Металлы – этоэлементы, проявляющие в своих соединениях только положительные степениокисления, и в простых веществах которые имеют металлические связи. Металлическаякристаллическая решетка — решетка, образованная нейтральными атомами и ионами металлов, связанными междусобой свободными электронами./> У металловв узлах кристаллической решетки находятся атомы и положительные ионы.Электроны, отданные атомами, находятся в общем владении атомов и положительныхионов. Такая связь называется металлической. Для металлов наиболее характерны следующие физические свойства: металлическийблеск, твердость, пластичность, ковкость и хорошая проводимость тепла иэлектричества. Теплопроводность и электропроводность уменьшается в рядуметаллов: Аg Сu Аu Аl Мg Zn Fе РЬ Hg.
Многие металлы широкораспространены в природе. Так, содержание некоторых металлов в земной кореследующее: алюминия — 8,2%; железа — 4,1%; кальция — 4,1%; натрия — 2,3%;магния — 2,3%; калия — 2,1%; титана — 0,56%.
С внешней стороны металлы, какизвестно, характеризуются прежде всего особым “металлическим” блеском, которыйобусловливается их способностью сильно отражать лучи света. Однако этот блескнаблюдается обыкновенно только в том случае, когда металл образует сплошнуюкомпактную массу. Правда, магний и алюминий сохраняют свой блеск, даже будучипревращенными в порошок, но большинство металлов в мелкораздробленном видеимеет черный или темно-серый цвет. Затем типичные металлы обладают высокойтепло- и электропроводностью, причем по способности проводить тепло и токрасполагаются в одном и том же порядке: лучшие проводники — серебро и медь,худшие — свинец и ртуть. С повышением температуры электропроводность падает,при понижении температуры, наоборот, увеличивается.
Оченьважным свойством металлов является их сравнительно легкая механическаядеформируемость. Металлы пластичны, они хорошо куются, вытягиваются впроволоку, прокатываются в листы и т.п.
Характерныефизические свойства металлов находятся в связи с особенностями их внутреннейструктуры. Согласно современным воззрениям, кристаллы металлов состоят изположительно заряженных ионов и свободных электронов, отщепившихся отсоответствующих атомов. Весь кристалл можно себе представить в видепространственной решетки, узлы которой заняты ионами, а в промежутках междуионами находятся легкоподвижные электроны. Эти электроны постоянно переходят отодних атомов к другим и вращаются вокруг ядра то одного, то другого атома. Таккак электроны не связаны с определенными ионами, то уже под влиянием небольшойразности потенциалов они начинают перемещаться в определенном направлении, т.е.возникает электрический ток.
Наличиемсвободных электронов обусловливается и высокая теплопроводность металлов. Находясьв непрерывном движении, электроны постоянно сталкиваются с ионами иобмениваются с ними энергией. Поэтому колебания ионов, усилившиеся в даннойчасти металла вследствие нагревания, сейчас же передаются соседним ионам, отних — следующим и т.д., и тепловое состояние металла быстро выравнивается; всямасса металла принимает одинаковую температуру.
Поплотности металлы условно подразделяются на две большие группы: легкие металлы,плотность которых не больше 5 г/см3, и тяжелые металлы — всеостальные.
Частицыметаллов, находящихся в твердом и жидком состоянии, связаны особым типомхимической связи — так называемой металлической связью. Она определяетсяодновременным наличием обычных ковалентных связей между нейтральными атомами икулоновским притяжением между ионами и свободными электронами. Таким образом,металлическая связь является свойством не отдельных частиц, а их агрегатов.
/> /> /> /> /> /> /> /> /> Методы получения металлов
/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> пирометаллургические
гидрометаллургические
электрометаллургические
/> /> /> /> /> /> /> /> Восстановление металлов из соединений при высокой температуре
/> Восстановление металлов из водных растворов их соединений
/> Восстановление металлов из расплавов соединений под действием электрического тока
/> Химическиесвойства металлов Взаимодействие с простыми веществами:
1. с галогенами:
Na + Cl2 > 2NaCl
2. с кислородом:
4Al + 3O2 > 2Al2O3
В реакциях с галогенами и кислородомметаллы наиболее энергично проявляют восстановительные способности.
3. с серой:
2Na + S> Na2S
4. с азотом:
3Mg + N2 >Mg3N2
5. с фосфором:
3Ca + 2P> Ca3P2
6. с водородом:
Ca + H2 >CaH2
Наиболее активные металлы главных подгруппявляются сильными восстановителями, поэтому восстанавливают водород до степениокисления -1 и образуют гидриды. Взаимодействиесо сложными веществами:
1. с кислотами:
2Al+3H2SO4 > Al2(SO4)3+ 3H2
2Al+ 6H + 3SO4 > 2Al + 3SO4 + 3H2
2Al + 6H> 2Al + 3H2
Металлы, которые в электрохимическом рядунапряжений металлов находятся до водорода, восстанавливают ионы водорода изразбавленных кислот, а те, которые находятся после водорода, восстанавливаютатом основного элемента, образующего данную кислоту.
2. с водными растворами солей:
Zn+ Pb(NO3)2 > Zn(NO3)2 + Pb
Zn+ Pb + 2NO3 = Zn + 2NO3 + Pb
Zn + Pb = Zn + Pb
При взаимодействии с водными растворамисолей металлы, находящиеся в электрохимическом ряду напряжений металлов левее,восстанавливают металлы, находящиеся в этом ряду правее от них. Однако металлыс сильными восстановительными свойствами (Li, Na, K, Ca) в этихусловиях будут восстанавливать водород воды, а не металл соответствующей соли.
3. с водой:
Самые активные металлы реагируют с водой при обычныхусловиях, и в результате этих реакций образуются растворимые в воде основания ивыделяется водород.
2Na + 2HOH> 2NaOH + H2
Менее активные металлы реагируют с водой при повышеннойтемпературе с выделением водорода и образованием оксида соответствующегометалла.
Zn + H2O> ZnO +H2 Характеристика металлов главной подгруппы Iгруппы.
Главную подгруппу I группыпериодической системы составляют литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs и франций Fr.
Все щелочные металлы имеют один s-электрон на внешнемэлектронном слое, который при химических реакциях легко теряют, проявляястепень окисления +1. Поэтому щелочные металлы являются сильнымивосстановителями. Радиусы их атомов возрастают от лития к францию. Электронвнешнего слоя с возрастанием радиуса атома находится все дальше от ядра, силыпритяжения ослабевают и, следовательно, увеличивается способность к отдачеэтого электрона, т.е. химическая активность. В электрохимическом рядунапряжений металлов все щелочные металлы стоят левее водорода. Все щелочныеметаллы в твердом состоянии хорошо проводят электрический ток. Они легкоплавки,быстро окисляются на воздухе, поэтому их хранят без доступа воздуха и влаги,чаще всего под керосином. Щелочные металлы образуют соединения спреимущественно ионной связью. Оксиды щелочных металлов – твердыегигроскопичные вещества, легко взаимодействующие с водой. При этом образуютсягидроксиды – твердые вещества, хорошо растворимые в воде. Соли щелочныхметаллов, как правило, тоже хорошо растворяются в воде.
Всещелочные металлы — очень сильные восстановители, в соединениях проявляютединственную степень окисления +1. Восстановительная способность увеличиваетсяв ряду ––Li–Na–K–Rb–Cs.
Все соединения щелочных металлов имеют ионный характер.
Практически все соли растворимы в воде.
1. Активно взаимодействуют с водой:
2Na + 2H2O> 2NaOH + H2
2Li + 2H2O > 2LiOH + H2
2. Реакция с кислотами:
2Na + 2HCl >2NaCl + H2
3. Реакция с кислородом:
4Li + O2> 2Li2O(оксид лития)
2Na + O2 > Na2O2(пероксид натрия)
K + O2 > KO2(надпероксид калия)
На воздухе щелочные металлымгновенно окисляются. Поэтому их хранят под слоем органических растворителей(керосин и др.).
