/

A fémek feszítési tartománya teljes. aktív fémek

Az összes fémet redox aktivitásuktól függően fémek elektrokémiai feszültségsorozatának nevezik (mivel a benne lévő fémek a standard elektrokémiai potenciálok növekedésének sorrendjében vannak elrendezve), vagy egy fémaktivitás sorozatba:

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H 2 , Cu, Hg, Ag, Рt, Au

A legreaktívabb fémek a hidrogénig terjedő aktivitási sorrendben vannak, és minél balra helyezkedik el a fém, annál aktívabb. Azok a fémek, amelyek a hidrogén mellett vannak az aktivitási sorozatban, inaktívnak minősülnek.

Alumínium

Az alumínium ezüstös fehér színű. Az alumínium fő fizikai tulajdonságai a könnyűség, a magas hő- és elektromos vezetőképesség. Szabad állapotban, levegővel érintkezve az alumíniumot erős Al 2 O 3 oxidfilm borítja, ami ellenáll a tömény savaknak.

Az alumínium a p-fémek családjába tartozik. A külső energiaszint elektronikus konfigurációja 3s 2 3p 1. Az alumínium vegyületeiben „+3”-nak megfelelő oxidációs állapotot mutat.

Az alumíniumot ezen elem olvadt oxidjának elektrolízisével nyerik:

2Al 2 O 3 \u003d 4Al + 3O 2

A termék alacsony hozama miatt azonban gyakrabban alkalmazzák az alumínium Na 3 és Al 2 O 3 keverékének elektrolízisével történő előállítását. A reakció 960 °C-ra melegítve és katalizátorok - fluoridok (AlF 3, CaF 2 stb.) jelenlétében megy végbe, miközben a katódon alumínium, az anódon pedig oxigén szabadul fel.

Az alumínium kölcsönhatásba léphet a vízzel, miután eltávolította az oxidfilmet a felületéről (1), kölcsönhatásba léphet egyszerű anyagokkal (oxigén, halogének, nitrogén, kén, szén) (2-6), savakkal (7) és bázisokkal (8):

2Al + 6H 2O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2 (1)

2Al + 3 / 2O 2 \u003d Al 2 O 3 (2)

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3 (3)

2Al + N 2 = 2AlN (4)

2Al + 3S \u003d Al 2 S 3 (5)

4Al + 3C \u003d Al 4 C 3 (6)

2Al + 3H 2SO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 (7)

2Al + 2NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na + 3H 2 (8)

Kalcium

A Ca szabad formájában ezüstös-fehér fém. Levegőnek kitéve azonnal sárgás filmréteg borítja, ami a levegő alkotórészeivel való kölcsönhatás eredménye. A kalcium meglehetősen kemény fém, köbös felületű kristályrácsa van.

A külső energiaszint elektronikus konfigurációja 4s 2. A kalcium vegyületeiben „+2”-nek megfelelő oxidációs állapotot mutat.

A kalciumot olvadt sók, leggyakrabban kloridok elektrolízisével nyerik:

CaCl 2 \u003d Ca + Cl 2

A kalcium képes vízben oldódni erős bázikus tulajdonságokat mutató hidroxidok képződésével (1), reakcióba lép oxigénnel (2), oxidokat képez, kölcsönhatásba lép nemfémekkel (3-8), savakban oldódik (9):

Ca + H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + H 2 (1)

2Ca + O 2 \u003d 2CaO (2)

Ca + Br 2 \u003d CaBr 2 (3)

3Ca + N 2 \u003d Ca 3 N 2 (4)

2Ca + 2C = Ca 2C 2 (5)

2Ca + 2P = Ca 3P 2 (7)

Ca + H 2 \u003d CaH 2 (8)

Ca + 2HCl \u003d CaCl 2 + H 2 (9)

Vas és vegyületei

A vas egy szürke fém. Tiszta formájában meglehetősen puha, képlékeny és képlékeny. A külső energiaszint elektronikus konfigurációja 3d 6 4s 2. Vegyületeiben a vas „+2” és „+3” oxidációs állapotot mutat.

