

هنگامی که فلزات با آب برهمکنش می کنند، در برخی موارد هیدروکسیدها تشکیل می شوند. در شرایط عادی، فلزات قلیایی و همچنین کلسیم، استرانسیوم و باریم به طور فعال با آب تعامل دارند. طرح کلی این واکنش به این صورت است:

Me + HOH → Me(OH) n + H 2

فلزات دیگر هنگام گرم شدن با آب واکنش نشان می دهند: منیزیم وقتی می جوشد، آهن در بخار آب وقتی قرمز می شود. در این موارد اکسیدهای فلزی به دست می آید.

اگر یک فلز با اسید واکنش نشان دهد، بخشی از نمک حاصل است. هنگامی که یک فلز با محلول های اسید برهمکنش می کند، می تواند توسط یون های هیدروژن موجود در محلول اکسید شود. معادله یونی خلاصه شده را می توان به صورت کلی به صورت زیر نوشت:

Me + nH + → Me n + + H 2

آنیون های اسیدهای حاوی اکسیژن، مانند سولفوریک غلیظ و نیتریک، خواص اکسید کننده قوی تری نسبت به یون های هیدروژن دارند. بنابراین، آن دسته از فلزاتی که قادر به اکسید شدن توسط یون های هیدروژن نیستند، مثلاً مس و نقره، با این اسیدها واکنش می دهند.

هنگامی که فلزات با نمک‌ها برهم کنش می‌کنند، یک واکنش جانشینی رخ می‌دهد: الکترون‌های اتم‌های فلز جایگزین - فعال‌تر - به یون‌های فلز جایگزین شده - کمتر فعال منتقل می‌شوند. سپس شبکه فلز را با فلز در نمک ها جایگزین می کند. این واکنش ها برگشت پذیر نیستند: اگر فلز A فلز B را از محلول نمک جابجا کند، آنگاه فلز B فلز A را از محلول نمک جابجا نمی کند.

به ترتیب نزولی فعالیت شیمیایی که در واکنش های جابجایی فلزات از یکدیگر از محلول های آبی نمک های آنها آشکار می شود، فلزات در سری الکتروشیمیایی ولتاژ (فعالیت) فلزات قرار دارند:

Li → Rb → K → Ba → Sr → Ca → Na→ Mg → Al → Mn → Zn → Cr → Fe → Cd→ Co → Ni → Sn → Pb → H → Sb → Bi → Cu → Hg → Ag → Pd → Pt → Au

فلزات واقع در سمت چپ در این ردیف فعال تر هستند و می توانند فلزات زیر را از محلول های نمکی جابجا کنند.

هیدروژن در مجموعه ولتاژهای الکتروشیمیایی فلزات، به عنوان تنها غیر فلزی که دارای ویژگی مشترک با فلزات است - برای تشکیل یون های دارای بار مثبت، گنجانده شده است. بنابراین، هیدروژن جایگزین برخی از فلزات در نمک آنها می شود و خود می تواند با بسیاری از فلزات در اسیدها جایگزین شود، به عنوان مثال:

Zn + 2 HCl = ZnCl 2 + H 2 + Q

فلزاتی که در سری ولتاژ الکتروشیمیایی قبل از هیدروژن قرار می گیرند، آن را از محلول های بسیاری از اسیدها (کلریدریک، سولفوریک و غیره) جابجا می کنند، اما تمام کسانی که از آن پیروی می کنند، مثلاً مس، آن را جابه جا نمی کنند.

blog.site، هنگام کپی کردن کامل یا جزئی مطالب، پیوند به منبع اصلی الزامی است.

خواص عمومی فلزات

وجود الکترون های ظرفیتی که به طور ضعیف به هسته متصل شده اند، خصوصیات شیمیایی عمومی فلزات را تعیین می کند. در واکنش‌های شیمیایی، آنها همیشه به عنوان یک عامل کاهنده عمل می‌کنند؛ مواد فلزی ساده هرگز خاصیت اکسید کنندگی از خود نشان نمی‌دهند.