4.В реакциях с другими неметаллами образуются бинарные соединения:
2Li + Cl2> 2LiCl(галогениды)
2Na + S > Na2S(сульфиды)
2Na + H2 > 2NaH(гидриды)
6Li + N2 > 2Li3N(нитриды)
2Li + 2C > 2Li2C2(карбиды)
Реагируют со спиртами и галогенопроизводными углеводородов (смотри«Органическую химию»)
5. Качественная реакция на катионы щелочных металлов — окрашивание пламени вследующие цвета:
Li+– карминово-красный
Na+ – желтый
K+, Rb+ и Cs+ – фиолетовый Характеристикаэлементов главной подгруппы IIгруппы.
Главнуюподгруппу II группы Периодической системы элементовсоставляют бериллий Be, магний Mg, кальций Ca, стронций Sr, барий Ba и радий Ra.
Атомы этихэлементов имеют на внешнем электронном уровне два s-электрона:ns2. В хим. реакциях атомы элементовподгруппы легко отдают оба электрона внешнего энергетического уровня и образуютсоединения, в которых степень окисления элемента равна +2.
Всеэлементы этой подгруппы относятся к металлам. Кальций, стронций, барий и радийназываются щелочноземельными металлами.
В свободномсостоянии эти металлы в природе не встречаются. К числу наиболеераспространенных элементов относятся кальций и магний. Основнымикальцийсодержащими минералами являются кальцит CaCO3 (егоразновидности – известняк, мел, мрамор), ангидрит CaSO4, гипс CaSO4 • 2H2O,флюорит CaF2 ифторапатит Ca5(PO4)3F. Магнийвходит в состав минералов магнезита MgCO3, доломита MgCO3 • CaCo3,карналлита KCl • MgCl2 • 6H2O.Соединения магния в больших количествах содержатся в морской воде.
Свойства.Бериллий, магний, кальций, барий и радий – металлы серебристо-белого цвета.Стронций имеет золотистый цвет. Эти металлы легкие, особенно низкие плотностиимеют кальций, магний, бериллий.
Радийявляется радиоактивным химическим элементом.
Бериллий,магний и особенно щелочноземельные элементы – химически активные металлы. Ониявляются сильными восстановителями. Из металлов этой подгруппы несколько менееактивен бериллий, что обусловлено образованием на поверхности этого металлазащитной оксидной пленки.
1. Взаимодействиес простыми веществами. Все легко взаимодействуют с кислородом и серой, образуяоксиды и сульфаты:
2Be+ O2 = 2BeO
Ca+ S = CaS
Бериллий имагний реагируют с кислородом и серой при нагревании, остальные металлы – приобычных условиях.
Все металлыэтой группы легко реагируют с галогенами:
Mg + Cl2 = MgCl2
Принагревании все реагируют с водородом, азотом, углеродом, кремнием и другиминеметаллами:
Ca + H2 = CaH2 (гидридкальция)
3Mg + N2 = Mg3N2 (нитридмагния)
Ca + 2C = CaC2 (карбидкальция)
Карибиткальция – бесцветное кристаллическое вещество. Технический карбит, содержащийразличные примеси, может иметь цвет серый, коричневый и даже черный. Карбиткальция разлагается водой с образованием газа ацетилена C2H2 – важногопродукта хим. промышленности:
CaC2 + 2H2O = CaOH)2+ C2H2
Расплавленныеметаллы могут соединяться с другими металлами, образуя интерметаллическиесоединения, например CaSn3, Ca2Sn.
2. Взаимодействуютс водой. Бериллий с водой не взаимодействует, т.к. реакции препятствуетзащитная пленка оксида на поверхности металла. Магний реагирует с водой принагревании:
Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2
Остальныеметаллы активно взаимодействуют с водой при обычных условиях:
Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2
3. Взаимодействиес кислотами. Все взаимодействуют с хлороводородной и разбавленной сернойкислотами с выделением водорода:
Be + 2HCl = BeCl2 + H2
Разбавленнуюазотную кислоту металлы восстанавливают главным образом до аммиака или нитратааммония:
2Ca + 10HNO3(разб.)= 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
Вконцентрированных азотной и серной кислотах (без нагревания) бериллийпассивирует, остальные металлы реагируют с этими кислотами.
4.Взаимодействие с щелочами. Бериллий взаимодействует с водными растворамищелочей с образованием комплексной соли и выделением водорода:
Be + 2NaOH + 2H2O = Na2[Be(OH)4]+ H2
Магний ищелочноземельные металлы с щелочами не реагируют.
5.Взаимодействие с оксидами и солями металлов. Магний и щелочноземельные металлымогут восстанавливать многие металлы из их оксидов и солей:
TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2
V2O5 + 5Ca = 2V + 5CaO
Бериллий,магний и щелочноземельные металлы получают электролизом расплавов их хлоридовили термическим восстановлением их соединений:
BeF2 + Mg = Be + MgF2
MgO + C = Mg + CO
3CaO + 2Al = 2Ca + Al2O3
3BaO + 2Al = 3Ba + Al2O3
Радийполучают в виде сплава с ртутью электролизом водного раствора RaCl2 с ртутнымкатодом.
Получение:
1) Окисление металлов (кроме Ba, которыйобразует пероксид)
2)Термическое разложение нитратов или карбонатов
CaCO3 –t°>CaO + CO2
2Mg(NO3)2 –t°> 2MgO + 4NO2 + O2 Характеристикаэлементов главной подгруппы IIIгруппы. Алюминий.
Алюминий находится в главной подгруппе III группыпериодической системы. На внешнем энергетическом уровне атома алюминия имеютсясвободные р-орбитали, что позволяет ему переходить в возбужденное состояние. Ввозбужденном состоянии атом алюминия образует три ковалентные связи илиполностью отдает три валентных электрона, проявляя степень окисления +3.
Алюминий является самым распространенным металлом на Земле:его массовая доля в земной коре составляет 8,8%. Основная масса природногоалюминия входит в состав алюмосиликатов – веществ, главными компонентамикоторых являются оксиды кремния и алюминия.
Алюминий – легкий металл серебристо-белогоцвета, плавится при 600°C, очень пластичен, легковытягивается в проволоку и прокатывается в листы и фольгу. Поэлектропроводности алюминий устпает лишь серебру и меди.
Взаимодействие с простымивеществами:
1. с галогенами:
2Al + 3Cl2 > 2AlCl3
2. с кислородом:
4Al + 3O2 > 2Al2O3
3. с серой:
2Al+ 3S > Al2S3
4. с азотом:
2Al + N2 >AlN
С водородом алюминий непосредственно не реагирует, но егогидрид AlH3 полученкосвенным путем.
Взаимодействиесо сложными веществами:
1. с кислотами:
2Al+ 6HCl > 2AlCl3 + 3H2
2. со щелочами:
2Al + 2NaOH + 6H2O > 2Na[Al(OH)4] + 3H2
Если NaOH в твердом состоянии:
2Al+ 2NaOH + 6H2O > 2NaAlO2 + 3H2
3. с водой:
2Al + 6H2O>2Al(OH)3 + 3H2 Свойстваоксида и гидроксида алюминия:
Оксидалюминия, или глинозем, Al2O3 представляетсобой белый порошок. Оксид алюминия можно получить, сжигая металл илипрокаливая гидроксид алюминия:
2Al(OH)3> Al2O3 + 3H2O
Оксид алюминия практически не растворяется в воде.Соответствующий этому оксиду гидроксид Al(OH)3 получают действием гидроксида аммония или растворов щелочей, взятых внедостатке, на растворы солей алюминия:
AlCl3+ 3NH3 • H2O > Al(OH)3 v + 3NH4Cl
Оксид и гидроксид этого металлаявляются амфотерными, т.е. проявляют как основные, так и кислотные свойства. Основные свойства:
Al2O3 + 6HCl>2AlCl3 + 3H2O
2Al(OH)3 + 3H2SO4 > Al2(SO4)3 + 6H2O Кислотныесвойства:
Al2O3 + 6KOH +3H2O >2K3[Al(OH)6]
2Al(OH)3+ 6KOH > K3[Al(OH)6]
Al2O3 + 2NaOH>2NaAlO2 + H2O
Алюминий получают электролитическим методом. Он не можетбыть выделен из водных растворов солей, т.к. является очень активным металлом.Поэтому основным промышленным методом получения металлического алюминияявляется электролиз расплава, содержащего оксид алюминия и криолит.