A fémvas reakcióba lép a vízgőzzel, vegyes oxidot képezve (II, III) Fe 3 O 4:

3Fe + 4H 2O (v) ↔ Fe 3O 4 + 4H 2

Levegőben a vas könnyen oxidálódik, különösen nedvesség jelenlétében (rozsdásodik):

3Fe + 3O 2 + 6H 2 O \u003d 4Fe (OH) 3

Más fémekhez hasonlóan a vas is reakcióba lép egyszerű anyagokkal, például halogénekkel (1), savakban (2) oldódik:

Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2 (2)

A vas számos vegyületet képez, mivel számos oxidációs állapotot mutat: vas(II)-hidroxid, vas(III)-hidroxid, sók, oxidok stb. Tehát a vas(II)-hidroxid előállítható alkáli oldatok vas(II)sókon történő hatására levegő hozzáférés nélkül:

FeSO 4 + 2NaOH \u003d Fe (OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4

A vas(II)-hidroxid savakban oldódik, és oxigén jelenlétében vas(III)-hidroxiddá oxidálódik.

A vas (II) sói redukálószer tulajdonságait mutatják, és vas (III) vegyületekké alakulnak.

A vas-oxid (III) nem nyerhető a vas oxigénben történő égési reakciójával, ennek előállításához vas-szulfidokat kell elégetni vagy egyéb vassókat kalcinálni:

4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

2FeSO 4 \u003d Fe 2 O 3 + SO 2 + 3H 2 O

A vas(III)-vegyületek gyenge oxidáló tulajdonságokkal rendelkeznek, és erős redukálószerekkel képesek bejutni az OVR-be:

2FeCl 3 + H 2 S \u003d Fe (OH) 3 ↓ + 3NaCl

Vas- és acélgyártás

Az acélok és az öntöttvasak vas ötvözetei szénnel, az acél széntartalma legfeljebb 2%, az öntöttvasé pedig 2-4%. Az acélok és öntöttvasak ötvöző adalékokat tartalmaznak: acélok - Cr, V, Ni és öntöttvas - Si.

Különböző típusú acélok léteznek, így rendeltetésük szerint megkülönböztetünk szerkezeti, rozsdamentes, szerszám-, hőálló és kriogén acélokat. A kémiai összetétel szerint megkülönböztetünk szenet (alacsony, közepes és magas széntartalmú) és ötvözöttet (alacsony, közepesen és erősen ötvözött). Szerkezettől függően ausztenites, ferrites, martenzites, perlites és bainites acélokat különböztetnek meg.

Az acélok a nemzetgazdaság számos ágazatában találtak alkalmazásra, például az építőiparban, a vegyiparban, a petrolkémiai iparban, a környezetvédelemben, a közlekedési energetikában és más iparágakban.

Az öntöttvas - cementit vagy grafit széntartalmának formájától, valamint mennyiségüktől függően az öntöttvas többféle típusát különböztetik meg: fehér (a törés világos színe a cementit formájában lévő szén jelenléte miatt), szürke (a törés szürke színe a grafit formájában jelenlévő szén miatt), képlékeny és hőálló. Az öntöttvasak nagyon törékeny ötvözetek.

Az öntöttvas felhasználási területei kiterjedtek - művészi dekorációk (kerítések, kapuk), karosszériaelemek, vízvezeték-berendezések, háztartási cikkek (serpenyők) öntöttvasból készülnek, az autóiparban használják.

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA

A feladat 26,31 g tömegű magnézium és alumínium ötvözetet sósavban oldunk. Ebben az esetben 31,024 liter színtelen gáz szabadult fel. Határozza meg az ötvözetben lévő fémek tömeghányadát!
Megoldás Mindkét fém képes reagálni sósavval, aminek következtében hidrogén szabadul fel:

Mg + 2HCl \u003d MgCl 2 + H 2

2Al + 6HCl \u003d 2AlCl 3 + 3H 2

Határozza meg a felszabaduló hidrogén móljainak teljes számát:

v(H 2) \u003d V (H 2) / V m

v (H 2) \u003d 31,024 / 22,4 \u003d 1,385 mol

Legyen az Mg anyag mennyisége x mol, Al pedig y mol. Ezután a reakcióegyenletek alapján felírhatunk egy kifejezést a hidrogén teljes mólszámára:

x + 1,5y = 1,385

A keverékben lévő fémek tömegét fejezzük ki:

Ezután a keverék tömegét a következő egyenlet fejezi ki:

24x + 27 év = 26,31

Kaptunk egy egyenletrendszert:

x + 1,5y = 1,385

24x + 27 év = 26,31

Oldjuk meg:

33,24 -36 év + 27 év \u003d 26,31

v(Al) = 0,77 mol

v(Mg) = 0,23 mol

Ezután a keverékben lévő fémek tömege:

m (Mg) \u003d 24 × 0,23 \u003d 5,52 g

m(Al) = 27 × 0,77 \u003d 20,79 g

Határozza meg a fémek tömeghányadát a keverékben:

