Положение металлов в периодической таблице элементов

Обновлено: 04.10.2024

Большинство эл-тов табл. Менделеева - металлы.
Металлические свойства усиливаются сверху вниз и справа налево.
Самый активный металл - франций.
На внешнем уровне обычно 1-2 электрона, которые атомы металлов могут отдавать. Чем легче их отдать - тем активнее металл.
Металлы главной подгруппы 1 группы - щелочные. Литий, натрий, калий, цезий, рубидий, франций. Очень активны.
Кальций, стронций, барий, радий - щелочноземельные.
Физ. св=ва: металл. блеск, ковкость, тепло- и электропроводность

ПОЛОЖЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ТАБЛИЦЕ

Если в периодической таблице элементов Д. И. Менделеева провести диагональ от бериллия к астату, то слева внизу по диагонали будут находиться элементы-металлы (к ним же относятся элементы побочных подгрупп) , а справа вверху – элементы-неметаллы. Элементы, расположенные вблизи диагонали (Be, Al, Ti, Ge, Nb, Sb и др.) , обладают двойственным характером.

К элементам - металлам относятся s - элементы I и II групп, все d- и f - элементы, а также p- элементы главных подгрупп: III (кроме бора) , IV (Ge, Sn, Pb), V (Sb,Bi) и VI (Po). Наиболее типичные элементы – металлы расположены в начале периодов (начиная со второго) .

ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ АТОМОВ МЕТАЛЛОВ
Кристаллические решетки металлического типа содержат в узлах положительно заряженные ионы и нейтральные атомы; между ними передвигаются относительно свободные электроны.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Объясняются особым строением кристаллической решетки - наличием свободных электронов ("электронного газа").
1) Пластичность - способность изменять форму при ударе, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы. В ряду ––Au,Ag,Cu,Sn,Pb,Zn,Fe® уменьшается.
2) Блеск, обычно серый цвет и непрозрачность. Это связано со взаимодействием свободных электронов с падающими на металл квантами света.
3) Электропроводность.
Объясняется направленным движением свободных электронов от отрицательного полюса к положительному под влиянием небольшой разности потенциалов. В ряду ––Ag,Cu,Al,Fe® уменьшается.
При нагревании электропроводность уменьшается, т. к. с повышением температуры усиливаются колебания атомов и ионов в узлах кристаллической решетки, что затрудняет направленное движение "электронного газа".
4) Теплопроводность. Закономерность та же. Обусловлена высокой подвижностью свободных электронов и колебательным движением атомов, благодаря чему происходит быстрое выравнивание температуры по массе металла. Наибольшая теплопроводность - у висмута и ртути.
5) Твердость. Самый твердый – хром (режет стекло) ; самые мягкие – щелочные металлы – калий, натрий, рубидий и цезий – режутся ножом.
6) Плотность. Она тем меньше, чем меньше атомная масса металла и чем больше радиус его атома (самый легкий - литий (r=0,53 г/см3); самый тяжелый – осмий (r=22,6 г/см3).
Металлы, имеющие r < 5 г/см3 считаются "легкими металлами".
7) Температуры плавления и кипения. Самый легкоплавкий металл – ртуть (т. пл. = -39°C), самый тугоплавкий металл – вольфрам (t°пл. = 3390°C).
Металлы с t°пл. выше 1000°C считаются тугоплавкими, ниже – низкоплавкими.

1. Общая характеристика элементов металлов

Из \(118\) известных на данный момент химических элементов \(96\) образуют простые вещества с металлическими свойствами, поэтому их называют металлическими элементами .

Металлические химические элементы в природе могут встречаться как в виде простых веществ, так и в виде соединений. То, в каком виде встречаются металлические элементы в природе, зависит от химической активности образуемых ими металлов.

Металлические элементы, образующие химически активные металлы ( Li–Mg ), в природе чаще всего встречаются в виде солей (хлоридов, фторидов, сульфатов, фосфатов и других).