Металлический алюминий широко используется впромышленности, по объему производства занимает второе место после железа.Основная масса алюминия идет на изготовление сплавов:
Дуралюмин – сплав алюминия, содержащий медь и небольшоеколичество магния, марганца и других компонентов. Дуралюмины – легкие прочные икоррозионностойкие сплавы. Используют в авиа- и машиностроении.
Магналин – сплав алюминия с магнием. Используют в авиа- имашиностроении, в строительстве. Стоек к коррозии в морской воде, поэтому егоприменяют в судостроении. Силумин – сплав алюминия, содержащий кремний. Хорошо подвергаетсялитью. Этот сплав используют в автомобиле-, авиа- и машиностроении,производстве точных приборов. Алюминий – пластичный металл, поэтому из негоизготавливают тонкую фольгу, используемую в производстве радиотехническихизделий и для упаковки товаров. Из алюминия делают провода, краски «подсеребро». Переходные металлы. Железо.
Впериодической системе железо находится в четвертом периоде, в побочнойподгруппе VIII группы.
Порядковыйномер – 26, электронная формула 1s2 2s2 2p6 3d64s2.
Валентныеэлектроны у атома железа находятся на последнем электронном слое (4s2)и предпоследнем (3d6). В химических реакциях железо может отдаватьэти электроны и проявлять степени окисления +2, +3 и, иногда, +6.
Железо является вторым пораспространенности металлом в природе (после алюминия).Наиболее важныеприродные соединения: Fe2O3 · 3H2O – бурый железняк;Fe2O3– красный железняк;Fe3O4(FeO · Fe2O3) –магнитный железняк;FeS2 — железный колчедан (пирит).Соединенияжелеза входят в состав живых организмов.
Железо – серебристо серый металл,обладает большой ковкостью, пластичностью и сильными магнитными свойствами.Плотность железа – 7,87 г/см3, температура плавления 1539°С.
В промышленности железо получаютвосстановлением его из железных руд углеродом (коксом) и оксидом углерода (II)в доменных печах. Химизм доменного процесса следующий:
C + O2 = CO2,
CO2 + C = 2CO.
3Fe2O3+ CO = 2Fe3O4 + CO2,
Fe3O4+ CO = 3FeO + CO2,
FeO + CO = Fe + CO2.
В реакциях железо являетсявосстановителем. Однако при обычной температуре оно не взаимодействует даже ссамыми активными окислителями (галогенами, кислородом, серой), но принагревании становится активным и реагирует с ними:
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 Хлорид железа (III)
3Fe + 2O2 = Fe3O4(FeO· Fe2O3) Оксид железа (II,III)
Fe + S = FeS Сульфид железа (II)
При очень высокой температуре железореагирует с углеродом, кремнием и фосфором:
3Fe + C = Fe3C Карбид железа (цементит)
3Fe + Si = Fe3Si Силицид железа
3Fe + 2P = Fe3P2 Фосфид железа (II)
Во влажном воздухе железо быстроокисляется (корродирует):
4Fe + 3O2 + 6H2O= 4Fe(OH)3,
Железо находится в середине электрохимическогоряда напряжений металлов, поэтому является металлом средней активности.Восстановительная способность у железа меньше, чем у щелочных, щелочноземельныхметаллов и у алюминия. Только при высокой температуре раскаленное железореагирует с водой:
3Fe + 4H2O = Fe3O4+ 4H2
Железо реагирует с разбавленнымисерной и соляной кислотами, вытесняя из кислот водород:
Fe + 2HCl = FeCl2+ H2
Fe + H2SO4= FeSO4 + H2
При обычной температуре железо невзаимодействует с концентрированной серной кислотой, так как пассивируется ею.При нагревании концентрированная H2SO4 окисляет железо досульфита железа (III):
2Fe + 6H2SO4= Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O.
Разбавленная азотная кислота окисляетжелезо до нитрата железа (III):
Fe + 4HNO3 =Fe(NO3)3 + NO + 2H2O.
Концентрированная азотная кислотапассивирует железо.
Из растворов солей железо вытесняетметаллы, которые расположены правее его в электрохимическом ряду напряжений:
Fe + CuSO4 =FeSO4 + Cu, Fe0+ Cu2+ = Fe2+ + Cu0. Оксид железа (II) FeO – черное кристаллическое вещество,нерастворимое в воде. Оксид железа (II) получают восстановлением оксидажелеза(II,III) оксидом углерода (II):
Fe3O4 + CO =3FeO + CO2.
Оксид железа (II) – основной оксид,легко реагирует с кислотами, при этом образуются соли железа(II):
FeO + 2HCl = FeCl2+ H2O, FeO + 2H+ = Fe2+ + H2O. Гидроксид железа (II) Fe(OH)2 – порошок белого цвета, нерастворяется в воде. Получают его из солей железа (II) при взаимодействии их сощелочами:
FeSO4 + 2NaOH =Fe(OH)2? + Na2SO4,
Fe2+ + 2OH- =Fe(OH)2?.
Гидроксид железа (II) Fe(OH)2проявляет свойства основания, легко реагирует с кислотами:
Fe(OH)2 + 2HCl= FeCl2 + 2H2O,
Fe(OH)2 + 2H+ =Fe2+ + 2H2O.
При нагревании гидроксид железа (II)разлагается:
Fe(OH)2 = FeO + H2O.
Соединения со степенью окисленияжелеза +2 проявляют восстановительные свойства, так как Fe2+ легкоокисляются до Fe+3:
Fe+2 – 1e = Fe+3
Так, свежеполученный зеленоватыйосадок Fe(OH)2 на воздухе очень быстро изменяет окраску – буреет. Изменениеокраски объясняется окислением Fe(OH)2 в Fe(OH)3 кислородомвоздуха:
4Fe+2(OH)2+ O2 + 2H2O = 4Fe+3(OH)3. Оксид железа (III) Fe2O3 – порошок бурого цвета, нерастворяется в воде. Оксид железа (III) получают:
А) разложением гидроксида железа(III):
2Fe(OH)3 = Fe2O3+ 3H2O
Б) окислением пирита (FeS2):
4Fe+2S2-1+ 11O20= 2Fe2+3O3 + 8S+4O2-2.
Оксид железа (III) проявляетамфотерные свойства:
А) взаимодействует с твердымищелочами NaOH и KOH и с карбонатами натрия и калия при высокой температуре:
Fe2O3+ 2NaOH = 2NaFeO2 + H2O,
Fe2O3+ 2OH- = 2FeO2- + H2O,
Fe2O3+ Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2.
Феррит натрия Гидроксид железа (III) получают из солей железа (III) привзаимодействии их со щелочами:
FeCl3 + 3NaOH =Fe(OH)3? + 3NaCl,
Fe3+ + 3OH- =Fe(OH)3?.