ώ =m(Me)/m összeg × 100%

ώ(Mg) = 5,52 / 26,31 × 100% = 20,98%

ώ(Al) = 100 - 20,98 = 79,02%
Válasz Fémek tömeghányada az ötvözetben: 20,98%, 79,02%

Ha a standard elektródpotenciálok teljes sorozatából csak azokat az elektródfolyamatokat emeljük ki, amelyek megfelelnek az általános egyenletnek

akkor a fémek feszültségeinek sorozatát kapjuk. A fémeken kívül a hidrogén is mindig szerepel ebben a sorozatban, ami lehetővé teszi, hogy megnézzük, mely fémek képesek kiszorítani a hidrogént a savak vizes oldataiból.

19. táblázat

A táblázatban találhatók a legfontosabb fémekre vonatkozó feszültségek. 19. Egy adott fém feszültségsorozatban elfoglalt helyzete jellemzi azt a képességét, hogy normál körülmények között vizes oldatokban redox kölcsönhatásokat vált ki. A fémionok oxidálószerek, az egyszerű anyagok formájában lévő fémek pedig redukálószerek. Ugyanakkor minél távolabb helyezkedik el a fém a feszültségsorozatban, annál erősebbek a vizes oldatban lévő oxidálószer ionjai, és fordítva, minél közelebb van a fém a sorozat kezdetéhez, annál erősebb a redukáló hatás. tulajdonságait egy egyszerű anyag - fém - mutatja.

Az elektróda folyamat potenciálja

semleges közegben B (lásd 273. oldal). A sorozat elején lévő aktív fémek, amelyek potenciálja sokkal negatívabb, mint -0,41 V, kiszorítják a hidrogént a vízből. A magnézium csak a hidrogént szorítja ki a forró vízből. A magnézium és a kadmium között elhelyezkedő fémek általában nem szorítják ki a hidrogént a vízből. Ezen fémek felületén oxidfilmek képződnek, amelyek védő hatást fejtenek ki.

A magnézium és a hidrogén között elhelyezkedő fémek kiszorítják a hidrogént a savas oldatokból. Ugyanakkor egyes fémek felületén védőfóliák is képződnek, amelyek gátolják a reakciót. Tehát az alumínium oxidfilmje nemcsak vízben, hanem bizonyos savak oldatában is ellenállóvá teszi ezt a fémet. alatti koncentrációban az ólom nem oldódik kénsavban, mivel az ólom és a kénsav kölcsönhatása során keletkező só oldhatatlan, és védőfilmet hoz létre a fém felületén. A fémoxidáció mély gátlásának jelenségét, amely a felületén védő oxid- vagy sórétegek jelenléte miatt következik be, passzivitásnak, a fém állapotát ebben az esetben passzív állapotnak nevezzük.

A fémek képesek kiszorítani egymást a sóoldatokból. A reakció irányát ebben az esetben a feszültségsorozatban elfoglalt kölcsönös helyzetük határozza meg. Figyelembe véve az ilyen reakciók konkrét eseteit, emlékezni kell arra, hogy az aktív fémek nemcsak a vízből, hanem bármely vizes oldatból is kiszorítják a hidrogént. Ezért a fémek sóoldataiból való kölcsönös kiszorítása gyakorlatilag csak a magnézium utáni sorban elhelyezkedő fémek esetében fordul elő.

A fémek vegyületeikből más fémek általi kiszorítását először Beketov vizsgálta részletesen. Munkája eredményeként a fémeket kémiai aktivitásuk szerint eltolási sorozatba rendezte, amely a fémfeszültségek sorozatának prototípusa.

Egyes fémek kölcsönös helyzete a feszültségsorokban és a periódusos rendszerben első ránézésre nem felel meg egymásnak. Például a periódusos rendszerben elfoglalt helyzet szerint a kálium reaktivitása nagyobb kell legyen, mint a nátrium, a nátrium pedig nagyobb, mint a lítium. A feszültségsorokban a lítium a legaktívabb, a kálium pedig a lítium és a nátrium között középső helyet foglal el. A cinknek és a réznek a periódusos rendszerben elfoglalt helyzete szerint megközelítőleg azonos kémiai aktivitásúnak kell lennie, de a feszültségsorokban a cink sokkal korábban helyezkedik el, mint a réz. Az effajta következetlenség oka a következő.

