6

2 

 Распространение металлов в природе

Соединения металлов среди веществ составляющих земную кору очень значительны.

Наиболее распространены из металлов в земной коре:

Наименее распространены радиоактивные металлы.

Металлы находятся в земной коре в виде различных соединений. Кроме благородных металлов Pt, Au и некоторых других, не встречаются в свободном (самородном) состоянии.

Из природных соединений металлов наиболее распространенными являются оксиды. Важнейшие из них:

Fe₂O₃ - гематит; Fe₃O₄ – магнитный железняк, магнетит;

Cu₂O - куприт;

Al₂O₃ - корунд;

TiO₂ – рутил, анатаз, брукит;

MnO₂ - пиролюзит;

SnO₂ – касситерит и др.

В природе металлы встречаются в виде различных соединений. Широко распространены сульфиды малоактивных металлов: NiS; CuS; ZnS; PbS; FeS₂. В виде галидов:- фторидов, хлоридов - встречаются щелочные и щелочноземельные металлы. В виде карбонатов – легкие металлы - Mg, Ca (CaCO₃). В виде сульфатов – активные металлы Na, Ca, Ba, Mg (Na₂SO₄). Растворимые соли металлов встречаются в воде океанов, морей, озер.

2 МЕТАЛЛЫ-в-ва, облад-е в обыч усл харак-ми,ме-ми, св-ми-высокими электрич. проводимостью и теплопроводностью, отрицат. температурным коэф. электрич. проводимости, способностью хорошо отражать световые волны (блеск), пластичностью.

Физические свойства металлов

Агрегатное состояние и температуры плавления. Температуры плавления металлов меняются в очень широких пределах. Самый легкоплавкий из металлов – ртуть – при комнатной температуре является жидкостью. Металл галлий плавится от теплоты человеческого тела.  Наибольшую температуру плавления имеет вольфрам, Металлы с температурой плавления выше 1000oC1000oC принято называть тугоплавкими.

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

В химических реакциях металлы выступают в роли восстановителей и повышают степень окисления, превращаясь из простых веществ в катионы. 

Химические свойства металлов различаются в зависимости от химической активности металла. По активности в водных растворах металлы расположены в ряд напряжений. 

В этот ряд, составленный русским химиком Н.Н. Бекетовым, включен также неметалл водород. Активность металлов убывает слева направо:

Общие химические свойства металлов

1) Многие металлы вступают в реакцию с типичными неметаллами – галогенами, кислородом, серой. При этом образуются соответственно хлориды, оксиды, сульфиды и другие бинарные соединения:

2) Следует обратить внимание на особенности взаимодействие металлов с водой: 

• Активные металлы, находящиеся в ряду активности металлов до Mg (включительно), реагируют с водой с образованием щелочей и водорода:Ca+2H2O=Ca(OH)2+H2↑Ca+2H2O=Ca(OH)2+H2↑
• Активные металлы (например, натрий и литий), взаимодействуют с водой со взрывом.
• Металлы средней активности окисляются водой при нагревании до оксида:

  6Cr+6H2O−→−t,∘C2Cr2O3+3H2↑6Cr+6H2O→t,∘C2Cr2O3+3H2↑

  Неактивные металлы (Au, Ag, Pt) - не реагируют с водой.

3) С разбавленными кислотами реагируют металлы, стоящие в ЭХР до водорода: происходит реакция замещения с образованием соли и газообразного водорода. При этом кислота проявляет окислительные свойства за счет наличия катиона водорода:

4) Взаимодействие азотной кислоты (любой концентрации) и концентрированной серной кислоты протекает с образованием других продуктов: кроме соли и водорода в этих реакциях выделяется продукт восстановления серной (или азотной) кислоты. Подробнее см.тему "Взаимодействие азотной кислоты с металлами и неметаллами.

5) Активность металлов также влияет на возможность протекания простого вещества металла с оксидом или солью другого металла. Металл вытесняет из солей менее активные металлы, стоящие правее его в ряду напряжений. 

Например, для вытеснения меди из водного раствора сульфата меди подходит железо,

но не подходят свинец – так как он образует нерастворимый сульфат. Если опустить кусочек  свинца в раствор сульфата меди, то с поверхности металла покроется тонким слоем сульфата, и реакция прекратится

Другой пример: цинк легко вытесняет серебро из раствора нитрата серебра, однако реакция цинка со взвесью сульфида серебра, нерастворимого в воде, практически не протекает. 

Общие химические свойства металлов обобщены в таблице:

Все существующие металлы условно принято подразделять на черные и цветные.

Черные металлы– промышленное название железа и его сплавов (чугун, сталь, ферросплавы и др.). Черные металлы составляют более 90 % всего объёма, используемых в экономике металлов, из них основную часть составляют различные стали.

Цветные металлы – все остальные, например:K(калий),Na(натрий),Ca(кальций),Al(алюминий),Mg(магний);Ni(никель),Cu(медь),Pb(свинец),Zn(цинк),Sn(олово),W(вольфрам),Ti(титан),Mо (молибден),V(ванадий),Nb(ниобий),Zr(цирконий),Au(золото),Ag(серебро),Pt(платина) и т.д.

Цветные металлы в свою очередь подразделяются на следующие группы:

- легкие цветные, например:K(калий),Na(натрий),Ca(кальций),Al(алюминий),Mg(магний);

- тяжелые цветныес плотностью более 5 г/см3, например:Ni(никель)i,Cu(медь),Pb(свинец),Zn(цинк),Sn(олово);

- благородные, например:Au(золото),Ag(серебро),Pt(платина);

- редкие.

Редкие металлы в свою очередь подразделяют на:

- тугоплавкие (с температурой плавления выше 1875 °С), например: W(вольфрам),Ti(титан),Mо (молибден),V(ванадий),Nb(ниобий),Zr(цирконий), Та (тантал);

- легкие, например: Sr(стронций),Sc(скандий),Rb(рубидий),Cs(цезий);

- радиоактивные, например: U(уран);Ra(радий),Ae(актинидий),Pd(палладий);

- редкоземельные, например: Ge(германий),Ga(галлий),Hf(гафний),In(индий),La(лантан),Tl(таллий), Се (церий),Re(рений).