Гидроксид железа (III) является болееслабым основанием, чем Fe(OH)2, и проявляет амфотерные свойства (спреобладанием основных). При взаимодействии с разбавленными кислотами Fe(OH)3легко образует соответствующие соли:
Fe(OH)3 + 3HCl « FeCl3 + H2O
2Fe(OH)3 + 3H2SO4« Fe2(SO4)3+ 6H2O
Fe(OH)3 + 3H+ « Fe3+ + 3H2O
Реакции с концентрированнымирастворами щелочей протекают лишь при длительном нагревании.
Соединения со степенью окисленияжелеза +3 проявляют окислительные свойства, так как под действиемвосстановителей Fe+3 превращается в Fe+2:
Fe+3 + 1e = Fe+2.
Так, например, хлорид железа (III)окисляет йодид калия до свободного йода:
2Fe+3Cl3+ 2KI = 2Fe+2Cl2 + 2KCl + I20 Хром.
Хром находится в побочной подгруппе VI группы Периодическойсистемы. Строение электронной оболочки хрома: Cr3d54s1.
Массовая доля хрома в земной коре составляет 0,02%.Важнейшими минералами, входящими в состав хромовых руд, являются хромит, илихромистый железняк, и его разновидности, в которых железо частично заменено намагний, а хром – на алюминий.
Хром – серебристо серый металл. Чистый хромдостаточно пластичный, а технический самый твердый из всех металлов.
Хромхимически малоактивен. В обычных условиях он реагирует только с фтором (изнеметаллов), образуя смесь фторидов. При высокихтемпературах (выше 600°C) взаимодействует с кислородом,галогенами, азотом, кремнием, бором, серой, фосфором:
4Cr + 3O2 –t°> 2Cr2O3
2Cr + 3Cl2 –t°> 2CrCl3
2Cr + N2 –t°> 2CrN
2Cr + 3S –t°> Cr2S3
В азотной и концентрированной серной кислотах онпассивирует, покрываясь защитной оксидной пленкой. В хлороводородной иразбавленной серной кислотах растворяется, при этом, если кислота полностьюосвобождена от растворенного кислорода, получаются соли хрома(II), а если реакция протекаетна воздухе – соли хрома (III):
Cr + 2HCl > CrCl2 + H2
2Cr + 6HCl + O2 > 2CrCl3 + 2H2O + H2
Оксидхрома (II) и гидроксид хрома (II) имеют основной характер.
Cr(OH)2 + 2HCl > CrCl2 + 2H2O
Соединенияхрома (II) — сильные восстановители;переходят в соединения хрома (III) под действием кислорода воздуха.
2CrCl2 + 2HCl > 2CrCl3 + H2
4Cr(OH)2 + O2 + 2H2O > 4Cr(OH)3 Соединения трёхвалентного хрома
Оксидхрома (III) Cr2O3 – зелёный, нерастворимый вводе порошок. Может быть получен при прокаливании гидроксида хрома (III) или дихроматов калия иаммония:
2Cr(OH)3 –t°> Cr2O3 + 3H2O
4K2Cr2O7 –t°> 2Cr2O3 + 4K2CrO4 + 3O2
(NH4)2Cr2O7 –t°> Cr2O3 + N2+ 4H2O
Амфотерныйоксид. При сплавлении Cr2O3 со щелочами, содой и кислыми солями получаютсясоединения хрома со степенью окисления (+3):
Cr2O3+ 2NaOH > 2NaCrO2 + H2O
Cr2O3+ Na2CO3 > 2NaCrO2 + CO2
Cr2O3+ 6KHSO4 > Cr2(SO4)3 + 3K2SO4+ 3H2O
Присплавлении со смесью щёлочи и окислителя получают соединения хрома в степениокисления (+6):
2Cr2O3 + 4KOH + KClO3 > 2K2Cr2O7(дихромат калия) + KCl + 2H2O
Гидроксидхрома (III) Cr(OH)3 — нерастворимое в воде вещество зелёного цвета.
Cr2(SO4)3+ 6NaOH >2Cr(OH)3? + 3Na2SO4
Обладаетамфотерными свойствами — растворяется как в кислотах, так и в щелочах:
2Cr(OH)3 + 3H2SO4> Cr2(SO4)3 + 6H2O
Cr(OH)3 + KOH >K[Cr(OH)4]
Оксидхрома (VI) CrO3 — ярко-красные кристаллы,растворимые в воде.
Получаютиз хромата (или дихромата) калия и H2SO4(конц.).
K2CrO4+ H2SO4 > CrO3 + K2SO4+ H2O
K2Cr2O7+ H2SO4 > 2CrO3 + K2SO4+ H2O
CrO3 — кислотный оксид, сощелочами образует жёлтые хроматы CrO42-:
CrO3 + 2KOH > K2CrO4 + H2O
Вкислой среде хроматы превращаются в оранжевые дихроматы Cr2O72-:
2K2CrO4 + H2SO4 > K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O
В щелочной среде эта реакцияпротекает в обратном направлении:
K2Cr2O7+ 2KOH > 2K2CrO4+ H2O
Всесоединения хрома (VI)- сильные окислители.
4CrO3 + 3S > 3SO2+ 2Cr2O3 Медь.
Медьнаходится в побочной подгруппе I группы Периодическойсистемы. Строение электронных оболочек атомов элементов этой подгруппывыражается формулой (n-1)d10ns1. Навнешнем энергетическом уровне атома находится один электрон, однако вобразовании хим. связей могут принимать участие и электроны с d-подуровняпредпоследнего уровня. Поэтому они могут проявлять степени окисления +1, +2,+3, для меди наиболее устойчивы соединения со степенью окисления +2.
Медь –мягкий пластичный металл, имеет розово-красную окраску. Обладает высокойэлектрической проводимостью.
Медь –химически малоактивный металл. С кислородом реагирует только при нагревании:
2Cu + O2 = 2CuO
Нереагирует с водой, растворами щелочей, хлороводородной и разбавленной сернойкислотами. Медь растворяется в кислотах, являющихся сильными окислителями:
3Cu + 8HNO3 (разб.) =3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Cu + 2H2SO4 (конц.)=CuSO4 + SO2 +2H2O
Во влажнойатмосфере, содержащей диоксид углерода, поверхность меди обычно покрываетсязеленоватым налетом основного карбоната меди:
2Cu + O2 + CO2 +H2O= Cu(OH)2 • CuCO3
Оксид меди(II) CuO – черное вещество, можетбыть получен из простых веществ или путем нагревания гидроксида меди (II):
Cu(OH)2 = CuO + H2O
Гидроксидмеди (II) представляет собой малорастворимое в водесоединение голубого цвета. Легко растворяется в кислотах и при нагревании вконцентрированных растворах щелочей, т.е. проявляет свойства амфотерногогидроксида:
Cu(OH)2 + H2SO4 =CuSO4 + 2H2O
Cu(OH)2 + 2KOH = K2[Cu(OH)4]
Основнаямасса производимой меди используется в электротехнической промышленности. Вбольших количествах медь идет на производство сплавов. Цинк.
Цинкнаходится в побочной подгруппе II группы. Атомы элементовэтой подгруппы имеют следующую электронную оболочку: (n-1)s2p6d10ns2. Проявляютв соединениях степень окисления +2.
Цинк –серебристо-белый металл. Обладает хорошей электро- и теплопроводимостью. Навоздухе цинк покрывается защитной пленкой оксидов и гидроксидов, котораяослабляет его металлический блеск.
Цинк –химически активный металл. При нагревании легко взаимодействует с неметаллами(серой, хлором, кислородом):
2Zn + O2 = 2ZnO
Растворяетсяв разбавленных и концентрированных кислотах HCl, H2SO4, HNO3 и в водныхрастворах щелочей:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
4Zn + 10HNO3 = 4Zn(NO3)2+ NH4NO3 + 3H2O
Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4]+ H2
Оксид цинка– белое вещество, практически нерастворимое в воде. Оксид и гидроксид цинкаявляются амфотерными соединениями; они реагируют с кислотами и щелочами:
ZnO +2HCl = ZnCl2 + H2O
ZnO + 2KOH + H2O = K2[Zn(OH)4]
Гидроксидцинка растворяется в водном растворе аммиака, образуя комплексное соединение:
Zn(OH)2 + 6NH3 = [Zn(NH3)6](OH)2
Приполучение цинка его руды подвергают обжигу:
2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2
ZnCO3 = ZnO + CO2
Далее оксидцинка восстанавливают углем:
ZnO + C = Zn + CO
Дляполучения более чистого металла оксид цинка растворяют в серной кислоте ивыделяют электролизом.
