Вода это металл или неметалл

Обновлено: 04.05.2024

Среди химических веществ выделяют три группы веществ, исходя из основных химических свойств. Если первые две группы понятны – металлы и неметаллы, то третья группа воспринимается с трудом – амфотерные. С физической точки зрения они могут быть неотличимы от обычных металлов, но химически, могут быть как восстановителями, так и окислителями. На данном уроке разберемся с особенностями амфотерных элементов.

План урока:

Основное понятие амфотерности

Что такое металлы и неметаллы – понять нетрудно. Металлы обладают восстановительными свойствами и в химической реакции отдают электроны. При этом, гидроксиды металлов – это основания. Неметаллы, напротив, являются окислителями и забирают электроны. Гидроксиды неметаллов – это кислоты.

Амфотерные соединения могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства в зависимости от реакционной среды. Гидроксиды таких атомов могут выступать в качестве кислот или оснований.

Расположение амфотерных элементов в таблице Менделеева

В таблице Менделеева положение того или иного атома сообщает значительную часть информации о строении атома этого элемента и его химических свойствах. Периодической эта система называется, потому что в разных периодах (горизонтальные строчки) и группах (вертикальные столбцы) повторяется определенное качество элементов. Так, вся первая группа является щелочными металлами, а седьмая – галогенами (неметаллами), восьмая – инертными газами. Но, это характерно только для главной подгруппы. В побочной группе располагаются амфотерные элементы.

Строение атома амфотерных элементов

Особенность химических свойств амфотерных элементов связана со строением их атомов. У них происходит предзаполнение s-подуровня, из-за этого, незаполненным оказывается всегда d-подуровень. Все представители побочных подгрупп являются p- или d-элементами. В различных условиях может происходить перескок электронов с подуровней и увеличение неспаренных электронов.

Таблица. Строение атомов некоторых амфотерных элементов

Для некоторых из них характерен проскок электрона. Это состояние, при котором электрон с последнего уровня перескакивает на следующий. По этой причине оказывается неспаренным s-электрон.

Представители амфотерных элементов

Все элементы побочных групп являются амфотерными и проявляют сходные химические свойства. Наиболее распространены в природе три элемента: Al, Zn и Cr.

Цинк как амфотерный элемент

Цинк — это относительно мягкий светло-серый металл. Является одним из самых распространенных амфотерных элементов. В природе цинк встречается в составе 66 минералов, наиболее распространенные представлены в таблице.

Таблица. Минералы, в состав которых входит Zn

Цинк является d-элементом.

Химические свойства цинка обусловлены наличием незаполненной p-обитали. С s-подуровня происходит перескок электрона, за счет чего появляется два неспаренных электрона: Zn* 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 4p 1 .

Алюминий как амфотерный элемент

Al является самым распространенных элементом не только среди металлов, но и во всей таблице Менделеева. Он занимает 3 место после кислорода (O₂) и кремния (Si).

Это мягкое вещество серебристо-серого цвета с низкой температурой плавления. В природе встречается как в виде минералов, так и в виде самородков. Является примесью многих минералов.

Наиболее распространенные минералы, содержащие Al:

Последний минерал в зависимости от примесей имеет разный окрас. Применяется в ювелирном деле и считается полудрагоценным камнем.

Его атом содержит 13 электронов, распределенных по 3 электронным уровням: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . Это р-элемент, у которого может происходить переход электрона с s-подуровня на свободную р-орбиталь. За счет этого, металл приобретает 3 неспаренных электрона: Al* 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2

Свойства металлов Al и Zn как простых веществ

Цинк – довольно плотный металл. Сохраняет свои качества в небольшом диапазоне температур: при низких значениях (до -30) становится хрупким, при температурах выше 100 0 С очень пластичен. Это используется в металлургии, прокатывая цинковые листы толщиной несколько миллиметров (цинковая фольга). Некоторые примеси резко повышают хрупкость металла, поэтому используется очищенный материал.

Al – сильно пластичный легкий металл с низкой температурой плавления. Обладает высокой ковкостью и электропроводностью.

На воздухе он покрывается оксидной пленкой поэтому практически не подвергается коррозии. Благодаря этому он используется при изготовлении проводов и корпусов машинной техники.