A periódusos rendszerben meghatározott pozíciót elfoglaló fémek összehasonlításakor kémiai aktivitásuk mértékét - redukáló képességét - a szabad atomok ionizációs energiájának értékének vesszük. Valójában az átmenet során például felülről lefelé a periodikus rendszer I. csoportjának fő alcsoportja mentén az atomok ionizációs energiája csökken, ami a sugarak növekedésével jár (azaz a külső távolságok nagy távolságával). elektronok az atommagból) és az atommag pozitív töltésének fokozódó szűrésével köztes elektronrétegekkel (lásd 31. §). Ezért a káliumatomok nagyobb kémiai aktivitást mutatnak - erősebb redukáló tulajdonságokkal rendelkeznek -, mint a nátriumatomok, és a nátriumatomok aktívabbak, mint a lítiumatomok.

Fémek feszültségsorozatban történő összehasonlításakor a kémiai aktivitás mértékét úgy tekintjük, mint egy szilárd állapotban lévő fémet vizes oldatban hidratált ionokká alakítva. Ez a munka három kifejezés összegeként ábrázolható: az atomizációs energia - a fémkristály izolált atomokká alakulása, a szabad fématomok ionizációs energiája és a képződött ionok hidratációs energiája. A porlasztási energia egy adott fém kristályrácsának erősségét jellemzi. Az atomok ionizációs energiáját - a vegyértékelektronok leválását róluk - közvetlenül meghatározza a fém helyzete a periodikus rendszerben. A hidratáció során felszabaduló energia az ion elektronszerkezetétől, töltésétől és sugarától függ.

Az azonos töltésű, de eltérő sugarú lítium- és káliumionok egyenlőtlen elektromos mezőket hoznak létre maguk körül. A kis lítiumionok közelében keletkező mező erősebb lesz, mint a nagy káliumionok közelében kialakuló mező. Ebből világosan látszik, hogy a lítium-ionok több energiával hidratálnak, mint a kálium-ionok.

A vizsgált átalakulás során tehát energiát fordítanak a porlasztásra, ionizációra, illetve a hidratáció során energia szabadul fel. Minél kisebb a teljes energiafogyasztás, annál könnyebb lesz az egész folyamat, és minél közelebb kerül a feszültségsor kezdetéhez az adott fém. De a teljes energiamérleg három tagjából csak egyet - az ionizációs energiát - határozza meg közvetlenül a fém helyzete a periódusos rendszerben. Következésképpen nincs okunk arra számítani, hogy bizonyos fémek kölcsönös helyzete egy feszültségsorozatban mindig megfelel a periódusos rendszerben elfoglalt helyzetüknek. Tehát a lítium esetében a teljes energiafogyasztás kisebb, mint a kálium esetében, aminek megfelelően a lítium a kálium előtti feszültségsorban van.

A réz és a cink esetében közel van a szabad atomok ionizációjához szükséges energiafelhasználás és az ionok hidratálása során felhalmozódó energia. De a fémes réz erősebb kristályrácsot képez, mint a cink, ami ezen fémek olvadáspontjának összehasonlításából is látható: a cink -on, a réz pedig csak -on olvad. Ezért ezeknek a fémeknek a porlasztására fordított energia jelentősen eltér, aminek következtében a teljes folyamat összes energiaköltsége a réz esetében sokkal nagyobb, mint a cink esetében, ami megmagyarázza ezek egymáshoz viszonyított helyzetét. fémek a feszültségsorozatban.

Amikor vízből nem vizes oldószerekbe kerülnek, a fémek kölcsönös helyzete egy feszültségsorozatban megváltozhat. Ennek az az oka, hogy a különböző fémek ionjainak szolvatációs energiája eltérő módon változik, amikor egyik oldószerből a másikba haladnak át.

A rézion különösen erősen szolvatálódik egyes szerves oldószerekben; ez oda vezet, hogy az ilyen oldószerekben a réz hidrogénig terjedő feszültségsorozatban helyezkedik el, és kiszorítja azt a savas oldatokból.

Így az elemek periodikus rendszerével ellentétben a fémekben fellépő feszültségek sorozata nem tükrözi azt az általános Szabályszerűséget, amely alapján sokoldalú Karakterisztikát lehet adni a fémek kémiai tulajdonságairól. Feszültségek sorozata Csak a "fém - fémion" elektrokémiai rendszer redox képességét jellemzi szigorúan meghatározott feltételek mellett: a benne megadott értékek vizes oldatra, hőmérsékletre és a fém egységnyi koncentrációjára (aktivitására) vonatkoznak. ionok.