Цинкиспользуют для производства сплавов. Цинком покрывают стальные и чугунныеизделия для защиты их от коррозии. Понятие о сплавах.
Характернойособенностью металлов является их способность образовывать друг с другом или снеметаллами сплавы. Чтобы получить сплав, смесь металлов обычно подвергаютплавлению, а затем охлаждают с различной скоростью, которая определяетсяприродой компонентов и изменением характера их взаимодействия в зависимости оттемпературы. Иногда сплавы получают спеканием тонких порошков металлов, неприбегая к плавлению (порошковая металлургия). Итак сплавы — это продуктыхимического взаимодействия металлов.
Кристаллическаяструктура сплавов во многом подобна чистым металлам, которые, взаимодействуядруг с другом при плавлении и последующей кристаллизации, образуют: а)химические соединения, называемые интерметаллидами; б) твердые растворы; в)механическую смесь кристаллов компонентов.
Тот илииной тип взаимодействия определяется соотношением энергии взаимодействияразнородных и однородных частиц системы, то есть соотношением энергийвзаимодействия атомов в чистых металлах и сплавах.
Современнаятехника использует огромное число сплавов, причем в подавляющем большинстве случаевони состоят не из двух, а из трех, четырех и большего числа металлов.Интересно, что свойства сплавов часто резко отличаются от свойствиндивидуальных металлов, которыми они образованы. Так, сплав, содержащий 50%висмута, 25% свинца, 12,5% олова и 12,5% кадмия, плавится всего при 60,5градусах Цельсия, в то время как компоненты сплава имеют соответственнотемпературы плавления 271, 327, 232 и 321 градус Цельсия. Твердость оловяннойбронзы (90% меди и 10% олова) втрое больше, чем у чистой меди, а коэффициентлинейного расширения сплавов железа и никеля в 10 раз меньше, чем у чистыхкомпонентов.
Однаконекоторые примеси ухудшают качество металлов и сплавов. Известно, например, чточугун (сплав железа и углерода) не обладает той прочностью и твердостью, которыехарактерны для стали. Помимо углерода, на свойства стали влияют добавки серы ифосфора, увеличивающие ее хрупкость.
Средисвойств сплавов наиболее важными для практического применения являютсяжаропрочность, коррозионная стойкость, механическая прочность и др. Для авиациибольшое значение имеют легкие сплавы на основе магния, титана или алюминия, дляметаллообрабатывающей промышленности — специальные сплавы, содержащие вольфрам,кобальт, никель. В электронной технике применяют сплавы, основным компонентомкоторых является медь. Сверхмощные магниты удалось получить, используя продуктывзаимодействия кобальта, самария и других редкоземельных элементов, асверхпроводящие при низких температурах сплавы — на основе интерметаллидов,образуемых ниобием с оловом и др.
Не успели занять свои места, как вдруг неожиданно разгорелся между ними спор: кому тяжело живется в нынешних условиях, когда начался глобальный экономический кризис, а кому наоборот – созданы все условия для процветания.
Мистер Ли упорно начал доказывать, что он обладает высоким потенциалом восстановления и не боится экономического кризиса, что среди присутствующих ему равных нет. «Я создал фирму под названием «Oksid», так что могу поделиться своим опытом», – говорил оратор.
Такого поворота событий вряд ли кто из присутствующих ожидал. Все были возмущены поведением выскочки и хвастуна мистера Ли. В спор вмешался мистер На. Начал со слов, что его уважают не хуже мистера Ли, и он не позволит относиться к присутствующим неуважительно. «Замечу, что мой потенциал восстановления чуть больше, чем у некоторых “мистеров-премистеров”. У меня уже давно сложились с химическими элементами дружеские отношения. Чтобы не быть голословным, приведу пример. С господином Oxygenium мы создали корпорацию “Peroksid”».
Из зала были слышны выкрики мистера Кa: «А мы… А мы… с господином Oxygenium успели преумножить наши отношения и создали более солидную корпорацию – “Nadperoksid”, так что у меня больше шансов выйти из кризиса, чем у всяк…» Но тут, не дав договорить, его прервал мистер эр Би: «По- думайте только, какие они “oksidцы-рeroksidцы”…» Но и этот господин не успел закончить свою речь. В спор вмешались мистер Си эС и мистер эФ эР.
Обстановка в зале накалялась, ситуация обострилась, споры не затихали. У всех нервы были напряжены до предела, а сами спорщики докрасна накалены. Но никто из присутствующих не желал раздеться и даже сделать глоток воды, чтобы охладить пыл, т.к. все знали, чем это чревато для многих: кислород (О2) в воздухе, да еще и вода (H2O) в стакане – гиблое дело.
Председательствующий на семинаре, видя, что спор становится неуправляемым и вряд ли его можно остановить цивилизованным способом, взял себя в руки и громко крикнул: «Всем молчать. »
В зале установилась мертвая тишина. Даже можно было услышать полет мухи (если бы, конечно, она присутствовала в зале). У членов семинара отвисли челюсти от неожиданности. Все замерли в позах марионеток, т.е. застыли на своих местах. Председательствующий сам испугался ничуть не меньше остальных. Все ждали и думали: «Что же будет дальше. »
А произошло вот что…
«Господа! – начал председатель. – Мы собрались здесь не для того, чтобы корчить из себя знатоков и хвастаться, кто с кем и когда создал корпорации “Оksid”, “Peroksid” и “Nadperoksid”. Мы собрались не для того, чтобы устраивать дискуссии и кулачные бои, а для того, чтобы все как одна дружная семья оценили нынешнюю ситуацию в мире и подумали, как и чем можем помочь друг другу в создавшихся условиях. Это – раз. Во-вторых, мы с планеты ПСХЭ – Периодическая система химических элементов – четко и ясно должны понять: Вселенная под угрозой. Начался всемирный финансовый кризис. Стало трудно жить не только нам, но и людям с дружественной планеты Земля (на нашем с вами языке эта планета называется Tellus)! Многие оказываются безработными, выброшенными на улицу. Страдают не единичные богатые личности – финансовые олигархи, а рабочие – самый многочисленный класс. Наша цель – реально помочь тем людям, которые оказались ненужными “элементами”.
В-третьих, оглянитесь и посмотрите, на кого вы похожи. Забываете, где вы находитесь и где воспитывались… Ведете себя неадекватно. Как уличные беспризорники, готовы передрать друг другу глотку, из-за всякой…
Мы находимся не на заседании Госдумы РФ или Верховной Рады Украины… Мы – всемирно признанные и уважаемые элементы щелочных металлов: мистер Ли – это щелочной металл Li (литий), мистер На – Na (натрий), мистер Ка – K (калий), мистер эР Би – Rb (рубидий), мистер Си эС – Cs (цезий) и мистер эФ эР – Fr (франций). Все мы из Ia группы главной подгруппы таблицы Д.И.Менделеева! А раз так, всегда должны быть первыми, всегда вместе и всегда – главными! Мы должны быть на высоте! Мы – цивилизованные “люди”! Мы присутствуем в природе в разных соединениях. Многие элементы из нас необходимы человеку, чтобы удовлетворить его потребности, а не для извлечения прибыли некоторых индивидуумов.