Соли, образуемые этими металлами, являются главной составной частью распространённых в земной коре минералов и горных пород.

В растворённом виде соли натрия, кальция и магния содержатся в природных водах. Кроме того, соли активных металлов — важная составная часть живых организмов. Например, фосфат кальция Ca 3 ( P O 4 ) 2 является главной минеральной составной частью костной ткани.

Металлические химические элементы, образующие металлы средней активности ( Al–Pb ), в природе чаще всего встречаются в виде оксидов и сульфидов.

Металлические элементы, образующие химически неактивные металлы ( Cu–Au ), в природе чаще всего встречаются в виде простых веществ.

Рис. \(7\). Самородное золото Au	Рис. \(8\). Самородное серебро Ag	Рис. \(9\). Самородная платина Pt

Исключение составляют медь и ртуть, которые в природе встречаются также в виде химических соединений.

В Периодической системе химических элементов металлы занимают левый нижний угол и находятся в главных (А) и побочных (Б) группах.

Рис. \(13\). Положение металлов в Периодической системе. Знаки металлических химических элементов расположены ниже ломаной линии B — Si — As — Te

В электронной оболочке атомов металлов на внешнем энергетическом уровне, как правило, содержится от \(1\) до \(3\) электронов. Исключение составляют только металлы \(IV\)А, \(V\)А и \(VI\)А группы, у которых на наружном энергетическом уровне находятся соответственно четыре, пять или шесть электронов.

В атомах металлов главных подгрупп валентные электроны располагаются на внешнем энергетическом уровне, а у металлов побочных подгрупп — ещё и на предвнешнем энергетическом уровне.

Радиусы атомов металлов больше, чем у атомов неметаллов того же периода. В силу отдалённости положительно заряженного ядра атомы металлов слабо удерживают свои валентные электроны.

Рис. \(14\). Характер изменения радиусов атомов химических элементов в периодах и в группах. Радиусы атомов металлов существенно больше, чем радиусы атомов неметаллов, находящихся в том же периоде

Главное отличительное свойство металлов — это их сравнительно невысокая электроотрицательность (ЭО) по сравнению с неметаллами.

Рис. \(15\). Величины относительных электроотрицательностей (ОЭО) некоторых химических элементов (по Л. Полингу). ОЭО металлических химических элементов уступает соответствующей величине неметаллических химических элементов

Атомы металлов, вступая в химические реакции, способны только отдавать электроны, то есть окисляться, следовательно, в ходе превращений могут проявлять себя в качестве восстановителей .

Положение металлов в периодической таблице элементов

2NaCl – расплав, электр. ток. → 2 Na + Cl₂↑

CaCl₂ – расплав, электр. ток. → Ca + Cl₂↑

4NaOH – расплав, электр. ток. → 4Na + O₂↑ + 2H₂O

2. Восстановление металлов средней активности и неактивных металлов электролизом из растворов их солей.

• Олово образуется при электролизе раствора хлорида олова(II): Sn +2 Cl₂ −1 → (электролиз) Sn 0 +Cl 0 ₂
• Алюминий в промышленности получают в результате электролиза расплава оксида алюминия в криолите Na₃AlF₆ (из бокситов): 2Al₂O₃ – расплав в криолите, электр. ток. → 4Al + 3O₂↑
• Электролиз водных растворов солей используют для получения металлов средней активности и неактивных:2CuSO₄+2H₂O – раствор, электр. ток. → 2Cu + O₂ + 2H₂SO₄

​Электролиз используют для очистки металлов (электролитическое рафинирование).

Для рафинирования (очистки) металла электролизом из него отливают пластины и помещают их в качестве анодов 1 в электролизер 3. При пропускании тока металл, подлежащий очистке 1, подвергается анодному растворению, то есть переходит в раствор в виде катионов. Затем эти катионы металла разряжаются на катоде 2, благодаря чему образуется компактный осадок уже чистого металла. Примеси, находящиеся в аноде, либо остаются нерастворимыми 4, либо переходят в электролит и удаляются.

Большинство металлов переводят в слитки при помощи литья: расплавленный металл заливают в форму, где он и застывает. Однако наиболее тугоплавкие металлы, например, вольфрам, из которого делают нити накаливания элепктроламп, расплавить в печи необычайно трудно. Для получения их слитков применяют порошковую металлургию – особый метод, позволяющий избежать литья. Он основан на спекании предварительно спрессованного порошка металла при температуре выше 1000°C в атмосфере водорода. Затем через брусок из металла пропускают электрический ток, за счет чего он разогревается до температуры плавления, и при этом отдельные его зерна свариваются друг с другом. Полученное изделие подвергают горячей ковке и прокатке.

V. Нахождение металлов в природе

Самый распространённый в земной коре металл – алюминий. Металлы встречаются как в соединениях, так и в свободном виде.

1. Активные – в виде солей (сульфаты, нитраты, хлориды, карбонаты)

2. Средней активности – в виде оксидов, сульфидов (Fe₃O₄, FeS₂)

3. Благородные – в свободном виде (Au, Pt, Ag)

В сво­бод­ном со­сто­я­нии при­сут­ству­ют в при­ро­де ме­тал­лы, ко­то­рые либо плохо окис­ля­ют­ся кис­ло­ро­дом, либо со­всем не окис­ля­ют­ся. На­при­мер, пла­ти­на, зо­ло­то, се­реб­ро. Реже – медь, ртуть и неко­то­рые дру­гие. Са­мо­род­ные ме­тал­лы встре­ча­ют­ся в при­ро­де в неболь­ших ко­ли­че­ствах в виде зерен или вкрап­ле­ний в раз­лич­ных ми­не­ра­лах. Лишь из­ред­ка они об­ра­зу­ют боль­шие куски – са­мо­род­ки. Самый боль­шой са­мо­ро­док зо­ло­та весил 112 кг. Ино­гда ме­тал­лы прак­ти­че­ски в чи­стом виде со­дер­жат­ся в ме­тео­ри­тах. Так, неко­то­рые пред­ме­ты из вы­со­ко­чи­сто­го же­ле­за, най­ден­ные ар­хео­ло­га­ми, объ­яс­ня­ют­ся имен­но тем, что они были из­го­тов­ле­ны из ме­тео­рит­но­го же­ле­за. Но чаще всего ме­тал­лы су­ще­ству­ют в при­ро­де в свя­зан­ном со­сто­я­нии в со­ста­ве ми­не­ра­лов.

Ми­не­рал – это хи­ми­че­ски и фи­зи­че­ски ин­ди­ви­ду­а­ли­зи­ро­ван­ный про­дукт при­род­ной фи­зи­ко-хи­ми­че­ской ре­ак­ции, на­хо­дя­щий­ся в кри­стал­ли­че­ском со­сто­я­нии.

Очень часто это ок­си­ды. На­при­мер, оксид же­ле­за (III) Fe₂O₃ – ге­ма­тит, или крас­ный же­лез­няк. Рис. 1.

Fe₃O₄ – маг­не­тит, или маг­нит­ный же­лез­няк. Неред­ко ми­не­ра­ла­ми яв­ля­ют­ся суль­фид­ные со­еди­не­ния: га­ле­нит ZnS, ки­но­варь HgS.

Ак­тив­ные ме­тал­лы часто при­сут­ству­ют в при­ро­де в виде солей (суль­фа­ты, нит­ра­ты, хло­ри­ды, кар­бо­на­ты).

Ми­не­ра­лы вхо­дят в со­став гор­ных пород и руд. Ру­да­ми на­зы­ва­ют­ся при­род­ные об­ра­зо­ва­ния, со­дер­жа­щие ми­не­ра­лы в таком ко­ли­че­стве, чтоб из этих руд было вы­год­но по­лу­чать ме­тал­лы. Обыч­но перед по­лу­че­ни­ем ме­тал­ла из руды руду обо­га­ща­ют, уда­ляя пу­стую по­ро­ду и раз­лич­ные при­ме­си. При этом об­ра­зу­ет­ся кон­цен­трат, ко­то­рый и яв­ля­ет­ся ис­ход­ным сы­рьем для ме­тал­лур­ги­че­ской про­мыш­лен­но­сти.

VI. Химические свойства металлов

Общие химические свойства металлов представлены в таблице:

Важно за­пом­нить, что в хи­ми­че­ских ре­ак­ци­ях ме­тал­лы вы­сту­па­ют в ка­че­стве вос­ста­но­ви­те­лей: от­да­ют элек­тро­ны и по­вы­ша­ют свою сте­пень окис­ле­ния. Рас­смот­рим неко­то­рые ре­ак­ции, в ко­то­рых участ­ву­ют ме­тал­лы.

1. Взаимодействие с кислородом

Мно­гие ме­тал­лы могут всту­пать в ре­ак­цию с кис­ло­ро­дом. Обыч­но про­дук­та­ми этих ре­ак­ций яв­ля­ют­ся ок­си­ды, но есть и ис­клю­че­ния, о ко­то­рых вы узна­е­те на сле­ду­ю­щем уроке. Рас­смот­рим вза­и­мо­дей­ствие маг­ния с кис­ло­ро­дом.

Маг­ний горит в кис­ло­ро­де, при этом об­ра­зу­ет­ся оксид маг­ния:

2Mg 0 + O₂ 0 = 2Mg +2 O -2

Рис. 1. Го­ре­ние маг­ния в кис­ло­ро­де

Атомы маг­ния от­да­ют свои внеш­ние элек­тро­ны ато­мам кис­ло­ро­да: два атома маг­ния от­да­ют по два элек­тро­на двум ато­мам кис­ло­ро­да. При этом маг­ний вы­сту­па­ет в роли вос­ста­но­ви­те­ля, а кис­ло­род – в роли окис­ли­те­ля.

Обратите внимание. Серебро, золото и платина с кислородом не реагируют.

2. Взаимодействие с галогенами, образуются галогениды

Для ме­тал­лов ха­рак­тер­на ре­ак­ция с га­ло­ге­на­ми. Про­дук­том такой ре­ак­ции яв­ля­ет­ся га­ло­ге­нид ме­тал­ла, на­при­мер, хло­рид.

Рис. 2. Го­ре­ние калия в хлоре

Калий сго­ра­ет в хлоре об­ра­зо­ва­ни­ем хло­ри­да калия:

2К 0 + Cl₂ 0 = 2K +1 Cl -1

Два атома калия от­да­ют мо­ле­ку­ле хлора по од­но­му элек­тро­ну. Калий, по­вы­шая сте­пень окис­ле­ния, иг­ра­ет роль вос­ста­но­ви­те­ля, а хлор, по­ни­жая сте­пень окис­ле­ния,- роль окис­ли­те­ля

3. Взаимодействие с серой

Мно­гие ме­тал­лы ре­а­ги­ру­ют с серой с об­ра­зо­ва­ни­ем суль­фи­дов. В этих ре­ак­ци­ях ме­тал­лы также вы­сту­па­ют в роли вос­ста­но­ви­те­лей, тогда как сера будет окис­ли­те­лем. Сера в суль­фи­дах на­хо­дит­ся в сте­пе­ни окис­ле­ния -2, т.е. она по­ни­жа­ет свою сте­пень окис­ле­ния с 0 до -2. На­при­мер, же­ле­зо при на­гре­ва­нии ре­а­ги­ру­ет с серой с об­ра­зо­ва­ни­ем суль­фи­да же­ле­за (II):

Fe 0 + S 0 = Fe +2 S -2

Рис. 3. Вза­и­мо­дей­ствие же­ле­за с серой

Ме­тал­лы также могут ре­а­ги­ро­вать с во­до­ро­дом, азо­том и дру­ги­ми неме­тал­ла­ми при опре­де­лен­ных усло­ви­ях.