به دست آوردن فلزات:
- کاهش اکسیدها با کربن (C)، مونوکسید کربن (CO)، هیدروژن (H2) یا یک فلز فعال تر (Al، Ca، Mg).
- کاهش از محلول های نمک با یک فلز فعال تر.
- الکترولیز محلولها یا مذابهای ترکیبات فلزی - کاهش فعالترین فلزات (فلزات قلیایی، قلیایی خاکی و آلومینیوم) با استفاده از جریان الکتریکی.

در طبیعت، فلزات عمدتاً به صورت ترکیبات یافت می شوند؛ تنها فلزات کم فعال به شکل مواد ساده (فلزات بومی) یافت می شوند.

خواص شیمیایی فلزات
1. تعامل با مواد ساده، غیر فلزات:
اکثر فلزات می توانند توسط غیر فلزات مانند هالوژن، اکسیژن، گوگرد و نیتروژن اکسید شوند. اما بیشتر این واکنش ها برای شروع نیاز به پیش گرم کردن دارند. متعاقباً واکنش می تواند با آزاد شدن مقدار زیادی گرما ادامه یابد که منجر به احتراق فلز می شود.
در دمای اتاق، واکنش تنها بین فعال ترین فلزات (قلیایی و خاک قلیایی) و فعال ترین غیر فلزات (هالوژن ها، اکسیژن) امکان پذیر است. فلزات قلیایی (Na، K) با اکسیژن واکنش داده و پراکسیدها و سوپراکسیدها (Na2O2، KO2) را تشکیل می دهند.

الف) برهمکنش فلزات با آب.
در دمای اتاق، فلزات قلیایی و قلیایی خاکی با آب تعامل دارند. در نتیجه واکنش جانشینی، قلیایی (باز محلول) و هیدروژن تشکیل می شود: فلز + H2O = Me(OH) + H2
هنگامی که گرم می شود، فلزات دیگری که در سمت چپ هیدروژن در سری فعالیت قرار دارند با آب برهمکنش می کنند. منیزیم با آب جوش واکنش می دهد، آلومینیوم - پس از عملیات سطحی ویژه، در نتیجه بازهای نامحلول - هیدروکسید منیزیم یا هیدروکسید آلومینیوم - تشکیل می شود و هیدروژن آزاد می شود. فلزات در سری فعالیت از روی (شامل) تا سرب (شامل) با بخار آب (یعنی بالای 100 درجه سانتیگراد) برهم کنش می کنند و اکسیدهای فلزات مربوطه و هیدروژن تشکیل می شوند.
فلزات واقع در سری فعالیت سمت راست هیدروژن با آب برهمکنش ندارند.
ب) برهمکنش با اکسیدها:
فلزات فعال با واکنش جایگزینی با اکسیدهای فلزات دیگر یا غیرفلزات واکنش نشان می دهند و آنها را به مواد ساده تبدیل می کنند.
ج) برهمکنش با اسیدها:
فلزات واقع در سری فعالیت در سمت چپ هیدروژن با اسیدها واکنش داده و هیدروژن آزاد می کنند و نمک مربوطه را تشکیل می دهند. فلزات واقع در سری فعالیت سمت راست هیدروژن با محلول های اسیدی برهمکنش ندارند.
جایگاه ویژه ای را واکنش فلزات با اسیدهای نیتریک و سولفوریک غلیظ اشغال می کند. تمام فلزات به جز فلزات نجیب (طلا، پلاتین) می توانند توسط این اسیدهای اکسید کننده اکسید شوند. این واکنش ها همیشه نمک های مربوطه، آب و محصول احیا نیتروژن یا گوگرد را تولید می کنند.
د) با مواد قلیایی
فلزاتی که ترکیبات آمفوتریک (آلومینیوم، بریلیم، روی) را تشکیل می دهند، قادر به واکنش با مذاب هستند (در این حالت نمک های متوسط ​​آلومینات، بریلات ها یا زینکات ها تشکیل می شوند) یا محلول های قلیایی (در این حالت نمک های پیچیده مربوطه تشکیل می شوند). تمام واکنش ها هیدروژن تولید می کنند.
ه) مطابق با موقعیت فلز در سری فعالیت، واکنش های کاهش (جابجایی) یک فلز کمتر فعال از محلول نمک آن توسط فلز فعال تر دیگر امکان پذیر است. در نتیجه واکنش، نمک یک فلز فعال تر و یک ماده ساده - یک فلز کمتر فعال - تشکیل می شود.

