Модуль 2. Основные процессы химии и свойства веществ
Лабораторная работа № 10
Тема: Общие свойства металлов
Все простые вещества делятся на три класса: металлы, неметаллы, и полуметаллы. Большинство простых веществ относится к металлам. В периодической системе более 80 элементов являются металлами. Они находятся во всех группах и имеют на внешнем энергетическом уровне небольшое число валентных электронов.
Металлы обладают рядом общих свойств. Все металлы, за исключением ртути - твердые вещества. К общим физическим свойствам металлов относятся их высокая электрическая проводимость и теплопроводность, пластичность, т.е. способность подвергаться деформации при обычных и повышенных температурах, не разрушаясь. Благодаря пластичности металлы поддаются ковке, прокатке, вытягиванию в проволоку. Для всех металлов характерен металлический блеск, обычно серый цвет и непрозрачность, что связано с взаимодействием свободных электронов с падающими на металл квантами света.
Различна плотность металлов. Металлы с плотностью меньше 5 г/см3 называются легкими, остальные - тяжелыми. Самый легкий из металлов - литий (плотность 0,53 г/см3), самый тяжелый - осмий (плотность 22,6 г/см).
Разнообразны температуры плавления и кипения металлов. Металлы, плавящиеся при температуре выше 1000°С, называют тугоплавкими, ниже - легкоплавкими. Самый легкоплавкий металл - ртуть (температура плавления - 38,9°С), самый тугоплавкий -вольфрам (температура плавления 3390°С).
Металлы отличаются по твердости. Самый твердый металл - хром (режет стекло), а самые мягкие - кадмий, рубидий, цезий. Они легко режутся ножом.
В технике металлы подразделяют на черные, цветные, редкие и драгоценные. К черным относят железо и его сплавы, к драгоценным - золото, серебро, платину, иридий. Редкими называют
титан, германий, цирконий, лантан, индий, бериллий, ванадий, молибден. Остальные металлы относят к цветным. Также различают металлы щелочные (литий, натрий, рубидий, цезий, франции}-и-щелочно-земельные (магний, кальций, стронций, барий, радий).
В химическом отношении все металлы являются восстановителями, т.к. легко отдают валентные электроны и переходят в положительно заряженные ионы.
Химические свойства металлов
1. Металлы взаимодействуют с типичными неметаллами:
2Na + О2 →2Na2O 3Fe + С → Fe3C
оксид карбид
натрия железа
Са+ Н2 → СаН2Zn + S → ZnS
гидрид сульфид
кальция цинка
2А1 + N2 →AlN Сu + С12 → СuСl2
нитрид хлорид
алюминия меди
2. Металлы, стоящие в ряду напряжений металлов до водорода, при взаимодействии с разбавленными растворами кислот вытесняют
водород из кислот:
Mg + H2SO4 →MgSO4 + H2↑
Все металлы взаимодействуют с концентрированными растворами кислот. Продукт, до которого восстанавливается кислота, зависит от восстановительной активности металла:
Сu+2H2SO4 → CuSO4+SO2+2Н2О
3Mg + 4H2SO4→3MgSO4+S-+4H2O
4Zn + 5H2SO4 → 4ZnSO4 + H2S + 4H2O
3 Металлы взаимодействуют с солями менее активных металлов:
Zn +CuSO4→ ZnSO4+Cu
4 Активные металлы взаимодействуют с водой:
2Na + 2Н2О → 2NaOH + Н2↑
Металлы, стоящие в ряду напряжений после водорода, с водой не взаимодействует: Сu+Н2О→
Сплавами называются системы, состоящие из двух или более металлов. В состав некоторых сплавов входят неметаллы, например углерод, кремний, бор.
Химическая связь в сплавах металлическая, поэтому они обладают металлическим блеском, электрической проводимостью и другими свойствами металлов.
Сталь - это сплав железа с небольшим содержанием углерода (до 1,7%) и с металлургическими примесями (Mn, Si, S, Р). По сравнению с чистым железом он обладает большой твердостью.
Чугун сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем, фосфором и серой. По сравнению с чистым железом он очень тверд и хрупок.
Бронза - сплав меди с металлами. В зависимости от состава различают: оловянную бронзу (состоит из меди и олова), алюминиевую бронзу (содержит до 11% алюминия), свинцовую (до 33% свинца), кремниевую (до 4% кремния). Применяют для изготовления частей машин и для художественных отливок.
Латунь - сплав меди с цинком (до 35% цинка). Обладает высокой пластичностью. Используют для изготовления приборов, деталей машин, предметов домашнего обихода.
Нихром - сплав никеля (67,5%), хрома (15%), железа (16%) и марганца (1,5%). Обладает большим электрическим сопротивлением, поэтому применяется для изготовления нагревательных приборов.
Победит - сплав углерода, вольфрама и кобальта. По твердости он близок к алмазу применяется в металлообработке и при бурении горных пород.
Дуралюмин - сплав алюминия (95%), магния, меди и марганца. Очень легкий и-прочный сплав. По прочности он равен стали, но в три раза легче ее. Применяют в самолетостроении.
Цель работы: ознакомление с общими свойствами металлов.
Приборы и оборудование: платиновая или нихромовая проволока, горелка, пробирки, химические стаканчики, пинцет, скальпель, воронка, фильтровальная бумага.
Реактивы и растворы: концентрированная соляная кислота НС1, металлический натрий Na, 36% раствор соляной кислоты НСl
насыщенный раствор хлорида калия КС1, насыщенный раствор хлорида натрия NaCl, 5% раствор хлорида кальция СаСl2, 5% раствор карбоната натрия Na2CO3, металлический алюминий А1, 30% раствор гидроксида натрия NaOH, порошковое ждав Fe, 10% раствор соляной кислоты НС1, 10% раствор серной кислоты Н2SO4, 5% раствор азотной кислоты HNO3.