Получение алюминия и цинка

Основной способ получения металлов – выделение их из состава руды. Для этого используется наиболее богатая металлом горная порода. Алюминий получают из боксита. Этот процесс состоит из трех этапов:

Добыча горной породы;
Обогащение (увеличение концентрации метала за счет очистки от примесей);
Выделение чистого вещества путем электролиза.

Получение цинка производится несколькими методами – электролитическим (так же как и Al) и пирометаллургический. Второй способ основан на восстановлении цинка из его оксида углеродом или оксидом углерода II (угарным газом):

ZnO + CO ⇄ Zn + CO₂

Достоинство этого метода в том, что продукты первой реакции могут использоваться во второй, что снижает количество выбросов в атмосферу.

Химические свойства алюминия и цинка

Оба вещества способны реагировать как обычные металлы. Так же, есть ряд специфических реакций.

Взаимодействие с неметаллами

С неметаллами и оба вещества взаимодействуют с образованием бинарных соединений – солей. Как правило, скорость течения реакции и условия зависят от активности неметалла. Так, с кислородом реакция идет реакция образования оксида при нагревании с цинком:

с алюминием в обычных условиях:

Оксид алюминия покрывает изделие плотной пленкой (оксидная пленка) и доступ кислорода прекращается, поэтому, для полной реакции его нужно брать в порошке.

Zn не реагирует с Br, N₂, Si, C, H₂.

Al не вступает в реакцию только с H₂.

Взаимодействие с металлами

С восстановителями оба металла образуют сплавы:

Это не является химической реакцией, так как не происходит передачи электронов или изменения химических свойств веществ.

Взаимодействие с кислотами и щелочами

С кислотами и алюминий, и цинк взаимодействуют при обычных условиях с образованием солей:

Результат реакции со щелочами зависит от условий реакции: если реакция идет в растворе (в присутствии воды), то образуются комплексные соли:

В безводной среде (сплавление) образуются соли металлических кислот:

2Al + 6KOH = 2KAlO₂ + 2K₂O + 3H₂ (KAlO₂ – алюминат калия).

Взаимодействие с водой

Алюминий активно взаимодействует с водой, если очистить оксидную пленку. Реакцию нужно проводить быстро, так как пленка образуется практически мгновенно:

Zn реагирует с водой при очень высокой температуре (при накаливании до красного состояния):

Оксиды цинка и алюминия

ZnO – оксид, широко используемый в химической промышленности. Он применяется для получения солей. В реакции со щелочами образуются комплексные соли, легко разрушаемые кислотами.

Al₂O₃ –глинозем. Имеет очень плотную кристаллическую решетку, из-за чего практически не реагирует при обычных условиях. При экстремально высоких температурах вступает в реакцию со щелочами:

Может вступать в реакцию с кипящими кислотами с образованием комплексных солей.

Применение алюминия и цинка

Al как самый распространенный элемент широко используется в химической промышленности. Он способен вытеснять восстановители из соединений, поэтому применяется для получения металлов. Такой метод называется алюмотермия.

Благодаря оксидной пленке и низкой плотности используется в автомобиле-, самолето- и ракетостроении для снижения массы изделия. В строительстве алюминий применяется для изготовления каркасов высотных зданий.

Zn применяется для снижения коррозии металлических изделий –цинкование. Порошок этого металла используется для изготовления масляных красок с металлическим блеском. Также, оксид служит в качестве антисептика. Мази на основе цинкового порошка используются в лечении лишаев и других инфекционных поражений кожи.

Сплавы алюминия и цинка

В металлургии практически не применяются в чистом виде из-за высокой пластичности. Для того чтобы сохранить достоинства металлов, но убрать недостатки осуществляют сплавление с другими металлами.

Сплавы алюминия

Сплавы алюминия делятся на две группы:

Литейные (без сохранения пластичности);
Конструкционные (деформируемые).

Таблица. Характеристика основных сплавов алюминия

Сплавы цинка

Самый используемый сплав цинка – латунь (Cu — Zn). Он обладает хорошими сварными свойствами, поэтому применяется в изготовлении кухонной утвари и различных изделий интерьера.