خواص عمومی غیر فلزات

نافلزات بسیار کمتری نسبت به فلزات وجود دارد (22 عنصر). با این حال، شیمی نافلزات به دلیل اشغال بیشتر سطح انرژی بیرونی اتم های آنها بسیار پیچیده تر است.
خواص فیزیکی غیر فلزات متنوع تر است: در میان آنها مواد گازی (فلوئور، کلر، اکسیژن، نیتروژن، هیدروژن)، مایع (برم) و مواد جامد وجود دارد که از نظر نقطه ذوب تفاوت زیادی با یکدیگر دارند. اکثر نافلزات رسانای الکتریسیته نیستند، اما سیلیکون، گرافیت و ژرمانیوم دارای خواص نیمه هادی هستند.
گاز، مایع و برخی از غیر فلزات جامد (ید) دارای ساختار مولکولی شبکه بلوری هستند، سایر غیرفلزها دارای شبکه بلوری اتمی هستند.
فلوئور، کلر، برم، ید، اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن در شرایط عادی به شکل مولکول های دو اتمی وجود دارند.
بسیاری از عناصر غیرفلزی چندین تغییر آلوتروپیک از مواد ساده را تشکیل می دهند. بنابراین اکسیژن دارای دو تغییر آلوتروپیک است - اکسیژن O2 و ازن O3، گوگرد دارای سه تغییر آلوتروپیک است - گوگرد اورتورومبیک، پلاستیک و مونوکلینیک، فسفر دارای سه تغییر آلوتروپیک است - فسفر قرمز، سفید و سیاه، کربن - شش تغییر آلوتروپیک، دوده دودگراف. کاربین، فولرن، گرافن.

برخلاف فلزات که فقط خواص کاهنده از خود نشان می دهند، نافلزات در واکنش با مواد ساده و پیچیده می توانند هم به عنوان یک عامل کاهنده و هم به عنوان عامل اکسید کننده عمل کنند. با توجه به فعالیت خود، نافلزات جایگاه مشخصی را در سری الکترونگاتیوی اشغال می کنند. فلوئور فعال ترین غیرفلز محسوب می شود. این فقط خواص اکسید کننده را نشان می دهد. در رتبه دوم از نظر فعالیت، اکسیژن، در رتبه سوم نیتروژن، پس از آن هالوژن ها و سایر غیر فلزات قرار دارد. هیدروژن کمترین الکترونگاتیوی را در بین غیر فلزات دارد.

خواص شیمیایی نافلزات

1. تعامل با مواد ساده:
نافلزات با فلزات برهم کنش دارند. در چنین واکنش هایی، فلزات به عنوان یک عامل کاهنده و غیر فلزات به عنوان یک عامل اکسید کننده عمل می کنند. در نتیجه واکنش ترکیبی، ترکیبات دوتایی تشکیل می شوند - اکسیدها، پراکسیدها، نیتریدها، هیدریدها، نمک های اسیدهای بدون اکسیژن.
در واکنش‌های نافلزات با یکدیگر، هر چه نافلز الکترونگاتیو بیشتر خواص اکسید کننده را از خود نشان دهد و الکترونگاتیو کمتر، خواص عامل احیا کننده را نشان می‌دهد. واکنش ترکیبی باعث تولید ترکیبات دوتایی می شود. باید به خاطر داشت که غیر فلزات می توانند حالت های اکسیداسیون متفاوتی را در ترکیبات خود نشان دهند.
2. تعامل با مواد پیچیده:
الف) با آب:
در شرایط عادی، فقط هالوژن ها با آب تعامل دارند.
ب) با اکسیدهای فلزات و غیر فلزات:
بسیاری از نافلزات می توانند در دماهای بالا با اکسیدهای سایر نافلزات واکنش دهند و آنها را به مواد ساده تبدیل کنند. نافلزاتی که در سمت چپ گوگرد در سری الکترونگاتیوی قرار دارند نیز می توانند با اکسیدهای فلزی برهم کنش داشته باشند و فلزات را به مواد ساده تبدیل کنند.
ج) با اسیدها:
برخی از غیر فلزات را می توان با اسیدهای سولفوریک یا نیتریک غلیظ اکسید کرد.
د) با مواد قلیایی:
تحت تأثیر قلیاها، برخی از نافلزات می توانند دچار تغییر جهش شوند، که هم عامل اکسید کننده و هم عامل کاهنده هستند.
مثلاً در واکنش هالوژن ها با محلول های قلیایی بدون حرارت دادن: Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O یا با حرارت دادن: 3Cl2 + 6NaOH = 5NaCl + NaClO3 + 3H2O.
د) با نمک:
هنگام تعامل، آنها عوامل اکسید کننده قوی هستند و خواص کاهشی را نشان می دهند.
هالوژن ها (به جز فلوئور) با محلول های نمک اسیدهای هیدروهالیک وارد واکنش های جایگزینی می شوند: هالوژن فعال تر، هالوژن کمتر فعال را از محلول نمک جابجا می کند.

