Металлы, их положение в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, строение атомов. Характерные физические и химические свойства металлов.

 

 

ПЛАН ОТВЕТА

1. Строение атомов металлов.
2. Строение простых веществ – металлов.
3. Физические свойства металлов.
4. Химические свойства металлов:

a)     взаимодействие с кислородом,

b)     взаимодействие с другими неметаллами,

c)     взаимодействие металлов с водой,

d)     взаимодействие металлов с кислотами( разбавленными растворами и кислотами-окислителями ),

e)     взаимодействие металлов с растворами солей.

 

Металличность определяется способностью атомов отдавать электроны. Чем меньше надо отдать электронов и чем легче их отдавать, тем ярче выражены металлические свойства атомов.

Элементы-металлы имеют на последнем слое от 1 до 4 электронов (сурьма, висмут – 5, полоний - 6 электронов, но большой радиус атома). В периодической системе элементы-металлы расположены в главных подгруппах ниже диагонали алюминий-германий-сурьма-полоний. Также металлами являются элементы побочных подгрупп, т.к. они имеют на последнем слое 2 электрона и у них происходит заполнение d-подуровня предпоследнего слоя. В периоде с возрастанием заряда ядра атома металлические свойства ослабевают, т. к. увеличивается число электронов на последнем слое. В подгруппе с возрастанием заряда ядра металлические свойства усиливаются, т. к. увеличивается радиус атома и отдавать электроны становится легче.. Наиболее активным металлом является франций.

В металлах имеет место металлическая связь – это связь между атомами и катионами металла посредством общих электронов. Металлы имеют металлическую кристаллическую решётку в узлах которой находятся атомы и катионы металлов, а пространство между ними заполнено «электронным газом». Она определяет физические свойства металлов: все металлы твёрдые вещества (кроме ртути), от светло- до тёмно-серого цвета (искл. – золото, медь) с металлическим блеском, обладают ковкостью, пластичностью (т.е. способны под ударом расплющиваться, их можно прокатывать в тончайшие листы и вытягивать из них проволоку), проводят электрический ток и тепло. Общие свойства металлов обусловлены наличием «электронного газа».

Во всех химических реакциях металлы являются восстановителями: Ме⁰ – n·? ® Меⁿ⁺

По отношению металлов к кислороду их можно разделить на три группы. Металлы, реагирующие с кислородом при обычных условиях, например, 2Са⁰ + О₂⁰ = 2Са⁺²О^-2. Металлы, взаимодействующие с кислородом только при нагревании, например, медь: 2Сu⁰ + O₂⁰ = 2Cu⁺²O^-2. И третья группа – это металлы, не взаимодействующие с кислородом, например, золото, платина.

При различных условиях металлы взаимодействуют с неметаллами, причём, чем больше активность металла и неметалла, тем мягче условия протекания реакции. Например, натрий реагирует с хлором при обычных условиях с образованием хлорида натрия: Na⁰ + Cl₂⁰ = 2Na⁺Cl^-. Магний взаимодействует с серой с образованием сульфида магния, но для начала реакции требуется нагревание: Mg⁰ + S⁰ = Mg⁺²S^-2.

Щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с водой при обычных условиях, при этом образуется щёлочь и выделяется водород, например: 2Na⁰ + 2H₂⁺¹O = 2Na⁺¹OH + H₂⁰. В результате взаимодействия металлов с водой при нагревании образуются оксид металла и водород, например:
Zn⁰ + H₂⁺¹O = Zn⁺²O + H₂⁰.Золото, медь, серебро, платина, ртуть не взаимодействуют с водой.

С растворами кислот взаимодействуют металлы, стоящие в ряду напряжения до водорода. В результате реакции образуются соль и водород. Например,        Zn⁰ + 2H⁺¹Cl = Zn⁺²Cl₂ + H₂⁰.

Разбавленная азотная и концентрированные серная и азотная кислоты способны взаимодействовать и с металлами, стоящими в ряду напряжения после водорода. Это объясняется тем, что они проявляют окислительные свойства за счёт S⁺⁶ и N⁺⁵. В результате реакций обязательно образуются соль и вода и ещё продукт восстановления S⁺⁶ или N⁺⁵. Например:

2H₂S⁺⁶O_4(конц.) + Cu⁰ = Cu⁰SO₄ + H₂O + S⁺⁴O₂­

8HN⁺⁵O_3(разб.) + 3Cu⁰ = 3Cu⁺²(NO₃)₂ + H₂O + 2N⁺²O

4HN⁺⁵O_3(конц.) + Cu⁰ = Cu⁺²(NO₃)₂ + H₂O + 2N⁺⁴O₂

В зависимости от активности металла сера может восстанавливаться до сероводорода H₂S^-2 , серы S⁰ или оксида серы(IV) S⁺⁴O₂ . продукт восстановления азота: аммиак N^-3H₃ , оксид азота(I) N₂⁺¹O , оксид азота(II) N⁺²O или оксид азота(IV) N⁺⁴O₂ зависит от концентрации азотной кислоты и активности металла

Более активные металлы вытесняют менее активные металлы из растворов их солей. Активность металла определяется его положением в электрохимическом ряду напряжения металлов: она уменьшается слева направо. Т. о. металл вытесняет из солей металлы, стоящие в ряду напряжения правее его. В результате взаимодействия металла с раствором соли образуются новая соль и новый металл, например: Zn⁰ + Cu⁺²SO₄ = Zn⁺²SO₄ + Cu⁰. Металлы, реагирующие с водой, взаимодействуют с растворами солей с образованием новой соли, нерастворимого основания и водорода, например:

CuSO₄ + 2Na + 2H₂O = H₂­ + Na₂SO₄ + Cu(OH)₂?.