Если к этому сплаву добавляют свинец, этот сплав называется мунц-металл. Оба сплава применяются при литье труб и каркасов.

Алюминий и цинк как амфотерные элементы

Урок 28. Химические свойства воды. Какой металл реагирует с водой

Изучить взаимодействие оксида кальция CaO с водой. Для этого небольшое количество CaO добавляют в стакан воды и хорошо перемешивают. Это вызывает химическую реакцию: CaO затем смешивается с небольшим количеством воды.

Какие металлы взаимодействуют с водой при повышенной температуре

Металлы традиционно делятся на различные группы. Они характеризуются отличной от других металлов химической активностью. Эти группы следующие.

благородные металлы (серебро, золото, платина);
щелочные металлы (металлы, образованные элементами (I)А группы периодической системы);
щелочноземельные металлы (кальций, стронций, барий, радий).

Простые вещества со свойствами металлов всегда восстанавливаются в химических реакциях. Положение металла в последовательности активности указывает на то, насколько активен металл в химической реакции (т.е. насколько он восстановлен).

Серия реактивных металлов.

1. чем дальше по шкале в левой части находится металл, тем более сильным восстановителем он является.

2.Металл, расположенный справа от каждого металла в последовательности действий, может быть преобразован в соль. 3.3.

Металлы, расположенные слева от водорода в последовательности действий, могут замещать водород из кислых растворов.

Щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с водой во всех водных растворах.

Общие химические свойства металлов

Взаимодействие с простыми неметаллами

1. металлы реагируют с кислородом, образуя оксиды.

Например, при взаимодействии магния с кислородом образуется оксид магния.

Серебро, золото и платина не реагируют с кислородом.

2. металлы реагируют с галогенами (фтор, хлор, бром и йод) с образованием галогенидов.

Металл + галоген → галогенид металла.

Например, при взаимодействии натрия с хлором образуется хлорид натрия. 3:

3. металлы взаимодействуют с серой, образуя сульфиды.

Металл + сера → сульфид металла.

Например, при взаимодействии цинка с серой образуется сульфид цинка.

Цинк реагирует с серой

4Активные металлы при нагревании реагируют с азотом, фосфором и другими неметаллами.

Например, литий реагирует с азотом, образуя нитрид лития.

Когда кальций взаимодействует с фосфором, образуется фосфид кальция.

Взаимодействие со сложными веществами.

1. щелочные металлы и щелочноземельные металлы взаимодействуют с водой при нормальных условиях с образованием водорастворимых оснований (щелочей) и водорода.

Активный металл + вода → щелочь + водород.

Например, при взаимодействии натрия с водой образуется гидроксид натрия и водород.

Взаимодействие натрия с водой

Некоторые промежуточные продукты реагируют с водой при высоких температурах с образованием оксидов металлов и водорода.

Например, расплавленное железо реагирует с водяным паром с образованием смешанного оксида железа (окалина Fe_3O_4 и водород).

2. металлы, расположенные слева от водорода в последовательности металл-актив, реагируют с кислыми растворами с образованием солей и водорода.

Взаимодействие с простыми веществами

с кислородом

Бериллий и магний не реагируют ни с кислородом воздуха, ни с чистым кислородом, если их не нагревать. Это объясняется тем, что бериллий и магний покрыты тонкой защитной пленкой, состоящей из оксидов BeO и MgO соответственно. Их хранение не требует специальной защиты от ветра или влаги, в отличие от щелочноземельных металлов, которые хранятся под слоем инертной жидкости, обычно парафина.

Be, Mg, Ca и Sr при сгорании в кислороде образуют оксиды MeO, а Ba — смесь оксида бария (BaO) и пероксида бария (BaO2).

Следует отметить, что при сгорании щелочно-гибридных металлов и магния на воздухе они реагируют с азотом воздуха, образуя нитриды с общей формулой ME3N2, в дополнение к соединениям металлов с кислородом.

с галогенами

Бериллий реагирует с лошадью только при высоких температурах, а другие металлы группы IIA — уже при комнатной температуре:.