1. فلزات با غیر فلزات واکنش نشان می دهند.

2 من + n Hal 2 → 2 MeHal n

4Li + O2 = 2Li2O

فلزات قلیایی، به استثنای لیتیوم، پراکسیدها را تشکیل می دهند:

2Na + O 2 = Na 2 O 2

2. فلزات قبل از هیدروژن با اسیدها (به جز اسیدهای نیتریک و سولفوریک) واکنش می دهند تا هیدروژن آزاد شود.

Me + HCl → نمک + H2

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2

Pb + 2 HCl → PbCl2↓ + H2

3. فلزات فعال با آب واکنش داده و قلیایی تشکیل می دهند و هیدروژن آزاد می کنند.

2Me+ 2n H 2 O → 2Me(OH) n + n H 2

محصول اکسیداسیون فلز هیدروکسید آن است - Me(OH) n (که n حالت اکسیداسیون فلز است).

مثلا:

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

4. فلزات با فعالیت متوسط ​​با گرم شدن با آب واکنش می دهند و اکسید فلز و هیدروژن تشکیل می دهند.

2Me + nH 2 O → Me 2 O n + nH 2

محصول اکسیداسیون در چنین واکنش هایی اکسید فلز Me 2 O n است (که n حالت اکسیداسیون فلز است).

3Fe + 4H 2 O → Fe 2 O 3 FeO + 4H 2

5. فلزات بعد از هیدروژن با آب و محلول اسید واکنش نمی دهند (به جز غلظت نیتریک و گوگرد)

6. فلزات فعال تر، فلزات کمتر فعال را از محلول نمک هایشان جابجا می کند.

CuSO 4 + Zn = Zn SO 4 + Cu

CuSO 4 + Fe = Fe SO 4 + Cu

فلزات فعال - روی و آهن - جایگزین مس در سولفات شدند و نمک ها را تشکیل دادند. روی و آهن اکسید شدند و مس احیا شد.

7. هالوژن ها با آب و محلول قلیایی واکنش می دهند.

فلوئور برخلاف سایر هالوژن ها آب را اکسید می کند:

2 ساعت 2 O+2F 2 = 4HF + O 2 .

در سرما: Cl2+2KOH=KClO+KCl+H2OCl2+2KOH=KClO+KCl+H2O کلرید و هیپوکلریت تشکیل می شود.

هنگام گرم شدن: 3Cl2+6KOH−→KClO3+5KCl+3H2O3Cl2+6KOH→t،∘CKClO3+5KCl+3H2O لورید و کلرات تشکیل می شود.

8 هالوژن های فعال (به جز فلوئور) هالوژن های کمتر فعال را از محلول های نمک هایشان جابجا می کنند.

9. هالوژن ها با اکسیژن واکنش نمی دهند.

10. فلزات آمفوتریک (Al, Be, Zn) با محلولهای قلیایی و اسیدها واکنش می دهند.

3Zn+4H2SO4= 3 ZnSO4+S+4H2O

11. منیزیم با دی اکسید کربن و اکسید سیلیکون واکنش می دهد.

