В.В. Еремин, А.Я. Борщевский - Основы общей и физической химии (1113479), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Так получают, например, вольфрам: %0з + ЗНз = % + ЗНзО. В некоторых случаях в качестве восстановителя используют другой, более актив- ный металл, например, магний или алюминий: ГезОз + 2А! = А!20з + 2ре. Такие реакции называют металлотермией (в случае алюминия — алюмотермией). При металлотермии выделяется очень большое количество теплоты и реакция идет достаточно бурно, с саморазогреванием реакционной смеси. Для выбора восстановителя используют не только экономические соображения, но и термодинамические данные, например диаграммы Эллингема (см. гл, 4), показывающие возможность протекания реакций восстановления в конкретных условиях. Если металл встречается в природе в виде соединений с серой, первоначально их переводят в оксиды путем обжига — нагревания на воздухе или в кислороде: 2РЬЗ+ 30г = 2РЬО+ 2$0з7 Карбонатные породы переводят в оксиды нагреванием: ГеСОз = ГеО+ СОз).
Другой распространенный способ производства металлов — электролнз. Наиболее активные металлы — щелочные и щелочноземельные получают электролизом расплава хлоридов (калий — расплавом гидроксида): СаС!з = Са+С!ю алюминий — электролизом расплава оксида; 2А!зОз = 4А! + ЗОз.
Менее активные металлы можно получать электролизом водных растворов: 2СцБ04+ 2НзО = 2Сц+ 2Нз804+ Оз. Электролиз также используют для очистки (рафинирования) металлов. й 7.2. СПЛАВЫ Чистые металлы довольно редко находят применение, значительно чаще используются сплавы — смеси нескольких веществ, в которых основным компонентом является металл. Сплавы бывают однородные и неоднородные, однородные представляют однофазные системы — твердые растворы.
В твердых растворах основной компонент сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы других компонентов располагаются в ней, изменяя ее пара- !72 Ги. 7 Ли.явв метомлое. К аавнснмостн от иасволоженнв атик а1омов, оаалияа~~ 1веодме /:ас1воом зымсьненнв и внедрения.! 1ервые можно рассматрнва1ь вак кристалл одного иа ме- Э 7.З. з-Металлы 173 коррозии.
Латунь — сплав меди (до 50 «) с цинком. Некоторые сорта латуней содержат добавки олова и алюминия. Латунь намного тверже составляющих ее металлов, поэтому находит применение в машиностроении. Медно-никелевый сплав мельхиор (до 307» й)1) устойчив к коррозии и поэтому используется для производства бытовых изделий из металла. Еще большей коррозионной стойкостью обладает сплав монель, на две трети состоящий из никеля и на одну треть — из меди. Из него изготавливают детали машин, подвергающихся значительным нагрузкам. Среди легкоплавких сплавов важную роль играет припой — сплав двух частей олова с одной частью свинца.
В расплавленном состоянии припой легко прилипает к зачищенной металлической поверхности, поэтому его используют для пайки. Сплавы металлов со ртутью называют амальеамами. Амальгамы щелочных металлов в химии применяют как восстановители — они не так активны, как чистые металлы. Амальгаму цинка применяют в гальванических элементах. Амальгамы используют при электролитическом получении редких металлов и извлечении некоторых металлов из руд.
Самый известный сплав алюминия — дюралюмин (дюраль) — содержит в небольших количествах медь, марганец и магний. Он лишь немного тяжелее алюминия, но намного тверже его. Благодаря этому он используется как конструкционный материал. Недостатком этого сплава является низкая коррозионная стойкость, изделия из него требуют тщательной защиты от коррозии. й 7.3. 8-МЕТАЛЛЫ К з-металлам относятся элементы, у которых валентными являются только з-электроны: один (у щелочных металлов) или два (у металлов главной подгруппы П группы).
Щелочные металлы — это элементы главной подгруппы 1 группы: литий 1л, натрий На, калий К, рубидий КЬ, цезий Сз и франций Рг (радиоактивный элемент). Эти металлы получили название щелочных, потому что большинство их соединений растворимо в воде. По-славянски «выщелачивать» означает «растворять», это и определило название металлов. При их растворении в воде образуются растворимые гидроксиды, называемые щелочами. Щелочным металлом начинается каждый период таблицы Менделеева, кроме первого. Электронная конфигурация внешнего уровня атомов щелочных металлов: пз'. Единственный валентный электрон слабо связан с ядром и легко может быть удален из атома, поэтому в каждом периоде щелочной металл имеет наименьший среди всех элементов потенциал ионизации (ПИ) атома и самую маленькую электроотрицательность (ЭО) (табл. 7.1).
Все щелочные металлы имеют близкие физические свойства: это вещества серебристо-белого цвета (кроме золотисто-желтого цезия), они очень мягкие, их можно резать скальпелем. Все металлы имеют обьемно-центрированную кубическую решетку. Они легкоплавки и имеют наименьшую плотность среди всех металлов— литий, натрий и калий легче воды. Щелочные металлы очень активны, поэтому в природе встречаются только в соединениях, где содержатся в виде однозарядных катионов. Самые распространенные элементы — натрий и калий. Натрий входит в состав каменной соли 1)аС1, которая известна человечеству с древнейших времен, и глауберовой соли Наз304.