Mg + I2 = MGI2 — йодистый магний

CA + BR2 = CABR2 — кальций бромелиевый

BA + CL2 = BACL2 — хлорид бария

с неметаллами IV–VI групп

Все металлы группы IIA реагируют при нагревании со всеми неметаллами групп IV-VI, но требуют разной степени нагрева, в зависимости от положения металла в группе и активности неметалла. Бериллий — самый химически инертный из всех металлов группы IIA, поэтому для его неметаллических реакций требуются значительно более высокие температуры.

Следует отметить, что реакции металл-углерод могут приводить к образованию карбидов с различными свойствами. Различают гидрокарбиды метана, которые считаются обычными производными метана, где все атомы водорода заменены на металлы. Как и метан, они содержат углерод в степени окисления -4, и при гидролизе или реакции с неокисляющими кислотами одним из продуктов является метан. Существует также другой тип карбида, ацетилененид, который фактически содержит C22-, фрагмент молекулы ацетилена. Карбиды ацетилена образуют ацетилен как один из продуктов гидролиза или реакции с неокисляющими кислотными взаимодействиями. Тип карбида — метанового или ацетиленового — который образуется при взаимодействии металла и углерода, зависит от размера катиона металла. Как правило, метаны образуются с ацетиленом, содержащим ионы металлов малого радиуса и более крупные ионы металлов. Для металлов группы II метан образуется при взаимодействии бериллия с углеродом.

Другие металлы группы IIA образуют ацетилен с углеродом:.

Металлы группы IIA образуют пирит кремния — соединение в форме ME2SI, азота — азот — азот (ME3N2), фосфора — фосфид (ME3P2):.

с водородом

Все щелочноземельные металлы при нагревании реагируют с водородом. Чтобы заставить магний реагировать с водородом, недостаточно одного лишь нагревания, как в случае со щелочными землями, в дополнение к высокой температуре. Также требуется повышение давления водорода. Бериллий не реагирует с водородом ни при каких обстоятельствах.

Взаимодействие со сложными веществами

с водой

Все щелочноземельные металлы положительно реагируют с водой, образуя щелочи (растворимые гидроксиды) и водород. Магний реагирует с водой только при кипячении, так как защитная пленка оксида MGO растворяется при нагревании. В случае берилла оксидная защитная пленка очень прочная. Вода не вступает с ним в реакцию при кипячении или даже в горячем состоянии.

c кислотами-неокислителями

Все металлы главной подгруппы II подгруппы реагируют с неокисляющими кислотами, поскольку в порядке активности они находятся слева от водорода. В результате образуются соли этой кислоты и водорода. Пример реакции.

CA + 2CH3COOH = (CH3COO)2CA + H2↑

c кислотами-окислителями

− разбавленной азотной кислотой

Все металлы группы IIA реагируют с редкой азотной кислотой. В этом случае при восстановлении вместо водорода (как в случае неокисляющихся кислот) образуется в основном оксид азота (I) (N2O), а в случае очень разреженной азотной кислоты — нитрат аммония (NH4NO3): оксид азота (N2O)

4mg + 10hno3 (очень разбавленный) = 4mg(no3)2 + nh4no3 + 3h2o

− концентрированной азотной кислотой

Концентрированная азотная кислота пассивирует бериллий при комнатной (или низкой) температуре. Другими словами, он не вступает в реакцию с бериллием. В условиях кипения возможны реакции, которые протекают в основном в соответствии со следующим уравнением

Магний и щелочноземельные металлы реагируют с концентрированной азотной кислотой с образованием различных продуктов восстановления азота.

− концентрированной серной кислотой

Бериллий пассивируется концентрированной серной кислотой. Это означает, что при нормальных условиях он не вступает в реакцию, но в условиях кипения реакция продолжается с образованием сульфата бериллия, диоксида серы и воды.

Барий также пассивируется концентрированной серной кислотой, образуя нерастворимый сульфат бария, который вступает в реакцию при нагревании. Сульфат бария превращается в сульфат водорода бария и растворяется в концентрированной серной кислоте при нагревании.

Другие основные металлы группы IIA реагируют с концентрированной серной кислотой при любых условиях, даже при низких температурах. Сера в основном восстанавливается до сероводорода.