Итак, сегодня нам спорить и устраивать драки никак нельзя! Время не ждет! Мы, щелочные металлы, как химические элементы, живущие в одном доме и в одном подъезде, хотя и на разных этажах, должны жить дружно. Наша сегодняшняя задача: имея самые активные восстановительные способности, стараться всячески помочь людям и поддерживать их в трудную минуту, восстанавливать их на прежних рабочих местах, чтобы им было всегда комфортно и уютно. Мы должны служить народу, повышать его благосостояние.
Мы знаем и о том, что новое качество, новое вещество образуется не путем механического приращения групп атомов. Оно появляется лишь в результате взаимодействия составных частей наших молекул и взаимного влияния наших атомов. Мы четко и ясно должны представлять и то, как, вооружившись имеющимися знаниями о веществах, направлять их в нужное русло: получать новые вещества, которых еще нет в природе или которые представлены в ограниченном количестве, раскрыть весь наш потенциал восстановления, нужный для развития народного хозяйства и для жизни на Земле.
Повторяю, что мы должны жить дружно не только в своей I группе, но и уметь налаживать дружественные отношения с человечеством, принося ему пользу во имя процветания и мира на планете Земля. Надо быть всегда в нужное время в нужном месте. »
Председательствующий оглядел зал и закончил речь словами, перефразируя немецкого поэта-сатирика Себастьяна Бранта:
«Алхимия примером не служит
Тому, как плутни с дурью дружат…»
Спорщикам-ораторам было стыдно за свои поступки. То краснея, то бледнея от сказанного, все начали тихо занимать свои места. Семинар начался …
* IUPAC – ИЮПАК, Международный союз теоретической и прикладной химии.
Внимание, только СЕГОДНЯ!
Одним из самых распространенных металлов в земной коре является железо. Применять его начали гораздо позже других металлов (меди, золота, цинка, свинца, олова) , что, скорее всего, объясняется малым сходством руды железа с металлом. Первобытным людям было очень трудно догадаться, что из руды можно получить металл, который успешно можно использовать при изготовлении различных предметов, сказалось отсутствие инструментов и необходимых приспособлений для организации такого процесса. До того времени, когда человек научился получать из руды железо и изготавливать из него сталь и чугун, прошло довольно длительное время.
На данный момент железные руды являются необходимым сырьем для черной металлургии, теми полезными ископаемыми, обходиться без которых не сможет ни одна развитая промышленная страна. За год мировая добыча железных руд составляет приблизительно 350 000 000 тонн. Используются они для выплавки железа (содержание углерода 0,2-0,4 %) , чугуна (2,5-4% углерода) , стали (2,5-1,5 % углерода) Сталь имеет наиболее широкое применение в промышленности, чем железо и чугун, поэтому и больше спрос на ее выплавку.
Для выплавки чугуна из железных руд используются домны, которые работают на каменном угле или коксе, переплавка стали и железа из чугуна происходит в отражательных мартеновских печах, бессемеровских конверторах или способом Томаса.
Черные металлы и их сплавы имеют огромное значение в жизни и развитии человеческого общества. Всевозможные предметы быта и широкого потребления изготавливаются из железа. Для строительства кораблей, самолетов, железнодорожного транспорта, автомобилей, мостов, железных дорог, различных зданий, оборудования и прочего, используются сотни миллионов тонн стали и чугуна. Не существует такой отрасли сельского хозяйства и промышленности, в которой бы не применялись железо и его различные сплавы.
Немногие часто встречающиеся в природе минералы, имеющие в своем составе железо, являются именно железной рудой. К таким минералам можно отнести: бурый железняк, гематит, магнетит, другие, образующие крупные месторождения и занимающие огромные площади.
Химическое отношение магнетита или магнитного железняка, имеющего железо-черный цвет и уникальное свойство – магнитность, представляет собой соединение, состоящее из окиси и закиси железа. В природной среде его можно встретить как в виде зернистых или сплошных масс, так и в виде хорошо сформированных кристаллов. Железная руда наиболее богата содержанием металлического железа магнетита (до 72%) .
Самые крупные в нашей стране месторождения магнетитовых руд находятся на Урале, в горах Высокая, Благодать, Магнитная, в некоторых районах Сибири – бассейне реки Ангара, Горной Шории, на территории Кольского полуострова.
За последнее время в Казахстане были разведаны и открыты довольно крупные месторождения, имеющие богатые магнетитовые руды (Кустанайская область) : Качканарское, Соколовско-Сарбайское и многие другие.
В большом семиэтажном доме, в подъезде щелочных металлов, на втором этаже жил Литий – самый легкий и беззаботный металл. Он, как и все щелочные металлы, очень активно взаимодействовал с Кислородом, неметаллами, Водородом и Водой. Как и все, защищался от Кислорода, но носил не керосиновую, а вазелиновую шубу, так как был очень легким и всплывал в керосине. Но все же Литий не был во всех отношениях похожим на своих собратьев: он был добр, щедр и прост. Он с охотой отдавал свои электроны и Кислороду, и Азоту, и многим другим элементам. Из-за этих-то особенностей Литий страдал, так как другие щелочные металлы, особенно такие хитрые как Калий и Натрий, не давали ему прохода. Дело было в том, что когда щелочные металлы горели в кислороде, каждые два их атома отдавали одной молекуле Кислорода два своих электрона – каждому атому по одному. Остальные электроны они припрятывали до поры до времени. Литий же был честен – отдавал молекуле Кислорода в два раза больше электронов, чем остальные металлы: на четыре атома Лития – четыре электрона. Да и с Азотом Литий взаимодействовал спокойно, при обычной температуре, не то что другие – при нагревании. И решили Натрий и Калий допытаться у Лития: почему он так поступает? Нет ли в его поведении каких-либо скрытых выгод? Спрашивает Натрий:”Почему ты, брат Литий, все свои электроны Кислороду отдаешь? Не лучше ли делать так, как мы?” Отвечал Литий:”Я всегда рад помочь другим, не то что вы – жадничаете. Я рад, что в моем оксиде Кислород имеет свою обычную степень окисления -2, не то что -1 в ваших странных, ни на что не похожих пероксидах” Сказал так и ушел восвояси. Долго стояли Натрий и Калий в раздумье, но так ничего и не поняли. И сейчас с Кислородом продолжают пероксиды образовывать.
Века человечества нередко определяют по основным материалом, который использовался для изготовления самых разнообразных вещей. Так, был каменный век, когда все было из камня, был бронзовый век, когда все необходимые в хозяйстве вещи ковали из бронзы. На смену им пришел век железный, в котором мы живем и до сих пор.
Сейчас металл остается одним из основных материалов, используемых человечеством. Однако его постепенно вытесняют искусственные материалы — пластмассы. Еще долго мы не сможем обходиться без железа, ведь трубы, железнодорожные пути, оборудование фабрик и заводов до сих пор делаются металлическими.
Есть у металлов и другая роль: они украшают нашу жизнь. Мастера-кузнецы умеют сделать так, что металлический предмет становится похожим на камень или даже дерево. С такого художественно обработанного металла изготавливают разнообразные решетки, осветительные приборы, декоративная посуда.
В мире существует и металл-лінюх, который не умеет работать. Это золото. Конечно, без него обойтись нельзя, но ведь и серп из золота вику.
Наши предки считали, что весь процесс изготовления металлических вещей является волшебством. Сначала металл добывают из земли в виде руды, затем плавят руду, а дальше уже куют расплавленный металл. Как бы не совершенствовался мир, все будет идти именно так: руда, расплав, металл. И металлический предмет будет манить нас, напоминая о вечном чудо человеческого труда.