Fémek elektrokémiai tevékenységsorai(feszültségek sorozata, standard elektródpotenciálok sorozata) - olyan sorozat, amelyben a fémek szabványos elektrokémiai potenciáljuk φ 0 növekedési sorrendben vannak elrendezve, ami megfelel a fémkation redukciós félreakciójának Me n+ : Me n+ + nē → Me

A fémtevékenység sorozat gyakorlati felhasználása

A gyakorlatban számos feszültséget használnak a fémek kémiai aktivitásának összehasonlító értékelésére sók és savak vizes oldataival való reakciókban, valamint az elektrolízis során zajló katódos és anódos folyamatok értékelésére:

  • A hidrogéntől balra lévő fémek erősebb redukálószerek, mint a jobb oldali fémek: ez utóbbiakat kiszorítják a sóoldatokból. Például a Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu kölcsönhatás csak előrefelé lehetséges.
  • A hidrogéntől balra lévő sorban lévő fémek kiszorítják a hidrogént, amikor kölcsönhatásba lépnek nem oxidáló savak vizes oldataival; a legaktívabb fémek (alumíniumig) - és vízzel való kölcsönhatás esetén.
  • A hidrogéntől jobbra lévő sorban lévő fémek normál körülmények között nem lépnek kölcsönhatásba nem oxidáló savak vizes oldataival.
  • Az elektrolízis során a hidrogéntől jobbra lévő fémek szabadulnak fel a katódon; a mérsékelt aktivitású fémek redukciója hidrogén felszabadulásával jár; a legaktívabb fémek (alumíniumig) normál körülmények között nem izolálhatók sók vizes oldataiból.

Az alkálifémek a legaktívabbak:

  • lítium;
  • nátrium;
  • kálium;
  • rubídium;
  • cézium;
  • francium.

Li, K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Cr, Fe, Pb, H 2 , Cu, Ag, Hg, Au

Minél balra van a fém a standard elektródpotenciálok sorában, annál erősebb a redukálószer, a legerősebb redukálószer a fémes lítium, az arany a leggyengébb, és fordítva, az arany (III) ion a legerősebb oxidálószer. szer, a lítium (I) a leggyengébb .

Mindegyik fém képes visszaállítani az oldatban lévő sókból azokat a fémeket, amelyek utána feszültségsorozatban vannak, például a vas kiszoríthatja a rezet a sóoldatból. Emlékeztetni kell azonban arra, hogy az alkáli- és alkáliföldfémek közvetlenül kölcsönhatásba lépnek a vízzel.

A hidrogéntől balra lévő feszültségsorokban álló fémek képesek kiszorítani a híg savak oldataiból, miközben feloldódnak bennük.

Egy fém redukáló aktivitása nem mindig felel meg a periódusos rendszerben elfoglalt helyzetének, mert a fém sorozatban elfoglalt helyének meghatározásakor nem csak az elektronadó képességét veszik figyelembe, hanem a megsemmisítésre fordított energiát is. a fémkristályrács, valamint az ionok hidratálására fordított energia.

Kölcsönhatás egyszerű anyagokkal

    TÓL TŐL oxigén a legtöbb fém oxidokat képez - amfoter és bázikus:

4Li + O 2 \u003d 2Li 2O,

4Al + 3O 2 \u003d 2Al 2 O 3.

Az alkálifémek, a lítium kivételével, peroxidokat képeznek:

2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2.

    TÓL TŐL halogének a fémek hidrogén-halogenidek sóit képezik, pl.

Cu + Cl 2 \u003d CuCl 2.

    TÓL TŐL hidrogén a legaktívabb fémek ionos hidrideket képeznek - sószerű anyagokat, amelyekben a hidrogén oxidációs állapota -1.

2Na + H2 = 2NaH.

    TÓL TŐL szürke a fémek szulfidokat képeznek - a hidrogén-szulfidsav sói:

    TÓL TŐL nitrogén egyes fémek nitrideket képeznek, a reakció szinte mindig hevítéskor megy végbe:

3Mg + N 2 \u003d Mg 3 N 2.

    TÓL TŐL szén karbidok keletkeznek.

4Al + 3C \u003d Al 3 C 4.

    TÓL TŐL foszfor - foszfidok:

3Ca + 2P = Ca 3 P 2.

    A fémek kölcsönhatásba léphetnek egymással, és kialakulhatnak intermetallikus vegyületek :

2Na + Sb = Na 2 Sb,

3Cu + Au = Cu 3 Au.

    A fémek magas hőmérsékleten kölcsönhatás nélkül tudnak egymásban oldódni, kialakulni ötvözetek.