4Mg + 5H2SO4 (агломерация) = 4MgSO4+H2S↑+4H2O

с щелочами

Магний и щелочноземельные металлы не реагируют со щелочами, тогда как бериллий легко реагирует с безводными щелочами в щелочных растворах и плавится. Если реакция протекает в водном растворе, то в реакции участвует вода, а продуктами являются щелочные или щелочноземельные тетрагидроксобутиратные соли и газообразный водород:.

Be + 2KOH + 2H2O = H2↑+K2Be(OH)4-тетрагидроксибутират калия

При реакции с твердой щелочью при плавлении образуются щелочные или щелочноземельные соли бериллия и водород.

Be + 2KOH = H2↑+K2BeO2-калиевый бериллий

с оксидами

Щелочноземельные металлы и магний можно нагревать для восстановления менее активных металлов и некоторых неметаллов из их оксидов. Например

Метод восстановления металлов из оксидов с помощью магния называется магнитотермией.

Химические свойства щелочных металлов: взаимодействие, получение
Химические свойства щелочноземельных металлов: взаимодействие, получение
Химические свойства алюминия
Химические свойства переходных металлов (меди, цинка, хрома, железа)

Все элементы группы IIA являются s-элементами. Это означает, что плоскость s-sub содержит все валентные электроны. Поэтому электронная конфигурация внешней электронной оболочки всех химических элементов этой группы имеет вид ns 2 где n — номер периода, в котором расположен элемент.

Урок 28. Химические свойства воды

В Уроке 28 «Химические свойства воды» урока «Химия тупых вещей» вы узнаете о взаимодействии воды с различными веществами.

При нормальных условиях вода очень активна по сравнению с другими веществами. Это означает, что он вступает в химическую реакцию со многими из них.

Взаимодействие с оксидами неметаллов

В случае струи монооксида углерода (IV) CO₂ (углекислый газ) направляется к воде, часть его растворяется (рис. 109).

В результате химических реакций в растворе образуется новое вещество — карбоновая кислота H₂CO₃:.

Кстати, Дж. Пристли обнаружил, что, собирая углекислый газ в воде, часть газа растворяется в воде, придавая ей приятный горький вкус. Фактически, Пристли был первым, кто получил такие напитки, как газированная вода и содовая вода.

Комбинированные реакции также происходят в случае твердых оксидов фосфора (V)P₂O₅ Происходит химическая реакция, в результате которой образуется H-фосфорная кислота₃PO₄ (рис. 110):.

Испытайте растворы, полученные в результате взаимодействия CO₂ и P₂O₅С водой, метелкокальциевый индекс. Для этого в полученный раствор добавьте одну-две капли раствора индекса. Цвет индекса меняется с оранжевого на красный, что указывает на присутствие кислоты в растворе. Это подразумевает взаимодействие между CO₂ и P₂O₅ h, который фактически образует кислоту в воде.₂CO₃ и h₃PO₄.

Оксиды, такие как со₂ и P₂O₅которые образуют кислоты при реакции с водой, называются кислотными оксидами.

Окисляющие кислоты являются оксидами, соответствующими оксидам.

Некоторые из этих кислотных оксидов и соответствующих кислот перечислены в таблице 11. Обратите внимание, что это безотходные продукты. Как правило, неметаллические оксиды являются кислотными оксидами.

Взаимодействие с оксидами металлов

Вода по-разному реагирует с неметаллическими оксидами.

Изучить взаимодействие оксида кальция CaO с водой. Для этого небольшое количество CaO добавляют в стакан воды и хорошо перемешивают. Это вызывает химическую реакцию: CaO затем смешивается с небольшим количеством воды.

В результате образуется новое вещество под названием Ca(OH)2, которое относится к категории основных. Литий и оксид натрия одинаково реагируют с водой. При этом также образуется база, например.

Узнайте больше об основаниях в следующем уроке. Оксиды металлов, основания которых соответствуют основным оксидам.

Основной оксид — это оксид, которому соответствует основание.