Одним из самых распространенных металлов в земной коре является железо. применять его начали гораздо позже других металлов (меди, золота, цинка, свинца, олова) , что, скорее всего, объясняется малым сходством руды железа с металлом. первобытным людям было трудно догадаться, что из руды можно получить металл, который успешно можно использовать при изготовлении различных предметов, сказалось отсутствие инструментов и необходимых приспособлений для организации такого процесса. до того времени, когда человек научился получать из руды железо и изготавливать из него сталь и чугун, прошло довольно длительное время. на данный момент железные руды являются необходимым сырьем для черной металлургии, теми полезными ископаемыми, обходиться без которых не сможет ни одна развитая промышленная страна. за год мировая добыча железных руд составляет приблизительно 350 000 000 тонн. используются они для выплавки железа (содержание углерода 0,2-0,4 %), чугуна (2,5-4% углерода) , стали (2,5-1,5 % углерода) сталь имеет наиболее широкое применение в промышленности, чем железо и чугун, поэтому и больше спрос на ее выплавку. для выплавки чугуна из железных руд используются домны, которые работают на каменном угле или коксе, переплавка стали и железа из чугуна происходит в отражательных мартеновских печах, бессемеровских конверторах или способом томаса. черные металлы и их сплавы имеют огромное значение в жизни и развитии человеческого общества. всевозможные предметы быта и широкого потребления изготавливаются из железа. для строительства кораблей, самолетов, железнодорожного транспорта, автомобилей, мостов, железных дорог, различных зданий, оборудования и прочего, используются сотни миллионов тонн стали и чугуна. не существует такой отрасли сельского хозяйства и промышленности, в которой бы не применялись железо и его различные сплавы. немногие часто встречающиеся в природе минералы, имеющие в своем составе железо, являются именно железной рудой. к таким минералам можно отнести: бурый железняк, гематит, магнетит, другие, образующие крупные месторождения и занимающие огромные площади. отношение магнетита или магнитного железняка, имеющего железо-черный цвет и уникальное свойство – магнитность, представляет собой соединение, состоящее из окиси и закиси железа. в природной среде его можно встретить как в виде зернистых или сплошных масс, так и в виде хорошо сформированных кристаллов. железная руда наиболее богата содержанием металлического железа магнетита (до 72%). самые крупные в нашей стране месторождения магнетитовых руд находятся на урале, в горах высокая, благодать, магнитная, в некоторых районах сибири – бассейне реки ангара, горной шории, на территории кольского полуострова. за последнее время в казахстане были разведаны и открыты довольно крупные месторождения, имеющие богатые магнетитовые руды (кустанайская область) : качканарское, соколовско-сарбайское и многие другие.
В большом семиэтажном доме, в подъезде щелочных металлов, на втором этаже жил Литий – самый легкий и беззаботный металл. Он, как и все щелочные металлы, очень активно взаимодействовал с Кислородом, неметаллами, Водородом и Водой. Как и все, защищался от Кислорода, но носил не керосиновую, а вазелиновую шубу, так как был очень легким и всплывал в керосине. Но все же Литий не был во всех отношениях похожим на своих собратьев: он был добр, щедр и прост. Он с охотой отдавал свои электроны и Кислороду, и Азоту, и многим другим элементам. Из-за этих-то особенностей Литий страдал, так как другие щелочные металлы, особенно такие хитрые как Калий и Натрий, не давали ему прохода. Дело было в том, что когда щелочные металлы горели в кислороде, каждые два их атома отдавали одной молекуле Кислорода два своих электрона – каждому атому по одному. Остальные электроны они припрятывали до поры до времени. Литий же был честен – отдавал молекуле Кислорода в два раза больше электронов, чем остальные металлы: на четыре атома Лития – четыре электрона. Да и с Азотом Литий взаимодействовал спокойно, при обычной температуре, не то что другие – при нагревании. И решили Натрий и Калий допытаться у Лития: почему он так поступает? Нет ли в его поведении каких-либо скрытых выгод? Спрашивает Натрий:”Почему ты, брат Литий, все свои электроны Кислороду отдаешь? Не лучше ли делать так, как мы?” Отвечал Литий:”Я всегда рад помочь другим, не то что вы – жадничаете. Я рад, что в моем оксиде Кислород имеет свою обычную степень окисления – 2, не то что – 1 в ваших странных, ни на что не похожих пероксидах” Сказал так и ушел восвояси. Долго стояли Натрий и Калий в раздумье, но так ничего и не поняли. И сейчас с Кислородом продолжают пероксиды образовывать.
Одним из самых распространенных металлов в земной коре является железо. Применять его начали гораздо позже других металлов (меди, золота, цинка, свинца, олова) , что, скорее всего, объясняется малым сходством руды железа с металлом. Первобытным людям было очень трудно догадаться, что из руды можно получить металл, который успешно можно использовать при изготовлении различных предметов, сказалось отсутствие инструментов и необходимых приспособлений для организации такого процесса. До того времени, когда человек научился получать из руды железо и изготавливать из него сталь и чугун, прошло довольно длительное время.
На данный момент железные руды являются необходимым сырьем для черной металлургии, теми полезными ископаемыми, обходиться без которых не сможет ни одна развитая промышленная страна. За год мировая добыча железных руд составляет приблизительно 350 000 000 тонн. Используются они для выплавки железа (содержание углерода 0,2-0,4 %), чугуна (2,5-4% углерода) , стали (2,5-1,5 % углерода) Сталь имеет наиболее широкое применение в промышленности, чем железо и чугун, поэтому и больше спрос на ее выплавку.
Для выплавки чугуна из железных руд используются домны, которые работают на каменном угле или коксе, переплавка стали и железа из чугуна происходит в отражательных мартеновских печах, бессемеровских конверторах или способом Томаса.
Черные металлы и их сплавы имеют огромное значение в жизни и развитии человеческого общества. Всевозможные предметы быта и широкого потребления изготавливаются из железа. Для строительства кораблей, самолетов, железнодорожного транспорта, автомобилей, мостов, железных дорог, различных зданий, оборудования и прочего, используются сотни миллионов тонн стали и чугуна. Не существует такой отрасли сельского хозяйства и промышленности, в которой бы не применялись железо и его различные сплавы.
Немногие часто встречающиеся в природе минералы, имеющие в своем составе железо, являются именно железной рудой. К таким минералам можно отнести: бурый железняк, гематит, магнетит, другие, образующие крупные месторождения и занимающие огромные площади.
Химическое отношение магнетита или магнитного железняка, имеющего железо-черный цвет и уникальное свойство – магнитность, представляет собой соединение, состоящее из окиси и закиси железа. В природной среде его можно встретить как в виде зернистых или сплошных масс, так и в виде хорошо сформированных кристаллов. Железная руда наиболее богата содержанием металлического железа магнетита (до 72%).
Самые крупные в нашей стране месторождения магнетитовых руд находятся на Урале, в горах Высокая, Благодать, Магнитная, в некоторых районах Сибири – бассейне реки Ангара, Горной Шории, на территории Кольского полуострова.
За последнее время в Казахстане были разведаны и открыты довольно крупные месторождения, имеющие богатые магнетитовые руды (Кустанайская область) : Качканарское, Соколовско-Сарбайское и многие другие.
Металлы – этоэлементы, проявляющие в своих соединениях только положительные степениокисления, и в простых веществах которые имеют металлические связи. Металлическаякристаллическая решетка — решетка, образованная нейтральными атомами и ионами металлов, связанными междусобой свободными электронами./> У металловв узлах кристаллической решетки находятся атомы и положительные ионы.Электроны, отданные атомами, находятся в общем владении атомов и положительныхионов. Такая связь называется металлической. Для металлов наиболее характерны следующие физические свойства: металлическийблеск, твердость, пластичность, ковкость и хорошая проводимость тепла иэлектричества. Теплопроводность и электропроводность уменьшается в рядуметаллов: Аg Сu Аu Аl Мg Zn Fе РЬ Hg.
Многие металлы широкораспространены в природе. Так, содержание некоторых металлов в земной кореследующее: алюминия — 8,2%; железа — 4,1%; кальция — 4,1%; натрия — 2,3%;магния — 2,3%; калия — 2,1%; титана — 0,56%.