2Mg + CO2 = C + 2MgO

SiO2+2Mg=Si+2MgO

12. فلزات قلیایی (به جز لیتیوم) با اکسیژن پراکسید تشکیل می دهند.

2Na + O 2 = Na 2 O 2

3. طبقه بندی ترکیبات معدنی

مواد ساده - موادی که مولکول های آنها از اتم هایی از یک نوع (اتم های یک عنصر) تشکیل شده است. در واکنش های شیمیایی نمی توانند تجزیه شوند و مواد دیگری را تشکیل دهند.

مواد پیچیده (یا ترکیبات شیمیایی) موادی هستند که مولکول های آنها از اتم های انواع مختلف (اتم های عناصر شیمیایی مختلف) تشکیل شده است. در واکنش های شیمیایی تجزیه می شوند و چندین ماده دیگر را تشکیل می دهند.

مواد ساده به دو گروه بزرگ تقسیم می شوند: فلزات و غیر فلزات.

فلزات - گروهی از عناصر با خواص فلزی مشخص: جامدات (به استثنای جیوه) دارای درخشندگی فلزی، رسانای خوب گرما و الکتریسیته، چکش خوار (آهن (Fe)، مس (مس)، آلومینیوم (Al)، جیوه ( جیوه)، طلا (Au)، نقره (Ag) و غیره).

غیر فلزات - گروهی از عناصر: مواد جامد، مایع (برم) و گازی که درخشندگی فلزی ندارند، عایق هستند و شکننده هستند.

و مواد پیچیده نیز به نوبه خود به چهار گروه یا کلاس تقسیم می شوند: اکسیدها، بازها، اسیدها و نمک ها.

اکسیدها - اینها مواد پیچیده ای هستند که مولکول های آنها شامل اتم های اکسیژن و برخی مواد دیگر است.

دلایل - اینها مواد پیچیده ای هستند که در آنها اتم های فلز به یک یا چند گروه هیدروکسیل متصل می شوند.

از دیدگاه تئوری تفکیک الکترولیتی، بازها مواد پیچیده ای هستند که با تفکیک آنها در محلول آبی کاتیون های فلزی (یا NH4+) و آنیون های هیدروکسید OH- تولید می شود.

اسیدها - اینها مواد پیچیده ای هستند که مولکول های آنها شامل اتم های هیدروژن است که می توانند جایگزین یا با اتم های فلز مبادله شوند.

نمک ها - اینها مواد پیچیده ای هستند که مولکول های آنها از اتم های فلز و باقی مانده های اسیدی تشکیل شده است. نمک محصول جایگزینی جزئی یا کامل اتم های هیدروژن اسید با فلز است.

خواص ترمیمی- اینها خصوصیات شیمیایی اصلی همه فلزات هستند. آنها خود را در تعامل با طیف گسترده ای از عوامل اکسید کننده، از جمله عوامل اکسید کننده از محیط، نشان می دهند. به طور کلی، برهمکنش یک فلز با عوامل اکسید کننده را می توان با طرح زیر بیان کرد:

من + عامل اکسید کننده" من(+X)

جایی که (+X) حالت اکسیداسیون مثبت Me است.

نمونه هایی از اکسیداسیون فلزات

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

Ti + I 2 → Ti(+4) Ti + 2I 2 = TiI 4

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

سری فعالیت های فلزی

خواص کاهشی فلزات با یکدیگر متفاوت است. پتانسیل الکترود E به عنوان یک مشخصه کمی برای خواص احیا فلزات استفاده می شود.

هر چه فلز فعال تر باشد، پتانسیل استاندارد الکترود آن Eo منفی تر است.

فلزات در یک ردیف با کاهش فعالیت اکسیداتیو آنها یک سری فعالیت را تشکیل می دهند.

سری فعالیت های فلزی

من

لی

ک

حدود

Na

Mg

ال

منگنز

روی

Cr

Fe

نی

Sn

سرب

H 2

مس

Ag

طلا

من z+

Li+

K+

Ca2+

Na+

Mg 2+

Al 3+

Mn 2+

Zn 2+

Cr 3+

Fe 2+

Ni 2+

Sn 2+

Pb 2+

H+

Cu 2+

Ag+

Au 3+

E o, B

-3,0

-2,9

-2,87

-2,71

-2,36

-1,66

-1,18

-0,76

-0,74

-0,44

-0,25

-0,14

-0,13

0

+0,34

+0,80

+1,50

فلزی با مقدار Eo منفی تر می تواند کاتیون فلزی با پتانسیل الکترود مثبت تر را کاهش دهد.