В таблице 12 приведены конкретные типы основных оксидов и соответствующие им основания. Обратите внимание, что, как и кислотные оксиды, основные оксиды содержат атомы металлов. Большинство оксидов металлов являются основными оксидами.

Каждый основной оксид соответствует основанию, но не все основные оксиды, содержащие воду, такие как CAO, взаимодействуют с образованием основания.

При сокрушительно высоких температурах алюминий бурно реагирует с кислородом, выделяя большое количество тепла. В результате образуется оксид алюминия.

Взаимодействие металлов с кислотами. ряд активности металлов

Что такое кислоты? Какие кислотные вещества вы встречали в природе?

По определению, кислоты должны реагировать с металлами. Все ли металлы реагируют с кислотами? Это можно подтвердить опытным путем.

В четыре пронумерованные пробирки налейте одинаковое количество раствора соляной кислоты и добавьте следующим образом: вторая пробирка — добавьте от второго Зн- к четвертому Зп- к третьему Зп-.

Как видите, не все металлы, включая кислоты, могут взаимодействовать и имеют разные скорости взаимодействия (рис. 18).

На основе интенсивности взаимодействия металла с кислотой русский ученый н.н. Бекетов составил ряд активностей:.

li k ca na mg al zn fe ni sn pb (h2) cu hg ag au

При использовании серии химических мероприятий необходимо учитывать следующие правила

1) металлы, стоящие в начале этого ряда, химически активны, они могут вытеснить водород из воды. 2) активность металлов в этом ряду снижается слева направо 3) только металлы, стоящие в ряду активности до водорода, вытесняют водород из растворов кислот

Активный металл + кислота — > соль + водород

Происходят реакции замещения. Металлы, следующие за водородом в порядке реакционной способности, не реагируют с растворами редких кислот (Таблица 6).

Лабораторный эксперимент 3 Взаимодействие металлов с кислыми растворами

Цель: исследовать реакции различных металлов с кислыми растворами и сделать выводы о наличии химических минералов.

Раствор соляной кислоты наливают в четыре пробирки. В одну пробирку насыпают порошок магния, в другую — зерна цинка, в третью — железную стружку, в четвертую — медную.

Можно ли разъесть железо? Да, если он очень чистый. Например, в Дели (Индия) есть колонна высотой 7 м и весом 6,5 тонн. Он был заселен в IX веке до н.э. Он содержит 99,72% Fe. До сих пор колонна не подвергалась коррозии.

Взаимодействие металлов с растворами солей

С какими солями вы сталкивались в повседневной жизни?

Химически активные металлы вытесняют менее активные металлы, чем солевые растворы, вызывая реакции вытеснения. Например, железо вытесняет медь из раствора сульфата меди (III) (рис. 19).

Выделение красного налета меди является признаком реакции. Обратная реакция не протекает

Форма реакции смещения выглядит следующим образом

Соль 4 — активный металл = новая соль + новый металл (менее активный)

Этот тип реакции происходит при следующих условиях: 1) соль, с которой происходит взаимодействие, должна быть растворима в воде; 2) новый металл должен быть активен в воде.

Демонстрация трех вытеснений металла из солевого раствора

Цель: Понять, что более активный металл вытесняет менее активный металл, чем его соль.

Поместите гранулу цинка в пробирку и прилейте раствор сульфата меди. В другую пробирку поместите небольшой кусочек железа и залейте раствором сульфата меди. Что вы заметили? Напишите уравнение реакции. Сделайте вывод.

Рабочий лист 1 Сравнение действий с металлами

Цель: Разработать серию мероприятий по металлу. Обобщите результаты и сделайте выводы.

Налейте 5 мл солевого раствора в пять пробирок и поместите медный наконечник в каждую пробирку. Затем повторите эксперимент с другими металлами. Наблюдайте за интенсивностью реакции. Заполните таблицу: где происходят реакции и символы» — «нет». Составьте ряд активности металлов на основе сравнительной интенсивности, т.е. по количеству происходящих реакций.

