Металлы. Электрохимический ряд напряжения металлов. Способы получения металлов. Коррозия и методы борьбы с ней
Металлы присутствуют в природе как в самородном состоянии (самородные металлы), так и в виде различных соединений. 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. 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.
|
|
Электрохимический ряд активности металлов (ряд напряжений, ряд стандартных электродных потенциалов) - последовательность, в которой металлы расположены в порядке увеличения их стандартных электрохимических потенциалов.
Из электрохимического ряда напряжений металлов вытекает ряд важных следствий:
1. Каждый металл способен вытеснять (замещать) из растворов солей все другие металлы, стоящие правее данного металла;
2. Все металлы, расположенные левее водорода, способны вытеснять его из кислот;
3. Чем дальше расположены друг от друга два металла в ряду напряжений, тем большее напряжение может давать созданный из них гальванический элемент.
Способы получения металлов
Металлургия – это наука о методах и процессах производства металлов из руд и других металлосодержащих продуктов, о получении сплавов и обработке металлов; важнейшая отрасль промышленности, занимающаяся получением металлов и сплавов.
Существуют различные способы обогащения руды. Один из них – флотация.
Для получения металлов из руд необходимо перевести металлы из руд в какую-нибудь единую форму, чаще всего в форму оксидов.
2CuS +3O2 
2CuO + 2SO2
4FeS2 +11O2 2Fe2O3 + 8SO2
Полученные оксиды можно восстанавливать несколькими способами.
1. Один из основных – это металлотермия.
- Алюмотермия (алюминотермия)
Cr2O3 +2Al 2Al2O3 + 2Cr
- Магниетермия
Fe2O3 +3Mg 3MgO + 2Fe
Можно проводить восстановление и другими веществами.
CuO + C → Cu + CO↑
NiO + H2 → Ni + H2O
2. Термическое разложение соединений металлов.
|
|
2AlH3 2Al + 3H2↑
Fe(CO)5 Fe + 5CO ↑
TiI4 Ti + 2I2
Этот метод применяется для получения высокочистых металлов.
3. Электролитическое получение металлов.
Металлы, особенно активные, можно получить при электролизе расплавов электролитов. Для щелочных металлов – это единственный способ их получения. Возможно получение металлов при электролизе водных растворов солей. Катионы металлов, расположенных в электрохимическом ряду напряжений до водорода, разряжаются на катоде в той или иной степени одновременно с молекулами воды. А в случае солей металлов, расположенных правее водорода, на катоде получается только соответствующий металл.
4. Более активный металл вытесняет менее активный из раствора его соли.
CuSO4 + Fe → FeSO4 + Cu
В таких реакциях нельзя использовать щелочные и щелочноземельные металлы, потому что они реагируют с водой.