احیای یک فلز از محلول نمک آن با فلز دیگری با فعالیت کاهشی بالاتر را سیمان کردن می نامند. سیمان سازی در فناوری های متالورژی استفاده می شود.

به ویژه، کادمیوم با احیای آن از محلول نمک آن با روی به دست می آید.

Zn + Cd 2 + = Cd + Zn 2 +

3.3. 1. برهمکنش فلزات با اکسیژن

اکسیژن یک عامل اکسید کننده قوی است. می تواند اکثریت قریب به اتفاق فلزات را اکسید کند به جزطلاوPt . فلزات در معرض هوا با اکسیژن در تماس هستند، بنابراین هنگام مطالعه شیمی فلزات، همیشه به ویژگی های تعامل فلز با اکسیژن توجه می شود.

همه می دانند که آهن در هوای مرطوب با زنگ زدگی - اکسید آهن هیدراته پوشیده می شود. اما بسیاری از فلزات در حالت فشرده در دماهای نه چندان بالا در برابر اکسیداسیون مقاومت نشان می دهند، زیرا لایه های محافظ نازکی را روی سطح خود تشکیل می دهند. این لایه های محصولات اکسیداسیون از تماس عامل اکسید کننده با فلز جلوگیری می کنند. پدیده تشکیل لایه های محافظ روی سطح فلز که از اکسید شدن فلز جلوگیری می کند را غیرفعال شدن فلز می گویند.

افزایش دما باعث اکسیداسیون فلزات با اکسیژن می شود. فعالیت فلزات در حالت ریز خرد شده افزایش می یابد. بیشتر فلزات به صورت پودر در اکسیژن می سوزند.

s-فلزات

بیشترین فعالیت کاهنده را نشان دهیدس-فلزاتفلزات Na، K، Rb Cs می توانند در هوا مشتعل شوند و در ظروف مهر و موم شده یا زیر لایه ای از نفت سفید ذخیره می شوند. Be و Mg در دماهای پایین هوا غیرفعال می شوند. اما هنگامی که مشتعل می شود، نوار Mg با شعله کور می سوزد.

فلزاتIIزیرگروه های A و Li، هنگام تعامل با اکسیژن، اکسیدها را تشکیل می دهند.

2Ca + O2 = 2CaO

4 Li + O 2 = 2 Li 2 O

فلزات قلیایی به جزلی، هنگام تعامل با اکسیژن، آنها نه اکسید، بلکه پراکسیدها را تشکیل می دهندمن 2 O 2 و سوپراکسیدهاMeO 2 .

2Na + O 2 = Na 2 O 2

K + O 2 = KO 2

p-فلزات

فلزات متعلق بهپ- بلوک در هوا غیرفعال می شود.

هنگام سوختن در اکسیژن

• فلزات زیر گروه IIIA اکسیدهایی از این نوع را تشکیل می دهند من 2 O 3,
• Sn به اکسیده می شود SnO 2 ، و سرب - تا PbO
• بی می رود به Bi2O3.

d-فلزات

همهد-فلزات دوره 4 توسط اکسیژن اکسید می شوند. Sc، Mn، Fe به راحتی اکسید می شوند. به ویژه در برابر خوردگی مقاوم هستند Ti، V، Cr.

وقتی در اکسیژن می سوزند از همهد

وقتی در اکسیژن می سوزند از همهد-از عناصر دوره 4، فقط اسکاندیم، تیتانیوم و وانادیم اکسیدهایی را تشکیل می دهند که در آنها Me در بالاترین حالت اکسیداسیون برابر با عدد گروه است.دوره باقیمانده 4 d-فلز، هنگامی که در اکسیژن می سوزند، اکسیدهایی را تشکیل می دهند که در آنها Me در حالت اکسیداسیون متوسط ​​اما پایدار است.