4. Взаимодействие с водой

Металлы по - разному реагируют с водой:

Помните.

Алюминий реагирует с водой подобно активным металлам, образуя основание:

Раскалённое железо реагирует с водяным паром, образуя смешанный оксид — железную окалину Fe₃O₄ и водород: 3Fe 0 +4H +1 ₂O −2 → Fe +2 O −2 ⋅Fe +3 ₂O −2 ₃ + 4H 0 ₂

5. Взаимодействие с кислотами

Металлы особо реагируют с серной концентрированной и азотной кислотами:

Металлы их положение в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева, строение их атомов, металлическая связь. Общие химические свойства металлов.

Известно, что от периода к периоду число металлов, составляющих главные подгруппы, увеличивается. Это связано с тем, что от периода к периоду радиус атома, как правило, увеличивается, поэтому внешние электроны становятся более свободными. Это в значительной степени и определяет, будет элемент металлом или нет. Например, во втором периоде имеется только два металла – литий и бериллий; в состав третьего периода входят три металла – натрий, магний и алюминий. Эту закономерность среди элементов главных подгрупп можно продолжить.

Кроме того, все элементы побочных подгрупп – металлы, они имеют на внешнем слое, как правило, 1-2 электрона, это во многом определяет их свойства.

У металлов главных подгрупп, как правило, на внешнем слое может быть от одного до трёх электронов, однако некоторые из них могут иметь существенно большее число электронов. Например, элемент полоний на внешнем слое имеет шесть электронов. Но этот элемент принадлежит (IV) периоду. Поэтому свойства простого вещества полония сильно отличаются от свойств, например, кислорода или серы, хотя они представители одной подгруппы.

Лёгкость выхода внешних электронов из атомов металлов определяет их свойства как восстановителей. Восстановители – это элементы, повышающие свою степень окисления в процессе реакции. Это происходит, в следствие отдачи электронов окислителям.

Восстановительные свойства металлов проявляются в следующих реакциях:

а) с неметаллами

в данной реакции металл Fe восстановитель, а катион Cu 2+ окислитель.

Электрохимический ряд напряжения металлов. Вытеснение металлов из растворов солей другими металлами.

1. Общие свойства металлов как восстановителей.
2. Характеристика активности металлов.
3. Вытеснение металлов из растворов солей.

Общим свойством металлов является их способность к окислению: Ме 0 -ne - →Me n + . Способность отдавать электроны у металлов проявляется по-разному: наиболее активные щелочные металлы и кальций, они восстанавливают водород даже из воды:

К 0 -1е - →К +1 восстановитель

2Н +1 +2е - →Н₂ 0 окислитель

Менее активные восстановители – магний, алюминий, цинк и др., ещё менее активны железо, свинец: эти металлы восстанавливают водород из водных растворов кислот, а из растворов солей менее активных металлов – металл.

Zn 0 -2e - →Zn +2 восстановитель

Fe 0 -3e - →Fe +3 восстановитель.

Русский химик Н.Н.Бекетов расположил металлы в порядке убывания их восстановительной активности в водных растворах и назвал его электрохимический ряд напряжения металлов (приложение 5). При этом следует помнить следующее правила: каждый левее стоящий металл может вытеснять все последующие из водных растворов их солей, а сам вытесняется предыдущими металлами. В этом ряде следует обратить внимание на водород как единственный неметалл, имеющий с металлами общее свойство – способность образовывать положительно заряженные ионы. Поэтому водород может замещать некоторые металлы и сам замещаться активными металлами из водных растворов кислот и воды.