10Н»О; основные минералы калия — сильвии КС1, карналлит КС1. МКС!з 6Н»О. 174 Гл. 7. Химия металлов Таблица 7.1. Некоторые свойства щелочных металлов Щелочные металлы в виде простых веществ — очень сильные восстановителн. Это подтверждается большими отрицательными значениями стандартных потенциалов М+-М (табл. 7.1). Из-за высокой химической активности щелочных металлов по отношению к воде, кислороду, азоту их хранят под слоем керосина. Чтобы провести реакцию со щелочным металлом, кусочек нужного размера аккуратно отрезают скальпелем под слоем керосина, в атмосфере аргона тщательно очищают поверхность металла от продуктов его взаимодействия с воздухом и только тогда вводят образец в химическую реакцию. Все щелочные металлы взаимодействуют с водой, выделяя водород; 2М+ 2НзО = 2МОН + Нз('.
С литием эта реакция протекает достаточно спокойно, а с натрием и калием— очень бурно. Если масса металла превышает 1 г, возможен взрыв — это под действием теплоты реакции выделяющийся водород реагирует с кислородом воздуха. Продукты горения на воздухе имеют разный состав в зависимости от металла. Литий сгорает на воздухе с образованием стехиометрического оксида: 4(Л + Оз = 21ЛзО.
При горении натрия на воздухе в основном образуется перекись (пероксид) НазОз и небольшая примесь надперекиси (надпероксида) б(аОз.. 2й)а+ Оз = 1ЧатОг. В продуктах горения калия, рубидия и цезия содержатся в основном надпероксиды: К+ Оз = КОм Для получения стехиометрических оксидов натрия и калия нагревают смеси гидроксида, пероксида или надпероксида с избытком металла в отсутствие кислорода: 2НаОН+ 2На = 2ХазО+ Нз(, НазОз + 2Ха = 2НазО. Для щелочных металлов конца группы характерно образование довольно устойчивых озонидов состава МОз — это ионные соединения, в состав которых входят ионы Мэ и О Оксиды щелочных металлов — это типичные основные окснды: они реагируют с водой, кислотными оксидами и кислотами: (лзО+ НзО = 21лОН, КтО+ ЬОз = Кз504, НатО + 2ННОз = 2НаНОз + НзО. Э 7.З. з-Металлы 175 Перекиси и надперекиси проявляют свойства сильных окислителей: 4ЫазОз + РЬБ + 4Нз304 = РЬЗОл.( + 4Ыаз304 + 4НзО, 4КОз + 2СОз = 2КзСОз + ЗОз'~ Они интенсивно взаимодействуют с водой, образуя соответствующие гидроксиды; ЫазОз + 2НзО = 2ЫаОН + НзОз, 2КОз + 2НзО = 2КОН + НзОз + Оз).
Кроме кислорода, щелочные металлы реагируют со многими элементами. При нагревании они соединяются с водородом с образованием гидридов; галогенами, серой, азотом, фосфором, углеродом и кремнием с образованием соответственно галогенидов, сульфидов, нитридов, фосфидов, карбидов и силицидов: 2Ыа+ С!з = 2ЫаС!, 2К+ Я = КзЯ, 61! + Ыз = 211зЫ, 2Ыа+ Нз = 2ЫаН, 2)л+ 2С = 1.1зСз.
Щелочные металлы при нагревании могут реагировать с другими металлами, образуя интерметаллиды. Щелочные металлы хорошо растворимы в жидком аммиаке и его органических производных — аминах ЙЫНз. При растворении в жидком аммиаке щелочной металл теряет электрон, который сольватируется молекулами аммиака: М(тв.) + ЫНз — М+(р.) + е хХНз. Сольватированные электроны придают растворам синий цвет, который не зависит от природы щелочного металла. Щелочные металлы могут взаимодействовать со многими органическими веществами: спиртами (с образованием алкоголятов) и кислотами (с образованием солей): 2СНзСНзОН+ 2Ыа = 2СНзСНзОЫа+ Нз1, 2СНзСООН+ 2Ыа = 2СНзСООЫа + Нз1.
Качественной реакцией на щелочные металлы и их соединения служит окраска пламени, в которое вносят вещество. Например, соли натрия окрашивают пламя в интенсивный желтый цвет, который вызван спектральным переходом между возбужденным (Зр') и основным (Зз') электронными состояниями атома натрия. Другие щелочные металлы также дают характерную окраску пламени: литий — карминово-красную, калий — фиолетовую, рубидий и цезий — розово-фиолетовую. Гидроксиды щелочных металлов МОН вЂ” белые, гигроскопичные вещества, прекрасно растворимые в воде. Их водные растворы (щелочи) являются сильными основаниями.
Они участвуют во всех реакциях, характерных для оснований,— реагируют с кислотами, кислотными оксидами, амфотерными гидроксидами: 2КОН+ СОз = КзСОз+ НзО, 2110Н + НзЯОл = Е1зЗОл + 2НзО, КОН + А1(ОН)з = К1А1(ОН)л]. !76 Гл. 7. Химия мев4аллов Еще более сильные основные свойства проявляют спиртовые растворы МОН вЂ” это связано с образованием этилат-ионов: ОН +СзНзОН ~« — СзНзО +Н20. Спиртовые растворы НаОН и КОН используют в органической химии для отщепления галогеноводородов от галогенсодержащих соединений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