انواع اکسیدهای تشکیل شده توسط فلزات دوره 4 d پس از احتراق در اکسیژن:

• MeOاز Zn, Cu, Ni, Co. (در T> 1000 درجه سانتی گراد، مس Cu 2 O را تشکیل می دهد)،
• من 2 O 3، از Cr، Fe و Sc تشکیل دهید،
• MeO 2 - Mn، و Ti،
• V یک اکسید بالاتر را تشکیل می دهد - V 2 O 5 .

د-فلزات دوره های 5 و 6 به جز Y، لا، نسبت به سایر فلزات در برابر اکسیداسیون مقاوم تر است. با اکسیژن واکنش نمی دهد Au, Pt .

وقتی در اکسیژن می سوزندد-فلزات دوره های 5 و 6 معمولاً اکسیدهای بالاتری را تشکیل می دهند, استثناها فلزات Ag، Pd، Rh، Ru هستند.

انواع اکسیدهای تشکیل شده توسط d-فلزات دوره های 5 و 6 در طی احتراق در اکسیژن:

• من 2 O 3- فرم Y، La؛ Rh;
• MeO 2- Zr، Hf; Ir:
• من 2 O 5- نب، تا؛
• MeO 3- مو، دبلیو
• من 2 O 7- Tc، Re
• MeO 4 - اوس
• MeO- Cd، Hg، Pd؛
• من 2 O- Ag;

برهمکنش فلزات با اسیدها

در محلول های اسیدی، کاتیون هیدروژن یک عامل اکسید کننده است. کاتیون H+ می تواند فلزات را در سری فعالیت تا هیدروژن اکسید کند، یعنی داشتن پتانسیل الکترود منفی

بسیاری از فلزات وقتی اکسید می شوند در محلول های آبی اسیدی به کاتیون تبدیل می شوندمن ز + .

آنیون های تعدادی از اسیدها قادر به نشان دادن خواص اکسید کننده قوی تر از H + هستند. این گونه عوامل اکسید کننده شامل آنیون ها و رایج ترین اسیدها می باشد اچ 2 بنابراین 4 وHNO 3 .

NO 3 - آنیونها در هر غلظتی در محلول خاصیت اکسید کنندگی از خود نشان می دهند، اما محصولات احیا به غلظت اسید و ماهیت فلز در حال اکسید شدن بستگی دارد.

آنیون های SO 4 2 - فقط در H 2 SO 4 غلیظ خاصیت اکسید کنندگی از خود نشان می دهند.

محصولات احیا کننده عوامل اکسید کننده: H + , NO 3 - , بنابراین 4 2 -

2Н + + 2е - =H 2

بنابراین 4 2- از H 2 SO 4 غلیظ بنابراین 4 2- + 2e - + 4 اچ + = بنابراین 2 + 2 اچ 2 O

(تشکیل S, H 2 S نیز امکان پذیر است)

NO 3 - از HNO 3 غلیظ NO 3 - + e - + 2H + = NO 2 + H 2 O
NO 3 - از HNO 3 رقیق NO 3 - + 3e - +4H+=NO+2H2O

(تشکیل N 2 O، N 2، NH 4 + نیز امکان پذیر است)

نمونه هایی از واکنش های بین فلزات و اسیدها

Zn + H 2 SO 4 (رقیق شده) " ZnSO 4 + H 2

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

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

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

محصولات اکسیداسیون فلزات در محلول های اسیدی

فلزات قلیایی یک کاتیون نوع Me + را تشکیل می دهند، فلزات s گروه دوم کاتیون ها را تشکیل می دهندمن 2+.

هنگامی که در اسیدها حل می شوند، فلزات بلوک p کاتیون های نشان داده شده در جدول را تشکیل می دهند.

فلزات سرب و بی فقط در اسید نیتریک حل می شوند.