1. Атомы металлов в реакциях только отдают электроны, образуя положительно заряженные ионы.
2. Самопроизвольное разрушение металлов в результате их взаимодействия с веществами окружающей среды называется коррозией.
3. Сравнительную активность металлов можно определить с помощью ряда активности, составленного Н. Н. Бекетовым.
4. Металлы IA, НА группы очень легко вступают во взаимодействие с кислородом и водой. Многие металлы образуют оксидную пленку, которая препятствует дальнейшему окислению. Благородные металлы вообще не реагируют с кислородом и водой.

Лекции по химии:.

Лекции по неорганической химии:.

Лекции по органической химии:.

Отправляйте задания в любое время дня и ночи

Официальный сайт Брилёновой Натальи Валерьевны, профессора факультета информатики Екатеринбургского государственного института.

Металлы и неметаллы

Наш мир наполняют различные простые вещества – металлы или неметаллы. При существовании 120 химических элементов, Вселенную наполняют более 400 простых веществ. Этот парадокс связан с понятием аллотропии – явлением образования одним химическим элементом двух и более простых веществ. Например, атом кислорода может формировать молекулярный кислород О2 и озон О3.

Физические свойства металлов

Металлы – химические элементы, атомы которых в процессе реакции стремятся отдавать электроны. Они обладают металлической кристаллической решеткой и общими физическими свойствами. На данный момент известно более 87 металлов.

Для металлов характерен ряд свойств:

твердость (кроме ртути, которая представляет собой жидкость);
металлический блеск;
проводимость электрического тока и тепла;
пластичность.

Металлы при ударах не разрушаются, а меняют форму. С этой особенностью связано то, что из них производят проволоку, металлические листы и др. Развитие бронзового и железного века связано с производством товаров из металлов.

Физические свойства неметаллов

Неметаллы – химические элементы, атомы которых стремятся принять чужие электроны. Для них характерны атомные и молекулярные кристаллические решетки. Для атомов неметаллов не характерны общие физические свойства. На данный момент существует 22 неметалла.

Для неметаллов характерен ряд свойств:

хрупкость (неметаллы нельзя ковать);
отсутствие блеска;
непроводимость электрического тока и тепла.

Расположение металлов и неметаллов в периодической таблице Д.И. Менделеева

Определить, является простое вещество металлом или неметаллом, можно с помощью периодической таблицы Менделеева. Металлы располагаются ниже диагонали «водород-бор- кремний-мышьяк-теллур-астат», а неметаллы выше.

Красные ячейки – неметаллы, синие – металлы

Элементы, расположенные вблизи диагонали, обладают смешанными свойствами: проявляют как металлические, так и неметаллические свойства. Они называются полуметаллами.

Красные ячейки – полуметаллы

Полуметаллы имеют ковалентную кристаллическую решетку при наличии металлической проводимости (электропроводности). Валентных электронов у них либо недостаточно для образования полноценной ковалентной связи, либо они не удерживаются достаточно прочно из-за больших размеров атома. Поэтому связь в ковалентных кристаллах этих элементов имеет частично металлический характер.

Закономерности в таблице Д.И. Менделеева

Каждый атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны находятся в ядре, который несет положительный заряд. Вокруг ядра движутся отрицательно заряженные электроны. Атомный номер указывает на количество протонов.

Чем больше заряд ядра, тем сильнее к нему притягиваются электроны. Т.о., атому сложнее отдавать электроны. Поэтому в периоде слева направо, с увеличением порядкового номера металлические свойства ослабевают, а неметаллические – усиливаются.

Неметаллы стремятся принять электроны от других атомов. Период в таблице указывает на количество электронных уровней. По мере увеличения числа орбиталей электроны отдаляются от ядра и атому сложнее удерживать электроны на последних уровнях. Т.о., в группе сверху вниз количество орбиталей возрастает, поэтому металлические свойства усиливаются, а неметаллические – уменьшаются.

Способы получения металлов

Большую часть металлов получают из оксидов при нагревании.

Металлы, имеющие на внешнем уровне один-два электрона, получают с помощью электролиза расплавов.

Химические свойства металлов

Все металлы проявляют восстановительные свойства. Легкость в отдачи внешнего электрона применяется в фотоэлементах. Степень активности определяется рядом активности. У самых активных на внешнем уровне располагается по одному электрону.

Общие химические свойства металлов выражаются в реакциях со следующими соединениями.