Ötvözetek

Ötvözetek Két vagy több fémből álló rendszereknek, valamint olyan fémeknek és nemfémeknek nevezzük, amelyeknek csak a fémes állapotában rejlő jellemző tulajdonságaik vannak.

Az ötvözetek tulajdonságai igen változatosak és eltérnek az összetevőik tulajdonságaitól, például az arany keményebbé tétele és ékszerkészítésre alkalmasabbá tétele érdekében ezüstöt adnak hozzá, illetve 40% kadmiumot és 60% bizmutot tartalmazó ötvözetet. olvadáspontja 144 °С, azaz jóval alacsonyabb, mint a komponenseinek olvadáspontja (Cd 321 °С, Bi 271 °С).

A következő típusú ötvözetek lehetségesek:

Az olvadt fémeket bármilyen arányban keverik egymással, és korlátlanul feloldódnak egymásban, például Ag-Au, Ag-Cu, Cu-Ni és mások. Ezek az ötvözetek homogén összetételűek, nagy kémiai ellenállással rendelkeznek, elektromos áramot vezetnek;

A kiegyenesített fémeket tetszőleges arányban összekeverik egymással, de lehűtve szétválnak, és tömeget kapnak, amely komponensek egyedi kristályaiból áll, például Pb-Sn, Bi-Cd, Ag-Pb és mások.

Helyreállító tulajdonságok- Ezek az összes fémre jellemző fő kémiai tulajdonságok. Sokféle oxidálószerrel való kölcsönhatásban nyilvánulnak meg, beleértve a környezetből származó oxidálószereket is. Általánosságban elmondható, hogy egy fém kölcsönhatása oxidálószerekkel a következő sémával fejezhető ki:

Én + oxidálószer" Nekem(+X),

Ahol (+X) Me pozitív oxidációs állapota.

Példák fémoxidációra.

Fe + O 2 → Fe (+3) 4Fe + 3O 2 \u003d 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

  • Fémek tevékenységsorozata

    A fémek redukáló tulajdonságai különböznek egymástól. Az E elektródpotenciálokat a fémek redukáló tulajdonságainak mennyiségi jellemzőjeként használják.

    Minél aktívabb a fém, annál negatívabb a standard elektródpotenciálja E o.

    Az oxidatív aktivitásuk csökkenésével sorba rendezett fémek aktivitási sort alkotnak.

    Fémek tevékenységsorozata

    Nekem Li K kb Na mg Al Mn Zn Kr Fe Ni sn Pb H2 Cu Ag Au
    Mez+ Li+ K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al 3+ Mn2+ Zn2+ Cr3+ Fe2+ Ni2+ sn 2+ Pb 2+ H+ Cu2+ 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
    A negatívabb Eo értékű fém képes redukálni a pozitívabb elektródpotenciálú fémkationt.

    Egy fémnek a sójának egy másik, nagyobb redukáló aktivitású fémmel való oldatából történő redukálását cementálásnak nevezzük.. A cementezést a kohászati ​​technológiákban használják.

    A Cd-t különösen úgy nyerik, hogy sójának cinkkel való oldatából redukálják.

    Zn + Cd 2+ = Cd + Zn 2+

  • 3.3. 1. Fémek kölcsönhatása oxigénnel

    Az oxigén erős oxidálószer. A fémek túlnyomó többségét képes oxidálni, kivéveAuÉsPt . A levegőben lévő fémek oxigénnel érintkeznek, ezért a fémek kémiájának tanulmányozásakor mindig figyelmet kell fordítani a fém és az oxigén kölcsönhatásának jellemzőire.

    Mindenki tudja, hogy a nedves levegőben lévő vasat rozsda borítja - hidratált vas-oxid. De sok fém kompakt állapotban nem túl magas hőmérsékleten ellenáll az oxidációnak, mivel vékony védőfóliát képeznek a felületükön. Ezek az oxidációs termékek filmjei nem teszik lehetővé az oxidálószernek a fémmel való érintkezését. Fém passzivációnak nevezzük azt a jelenséget, amikor a fém felületén védőrétegek képződnek, amelyek megakadályozzák a fém oxidációját.

    A hőmérséklet emelkedése elősegíti a fémek oxigén általi oxidációját. A fémek aktivitása finom eloszlású állapotban növekszik. A por alakú fémek többsége oxigénben ég.