من	ال	GA	که در	Tl	Sn	سرب	بی
Mez+	Al 3+	Ga 3+	در 3+	Tl+	Sn 2+	Pb 2+	Bi 3+
ایو، بی	-1,68	-0,55	-0,34	-0,34	-0,14	-0,13	+0,317

تمام d-فلزهای 4 دوره، به جزمس ، می تواند توسط یون ها اکسید شودH+ در محلول های اسیدی

انواع کاتیون های تشکیل شده توسط فلزات دوره 4 d:

• من 2+(فلزات d را از منگنز تا مس تشکیل می دهند)
• من 3+ ( Sc، Ti، V، Cr و Fe را در اسید نیتریک تشکیل می دهند.
• Ti و V نیز کاتیون ها را تشکیل می دهند MeO 2+

د- عناصر دوره های 5 و 6 نسبت به دوره 4 در برابر اکسیداسیون مقاوم تر هستندد- فلزات

در محلول های اسیدی، H + می تواند اکسید شود: Y، La، Cd.

موارد زیر می توانند در HNO 3 حل شوند: Cd، Hg، Ag. Pd, Tc, Re در HNO 3 داغ حل می شوند.

موارد زیر در H 2 SO 4 داغ حل می شوند: Ti، Zr، V، Nb، Tc، Re، Rh، Ag، Hg.

فلزات: Ti، Zr، Hf، Nb، Ta، Mo، W معمولا در مخلوطی از HNO 3 + HF حل می شوند.

در aqua regia (مخلوطی از HNO 3 + HCl) Zr، Hf، Mo، Tc، Rh، Ir، Pt، Au و Os را می توان به سختی حل کرد. دلیل انحلال فلزات در آبزیان یا در مخلوطی از HNO 3 + HF تشکیل ترکیبات پیچیده است.

مثال. انحلال طلا در aqua regia به دلیل تشکیل یک مجتمع ممکن می شود -

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

برهمکنش فلزات با آب

خاصیت اکسید کننده آب به دلیل H(+1).

2H 2 O + 2e -" ن 2 + 2OH -

از آنجایی که غلظت H + در آب کم است، خاصیت اکسید کنندگی آن کم است. فلزات می توانند در آب حل شوند E< - 0,413 B. Число металлов, удовлетворяющих этому условию, значительно больше, чем число металлов, реально растворяющихся в воде. Причиной этого является образование на поверхности большинства металлов плотного слоя оксида, нерастворимого в воде. Если оксиды и гидроксиды металла растворимы в воде, то этого препятствия нет, поэтому щелочные и щелочноземельные металлы энергично растворяются в воде. همهس-فلزات به جزباشد و Mg به راحتی در آب حل می شود.

2 Na + 2 HOH = اچ 2 + 2 اوه -

Na به شدت با آب واکنش می دهد و گرما آزاد می کند. H2 آزاد شده ممکن است مشتعل شود.

2H 2 + O 2 = 2H 2 O

Mg فقط در آب جوش حل می شود، Be توسط یک اکسید نامحلول بی اثر از اکسیداسیون محافظت می شود.

فلزات بلوک P در مقایسه با عوامل کاهش دهنده قدرت کمتری دارندس.

در میان p-فلزات، فعالیت کاهشی در فلزات زیرگروه IIIA بیشتر است، Sn و Pb عوامل احیا کننده ضعیف هستند، Bi دارای Eo> 0 است.

p-فلزات در شرایط عادی در آب حل نمی شوند. هنگامی که اکسید محافظ از سطح در محلول های قلیایی با آب حل می شود، Al، Ga و Sn اکسید می شوند.

در بین فلزات d، آنها توسط آب اکسید می شوندهنگامی که Sc و Mn، La، Y گرم می شوند آهن با بخار آب واکنش می دهد.

برهمکنش فلزات با محلول های قلیایی

در محلول های قلیایی، آب به عنوان یک عامل اکسید کننده عمل می کند..

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

خواص اکسید کننده آب با افزایش pH به دلیل کاهش غلظت H + کاهش می یابد. با این اوصاف، برخی از فلزات که در آب حل نمی شوند در محلول های قلیایی حل می شوند.به عنوان مثال، Al، Zn و برخی دیگر. دلیل اصلی انحلال چنین فلزاتی در محلول های قلیایی این است که اکسیدها و هیدروکسیدهای این فلزات آمفوتریکی از خود نشان می دهند و در قلیایی حل می شوند و مانع بین عامل اکسید کننده و عامل احیا کننده را از بین می برند.

مثال. انحلال Al در محلول NaOH.

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