Вытеснение менее активных металлов из растворов их солей более активными металлами происходит в соответствии с рядом напряжения. Можно привести дополнительные примеры взаимодействия щелочных металлов с водой.

Металлы, их положение в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, строение атома, химические свойства, применение.

В периодической системе элементов Д.И.Менделеева металлы расположены в левом нижнем углу от диагонали B–At.

Класс металлов образован элементами s-семейства (кроме Н и Не), p-элементы главных подгрупп III (кроме В), IV (Ge, Sn, Pb), V (Sb, Bi) и VI (Po), все d- и f-элементы. Элементы, расположенные вблизи диагонали (Be, Al, Ti, Ge), обладают двойственным характером. Металлов в периодической системе элементов – большинство (Из 109 элементов только 22 неметаллы).

На наружном электронном уровне находятся 1,2 или 3 электрона, слабо связанных с ядром.

2 8 1 2 8 8 2 2 8 3

1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 3

В металлах связь металлическая и металлическая кристаллическая решётка чем объясняются физические свойства металлов.

Для главных подгрупп: чем левее и ниже металл, тем большую химическую активность он проявляет. В периодах металлические свойства убывают, а в группах усиливаются (с увеличением порядкового номера), так как изменяется радиус атома.

Для металлов характерны общие физические свойства:

1) твёрдость; 2) электро и теплопровдность; 3) непрозрачность; 4) металлический блеск;

5) ковкость или пластичность (объяснение – металлическая кристаллическая решётка).

Химические свойства: n=1,2,3. (металлы всегда восстановители)

I. С простыми веществами:

1) с кислородом:

а) 2Ca + O₂ → 2CaO б) 2Mg + O₂ 2 ↛

в-ль ок-ль многие металлы покрыты тонкой плёнкой, которая препятствует дальнейшему окислению.

2) с галогенами:

а) 2Na + Cl₂ → 2NaCl б) 2Fe + 3Cl2

3) с серой: Fe + S → FeS

II. Со сложными веществами (ряд активности металлов):

а) (для щелочных и щелочноземельных металлов) 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑

б) металлы средней активности Mg + H₂O 2↑

в) правее водорода Au + H₂O ↛

2) с растворами кислот, кроме HNO₃

а) Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂ б) Cu + HCl ↛

3) с солями: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

1) в быту – посуда, бытовые приборы; 2) в технике, в промышленности;

3) в самолёто- и ракетостроении; 4) в медицине и т.д.

Билет №9 (2)

Фенол, его строение, свойства, получение и применение.

Фенол – это производное бензола, в котором один атом водорода замещён на группу ОН.

Взаимное влияние бензольного кольца и ОН-групп:

1) Радикал С₆Н₅ обладает свойством оттягивать на себя электроны атома кислорода ОН-группы, делая связь О–Н более полярной и атом водорода более подвижным.

2) ОН-группа придаёт большую подвижность атомам водорода в положениях 2,4,6 – бензольного кольца.

Этим взаимовлиянием и определяются свойства фенола.

Фенол – бесцветное, кристаллическое вещество с характерным запахом больницы.

Температура плавления 40,9℃ , хорошо растворим в горячей воде (карболовая кислота).

Фенол – ядовит!

1) В воде диссоциирует на ионы:

2) Проявляет слабые кислотные свойства, реагирует с металлами:

3) Реагирует со щёлочью:

4) Реакции замещения:

В промышленности фенол получают по схеме:

1) 2)

Фенол применяют для производства:

1) полимеров и пластмасс на их основе, красителей;

3) взрывчатых веществ. Водородный раствор фенола используется как дезинфицирующее средство.

Читайте также:

  
• Из какого металла состоит поршень
  
• Класс прочности дверей металлических
  
• Как собрать сито для муки металлическое
  
• Разметка проектного положения металлического каркаса
  
• Протяжка кабеля в металлической трубе