  • s-fémek

    A legnagyobb helyreállító tevékenység láthatós- fémek. A Na, K, Rb Cs fémek levegőben képesek meggyulladni, ezeket zárt edényekben vagy kerozinréteg alatt tárolják. A Be és a Mg alacsony hőmérsékleten passziválódik a levegőben. De meggyújtva a Mg-csík vakító lánggal ég.

    FémekIIAz A-alcsoportok és a Li oxigénnel kölcsönhatásba lépve oxidokat képeznek.

    2Ca + O 2 \u003d 2CaO

    4 Li + O 2 \u003d 2 Li 2 O

    Alkáli fémek, kivéve:Li, amikor oxigénnel kölcsönhatásba lépnek, nem oxidokat, hanem peroxidokat képeznekNekem 2 O 2 és szuperoxidokMeO 2 .

    2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2

    K + O 2 = KO 2

  • p-fémek

    Fémek tulajdonábanp- a levegőben lévő blokkhoz passziváltak.

    Ha oxigénben ég

    • A IIIA alcsoportba tartozó fémek a következő típusú oxidokat képezik Én 2 O 3,
    • Az Sn oxidálódik SNO 2 , és Pb - legfeljebb PbO
    • Bi odamegy Bi 2 O 3.

  • d-fémek

    Mindend- a 4. periódusú fémek oxigén hatására oxidálódnak. Az Sc, Mn, Fe a legkönnyebben oxidálódik. Különösen ellenálló a Ti, V, Cr korrózióval szemben.

    Amikor oxigénben égetik mindenböld

    Amikor oxigénben égetik mindenböld- a 4. periódus elemei, csak a szkandium, a titán és a vanádium képez oxidokat, amelyekben a Me a legmagasabb oxidációs állapotú, csoportszámmal egyenlő. A 4. periódus fennmaradó d-fémei oxigénben elégetve oxidokat képeznek, amelyekben a Me közepes, de stabil oxidációs állapotban van.

    A d-fémek által 4 periódusú oxigénben történő égés során keletkező oxidok típusai:

    • Meo Zn, Cu, Ni, Co. (T>1000°С-on Cu Cu 2 O-t képez),
    • Én 2 O 3, Cr, Fe és Sc formák,
    • MeO 2 - Mn és Ti
    • V alkotja a legmagasabb oxidot - V 2 O 5 .
    d-az 5. és 6. periódus fémei, kivéve Y, La, minden más fémnél jobban ellenáll az oxidációnak. Ne reagáljon oxigénnel Au, Pt .

    Amikor oxigénben égetikd- az 5 és 6 periódusú fémek általában magasabb oxidokat képeznek, kivételek az Ag, Pd, Rh, Ru fémek.

    Az oxigénben való égés során 5 és 6 periódusú d-fémek által képződő oxidok típusai:

    • Én 2 O 3- Y, La forma; Rh;
    • MeO 2- Zr, Hf; Ir:
    • Én 2 O 5- Nb, Ta;
    • MeO 3- Mo, W
    • Én 2 O 7- Tc, Re
    • Meo 4 - Os
    • MeO- Cd, Hg, Pd;
    • Én 2 O- Ag;

  • Fémek kölcsönhatása savakkal

    Savas oldatokban a hidrogénkation oxidálószer.. A H + kation hidrogénné oxidálhatja az aktivitássorba tartozó fémeket, azaz negatív elektródpotenciálokkal.

    Sok fém savas vizes oldatban oxidálva kationokká alakulMez + .

    Számos sav anionjai a H +-nál erősebb oxidáló tulajdonságokat képesek felmutatni. Az ilyen oxidálószerek közé tartoznak az anionok és a leggyakoribb savak H 2 ÍGY 4 ÉsHNO 3 .

    Az anionok NO 3 - az oldatban bármilyen koncentrációban oxidáló tulajdonságokat mutatnak, de a redukciós termékek a sav koncentrációjától és az oxidált fém természetétől függenek.

    Az SO 4 2-anionok csak koncentrált H 2 SO 4-ben mutatnak oxidáló tulajdonságokat.

    Oxidálószer redukciós termékek: H + , NO 3 - , ÍGY 4 2 -

    2H++2e-=H 2

    ÍGY 4 2- tömény H 2 SO 4-ből ÍGY 4 2- + 2e - + 4 H + = ÍGY 2 + 2 H 2 O

    (S, H 2 S képződése is lehetséges)

    NO 3 - tömény HNO 3-ból NO 3 - + e - +2H+= NO 2 + H 2 O
    NO 3 - hígított HNO 3-ból NO 3 - + 3e - +4H+=NO + 2H 2O

    (Lehetőség van N 2 O, N 2, NH 4 + képzésére is)

    Példák fémek savakkal való kölcsönhatásának reakcióira

    Zn + H 2 SO 4 (razb.) "ZnSO 4 + H 2

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

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

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

  • Fémoxidációs termékek savas oldatokban

    Az alkálifémek Me + típusú kationt, a második csoportba tartozó s-fémek kationokat képeznekÉn 2+.

    A p-blokk fémek savakban oldva a táblázatban feltüntetett kationokat képezik.

    A Pb és Bi fémek csak salétromsavban oldódnak.

    Nekem Al Ga Ban ben Tl sn Pb Kettős
    Mez+ Al 3+ Ga3+ 3+-ban Tl+ sn 2+ Pb 2+ Bi 3+
    Eo, B -1,68 -0,55 -0,34 -0,34 -0,14 -0,13 +0,317

    Minden d-metal 4 periódus, kivéve Cu , ionokkal oxidálhatóH+ savas oldatokban.

    A d-fémek által alkotott kationok típusai 4 periódusban:

    • Én 2+(Mn-től Cu-ig terjedő d-fémeket képeznek)
    • én 3+ ( salétromsavban Sc, Ti, V, Cr és Fe).
    • Ti és V is kationokat képez MeO 2+
    d- az 5. és 6. periódusú elemek jobban ellenállnak az oxidációnak, mint a 4d- fémek.

    Savas oldatokban a H + oxidálódhat: Y, La, Cd.

    HNO 3-ban oldódhat: Cd, Hg, Ag. A forró HNO 3 feloldja a Pd-t, Tc-t, Re-t.

    Forró H 2 SO 4-ben oldjuk fel: Ti, Zr, V, Nb, Tc, Re, Rh, Ag, Hg.

    Fémek: Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W általában HNO 3 + HF elegyben oldódnak.

    Aqua regiában (HNO 3 + HCl keverékek) a Zr, Hf, Mo, Tc, Rh, Ir, Pt, Au és Os nehezen oldódik fel. A fémek vízben vagy HNO 3 + HF keverékében való oldódásának oka a komplex vegyületek képződése.

    Példa. Az arany feloldódása a regiovízben egy komplex képződése miatt válik lehetővé -

    Au + HNO 3 + 4HCl \u003d H + NO + 2H 2 O

  • Fémek kölcsönhatása vízzel

    A víz oxidáló tulajdonságai miatt H(+1).

    2H 2O + 2e -" H 2 + 2OH -

    Mivel a H + koncentrációja a vízben alacsony, oxidáló tulajdonságai alacsonyak. A fémek vízben oldódhatnak 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. Mindens- fémek, kivéve Be és Mg vízben könnyen oldódik.

    2 Na + 2 HOH = H 2 + 2 Ó -

    A Na heves reakcióba lép vízzel, hő szabadul fel. A kibocsátott H 2 meggyulladhat.

    2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O

    A Mg csak forrásban lévő vízben oldódik, a Be-t inert oldhatatlan oxid védi az oxidációtól

    A p-blokk fémek kevésbé erős redukálószerek, mints.

    A p-fémek közül a IIIA alcsoport fémeinél nagyobb a redukáló aktivitás, az Sn és a Pb gyenge redukáló szerek, a Bi Eo > 0.

    a p-fémek normál körülmények között nem oldódnak vízben. Amikor a védőoxidot a felületről lúgos oldatban oldjuk, az Al, Ga és Sn víz oxidálja.

    A d-fémek közül a víz oxidálja őket hevítve Sc és Mn, La, Y. A vas reakcióba lép a vízgőzzel.

  • Fémek kölcsönhatása lúgos oldatokkal

    Lúgos oldatokban a víz oxidálószerként működik..

    2H 2O + 2e - \u003dH 2 + 2OH - Eo \u003d - 0,826 B (pH \u003d 14)

    A víz oxidáló tulajdonságai a pH növekedésével csökkennek, a H + koncentrációjának csökkenése miatt. Mindazonáltal, egyes vízben nem oldódó fémek lúgos oldatokban oldódnak, például Al, Zn és néhány más. Az ilyen fémek lúgos oldatokban való oldódásának fő oka az, hogy ezeknek a fémeknek az oxidjai és hidroxidjai amfoterek és lúgban oldódnak, megszüntetve az oxidálószer és a redukálószer közötti gátat.

    Példa. Al feloldása NaOH-oldatban.

    2Al + 3H 2O + 2NaOH + 3H 2O \u003d 2Na + 3H 2

    • Részvény