Активные металлы реагируют с галогенами и кислородом. С азотом взаимодействуют только литий, кальций и магний. Большинство металлов при взаимодействии с кислородом образуют оксиды, а наиболее активные металлы – пероксиды (N₂O₂).

2 Ca + MnO₂ → 2 CaO + Mn(нагревание)

Водород в кислотах вытесняют только те металлы, которые в ряду напряжений стоят до водорода.

Более активные металлы вытесняют из соединений менее активные.

Химические свойства щелочных и щелочно-земельных металлов (реакции с водой)

2 Na + 2 H₂O → 2 NaOH + H₂

Способы получения неметаллов

Неметаллы синтезируют из природных соединений с помощью электролиза.

2 KCl → 2 K + Cl₂

Также неметаллы получают в результате окислительно-восстановительных реакций.

SiO₂ + 2 Mg → 2 MgO + Si

Химические свойства неметаллов

Неметаллы проявляют окислительные свойства. Самый активный неметалл – фтор. Он бурно реагирует со всеми веществами, а некоторые реакции сопровождаются горением и взрывом. В атмосфере фтора горят даже вода и платина. Фтор окисляет кислород и образует фторид кислорода OF₂.

Неметаллы вступают в реакции со следующими веществами.

3 F + 2 Al → 2 AlF₃ (нагревание)

S + Fe →FeS (нагревание)

Меньшей активностью обладают такие неметаллы как бор, графит, алмаз. Они могут проявлять восстановительные свойства.

2 C + MnO₂ → Mn + 2 CO

Коррозия металла

Коррозия – это процесс разрушения металлов или металлических конструкций под действием кислорода, воды и вредных примесей. Не все металлы подвергаются коррозии. Их стойкость зависит от ряда факторов.

На благородных металлах не образуется коррозия.
На поверхности алюминия, титана, цинке, хрома и никеля есть оксидная пленка, которая предотвращает процессы коррозии.

Различают несколько видов коррозии – химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия

Химическая коррозия сопровождается химическими реакциями. Она образуется под действием газов.

Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия – процесс разрушения металлов или металлических конструкций, который сопровождается электрохимическими реакциями. В большинстве металлов находятся примеси. В процессе коррозии электродами могут служить не только металлы, но и его примеси.

Например, в железе могут находиться примеси олова. В этом случае на аноде электроны переносятся от олова к железу и металлы растворяются, т.е. железо подвергаются коррозии. На катоде восстанавливается водород из воды или растворенного кислорода. Электрохимическая коррозия может сопровождаться следующими процессами.

Анод: Fe 2+ - 2e → Fe 0

Катод: 2H + + 2e → H₂

Способы защиты от коррозии

В промышленности популярны различные методы защиты металлов от коррозии.

Покрытия защищают поверхности от действия окислителей. Ими служат различные вещества:

покрытие менее активным металлом (железо покрывают оловом);
краски, лаки, смазки.
Создание специальных сплавов

Физические свойства сплавов и чистых металлов отличаются. Поэтому для повышения стойкости в сплав необходимо добавить дополнительные металлы.

Биологическая роль металлов и неметаллов

В организмах содержится множество различных металлов и неметаллов. Различных химических элементов в организме может не хватать, поэтому приходится потреблять их извне.Химические элементы можно разделить на две большие группы – макроэлементы и микроэлементы.

К макроэлементам относятся вещества, содержание которых в организме превышает 0,005 %. Эта группа включает водород, углерод, кислород, азот, натрий, магний, фосфор, сера, хлор, калий, кальций.Микроэлементы – элементы, содержание которых не превышает 0,005%. К ним относятся железо, медь, селен, йод, хром, цинк, фтор, марганец, кобальт, молибден, кремний, бром, ванадий, бор. Каждый макро- и микроэлемент в организме выполняет определенную функцию.

Применение металлов и неметаллов

В синтезе химических препаратов и лекарств применяются чистые металлы и неметаллы. В органической химии металлы используются в качестве катализаторов, а также при получении металлорганических соединений. Неметаллы служат исходным сырьем для получения чистых кислот и других химических соединений.

Читайте также: