Металлы

Общие сведения о металлах

• Составляют ~80% всех химических элементов.

• Физические свойства:

• Металлический блеск

• Хорошая электропроводность и теплопроводность

• Пластичность, ковкость

• Образуют металлическую связь (электронный газ).

• Химические свойства:

• Взаимодействие с неметаллами ($O_2$, $Cl_2$, S и др.).

• Реакции с кислотами (выделение $H_2$).

• Реакции с солями более слабых металлов (ряд активности).

Щелочные металлы (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr)

Свойства

• Находятся в I группе ПСХЭ.
• Очень мягкие, лёгкие, с низкой плотностью (Li, Na, K < 1 г/$см^3$).
• Хранятся в керосине (очень активные).
• Степень окисления: +1.

Химические свойства

1. С кислородом:

$4Na + O_2 \to 2Na_2O$

$2K + O_2 \to K_2O_2 (пероксид)$

2. С водой:

$2Na + 2H_2O \to 2NaOH + H_2↑$

3. С кислотами:

$2K + 2HCl \to 2KCl + H_2↑$

Соединения

• Щёлочи (NaOH, KOH): сильные основания.
• Соли (NaCl, $K_2SO_4$): легко растворимы.

Применение

• Na, K — получение солей, синтез органики.
• NaOH, KOH — мыло, бумага, химическая промышленность.

Щелочноземельные металлы (Ca, Sr, Ba, Ra)

Свойства

• II группа ПСХЭ.
• Более твёрдые, чем щелочные.
• Активные, но менее, чем щелочные.
• Степень окисления: +2.

Химические свойства

1. С кислородом:

$2Ca + O_2 \to 2CaO$

2. С водой:

$Ca + 2H_2O \to Ca(OH)_2 + H_2↑$

3. С кислотами:

$Ba + H_2SO_4 \to BaSO_4↓ + H_2↑$

Соединения

• CaO (негашёная известь): строительный материал.
• Ca(OH)₂ (гашёная известь): используется в строительстве.
• $CaCO_3$ (мел, известняк): сырьё для цемента.
• $BaSO_4$: используется в медицине (рентген).

Алюминий (Al)

Свойства

• III группа (главная подгруппа).
• Лёгкий металл, серебристый, ковкий.
• Степень окисления: +3.
• Покрыт оксидной плёнкой $Al_2O_3$ (устойчив к коррозии).

Химические свойства

1. С кислородом:

$4Al + 3O_2 \to 2Al_2O_3$

2. С кислотами:

$2Al + 6HCl \to 2AlCl_3 + 3H_2↑$

3. С щёлочами (амфотерность):

$2Al + 2NaOH + 6H_2O \to 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2↑$

Соединения

• $Al_2O_3$: тугоплавкий оксид.
• Al(OH)₃: амфотерный гидроксид.
• $Al_2$($SO_4$)₃: в водоочистке.

Применение

• Авиастроение, электропроводка, производство фольги.
• Восстановитель в металлургии (термитная смесь):

$Fe_2O_3 + 2Al \to 2Fe + Al_2O_3$

Металлы побочных подгрупп

Железо (Fe)

• VIII группа, подгруппа.
• Степени окисления: +2, +3.
• Важнейший металл, основа стали и чугуна.

Химические свойства:

• С $O_2$:

$4Fe + 3O_2 \to 2Fe_2O_3$

• С кислотами:

$Fe + H_2SO_4 \to FeSO_4 + H_2↑$

• С $Cl_2$:

$2Fe + 3Cl_2 \to 2FeCl_3$

Соединения:

• FeO, $Fe_2O_3$, $Fe_3O_4$.
• $FeSO_4$ (сульфат железа (II)).
• $FeCl_3$ (хлорид железа (III)).

Цинк (Zn)

• II группа, побочная подгруппа.
• Степень окисления: +2.
• Амфотерный металл.

Реакции:

• С кислотами:

$Zn + H_2SO_4 \to ZnSO_4 + H_2↑$

• С щёлочами:

$Zn + 2NaOH + 2H_2O \to Na_2[Zn(OH)_4] + H_2↑$

Соединения:

• ZnO (амфотерный).
• Zn(OH)₂ (амфотерный).

Применение: оцинковка (защита от коррозии), сплавы, аккумуляторы.

Марганец (Mn)

• VII группа, побочная подгруппа.
• Степени окисления: +2, +4, +7.

Соединения:

• $MnO_2$ (оксид марганца (IV)):

$2MnO_2 + 4KOH + O_2 \to 2K_2MnO_4 + 2H_2O$

• $KMnO_4$ (перманганат калия) — сильный окислитель.

Применение: сплавы стали, окислитель, медицина (марганцовка).

Итоги

• Щелочные металлы — самые активные, дают щёлочи.
• Щелочноземельные — активные, но слабее, дают основания и соли.
• Алюминий — амфотерный, важный конструкционный металл.
• Железо, цинк, марганец — переходные металлы с богатой химией, важны для промышленности и биологии.