С внешней стороны металлы, какизвестно, характеризуются прежде всего особым “металлическим” блеском, которыйобусловливается их способностью сильно отражать лучи света. Однако этот блескнаблюдается обыкновенно только в том случае, когда металл образует сплошнуюкомпактную массу. Правда, магний и алюминий сохраняют свой блеск, даже будучипревращенными в порошок, но большинство металлов в мелкораздробленном видеимеет черный или темно-серый цвет. Затем типичные металлы обладают высокойтепло- и электропроводностью, причем по способности проводить тепло и токрасполагаются в одном и том же порядке: лучшие проводники — серебро и медь,худшие — свинец и ртуть. С повышением температуры электропроводность падает,при понижении температуры, наоборот, увеличивается.
Оченьважным свойством металлов является их сравнительно легкая механическаядеформируемость. Металлы пластичны, они хорошо куются, вытягиваются впроволоку, прокатываются в листы и т.п.
Характерныефизические свойства металлов находятся в связи с особенностями их внутреннейструктуры. Согласно современным воззрениям, кристаллы металлов состоят изположительно заряженных ионов и свободных электронов, отщепившихся отсоответствующих атомов. Весь кристалл можно себе представить в видепространственной решетки, узлы которой заняты ионами, а в промежутках междуионами находятся легкоподвижные электроны. Эти электроны постоянно переходят отодних атомов к другим и вращаются вокруг ядра то одного, то другого атома. Таккак электроны не связаны с определенными ионами, то уже под влиянием небольшойразности потенциалов они начинают перемещаться в определенном направлении, т.е.возникает электрический ток.
Наличиемсвободных электронов обусловливается и высокая теплопроводность металлов. Находясьв непрерывном движении, электроны постоянно сталкиваются с ионами иобмениваются с ними энергией. Поэтому колебания ионов, усилившиеся в даннойчасти металла вследствие нагревания, сейчас же передаются соседним ионам, отних — следующим и т.д., и тепловое состояние металла быстро выравнивается; всямасса металла принимает одинаковую температуру.
Поплотности металлы условно подразделяются на две большие группы: легкие металлы,плотность которых не больше 5 г/см3, и тяжелые металлы — всеостальные.
Частицыметаллов, находящихся в твердом и жидком состоянии, связаны особым типомхимической связи — так называемой металлической связью. Она определяетсяодновременным наличием обычных ковалентных связей между нейтральными атомами икулоновским притяжением между ионами и свободными электронами. Таким образом,металлическая связь является свойством не отдельных частиц, а их агрегатов.
/> /> /> /> /> /> /> /> /> Методы получения металлов
/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> пирометаллургические
гидрометаллургические
электрометаллургические
/> /> /> /> /> /> /> /> Восстановление металлов из соединений при высокой температуре
/> Восстановление металлов из водных растворов их соединений
/> Восстановление металлов из расплавов соединений под действием электрического тока
/>
Химическиесвойства металлов
Взаимодействие с простыми веществами:
1. с галогенами:
Na + Cl2 > 2NaCl
2. с кислородом:
4Al + 3O2 > 2Al2O3
В реакциях с галогенами и кислородомметаллы наиболее энергично проявляют восстановительные способности.
3. с серой:
2Na + S> Na2S
4. с азотом:
3Mg + N2 >Mg3N2
5. с фосфором:
3Ca + 2P> Ca3P2
6. с водородом:
Ca + H2 >CaH2
Наиболее активные металлы главных подгруппявляются сильными восстановителями, поэтому восстанавливают водород до степениокисления -1 и образуют гидриды.
Взаимодействиесо сложными веществами:
1. с кислотами:
2Al+3H2SO4 > Al2(SO4)3+ 3H2
2Al+ 6H + 3SO4 > 2Al + 3SO4 + 3H2
2Al + 6H> 2Al + 3H2
Металлы, которые в электрохимическом рядунапряжений металлов находятся до водорода, восстанавливают ионы водорода изразбавленных кислот, а те, которые находятся после водорода, восстанавливаютатом основного элемента, образующего данную кислоту.
2. с водными растворами солей:
Zn+ Pb(NO3)2 > Zn(NO3)2 + Pb
Zn+ Pb + 2NO3 = Zn + 2NO3 + Pb
Zn + Pb = Zn + Pb
При взаимодействии с водными растворамисолей металлы, находящиеся в электрохимическом ряду напряжений металлов левее,восстанавливают металлы, находящиеся в этом ряду правее от них. Однако металлыс сильными восстановительными свойствами (Li, Na, K, Ca) в этихусловиях будут восстанавливать водород воды, а не металл соответствующей соли.
3. с водой:
Самые активные металлы реагируют с водой при обычныхусловиях, и в результате этих реакций образуются растворимые в воде основания ивыделяется водород.
2Na + 2HOH> 2NaOH + H2
Менее активные металлы реагируют с водой при повышеннойтемпературе с выделением водорода и образованием оксида соответствующегометалла.
Zn + H2O> ZnO +H2
Характеристика металлов главной подгруппы Iгруппы.
Главную подгруппу I группыпериодической системы составляют литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs и франций Fr.
Все щелочные металлы имеют один s-электрон на внешнемэлектронном слое, который при химических реакциях легко теряют, проявляястепень окисления +1. Поэтому щелочные металлы являются сильнымивосстановителями. Радиусы их атомов возрастают от лития к францию. Электронвнешнего слоя с возрастанием радиуса атома находится все дальше от ядра, силыпритяжения ослабевают и, следовательно, увеличивается способность к отдачеэтого электрона, т.е. химическая активность. В электрохимическом рядунапряжений металлов все щелочные металлы стоят левее водорода. Все щелочныеметаллы в твердом состоянии хорошо проводят электрический ток. Они легкоплавки,быстро окисляются на воздухе, поэтому их хранят без доступа воздуха и влаги,чаще всего под керосином. Щелочные металлы образуют соединения спреимущественно ионной связью. Оксиды щелочных металлов – твердыегигроскопичные вещества, легко взаимодействующие с водой. При этом образуютсягидроксиды – твердые вещества, хорошо растворимые в воде. Соли щелочныхметаллов, как правило, тоже хорошо растворяются в воде.
Всещелочные металлы — очень сильные восстановители, в соединениях проявляютединственную степень окисления +1. Восстановительная способность увеличиваетсяв ряду ––Li–Na–K–Rb–Cs.
Все соединения щелочных металлов имеют ионный характер.
Практически все соли растворимы в воде.
1. Активно взаимодействуют с водой:
2Na + 2H2O> 2NaOH + H2
2Li + 2H2O > 2LiOH + H2
2. Реакция с кислотами:
2Na + 2HCl >2NaCl + H2
3. Реакция с кислородом:
4Li + O2> 2Li2O(оксид лития)
2Na + O2 > Na2O2(пероксид натрия)
K + O2 > KO2(надпероксид калия)
На воздухе щелочные металлымгновенно окисляются. Поэтому их хранят под слоем органических растворителей(керосин и др.).
4.В реакциях с другими неметаллами образуются бинарные соединения:
2Li + Cl2> 2LiCl(галогениды)
2Na + S > Na2S(сульфиды)
2Na + H2 > 2NaH(гидриды)
6Li + N2 > 2Li3N(нитриды)
2Li + 2C > 2Li2C2(карбиды)
Реагируют со спиртами и галогенопроизводными углеводородов (смотри«Органическую химию»)
5. Качественная реакция на катионы щелочных металлов — окрашивание пламени вследующие цвета:
Li+– карминово-красный
Na+ – желтый
K+, Rb+ и Cs+ – фиолетовый
Характеристикаэлементов главной подгруппы IIгруппы.
Главнуюподгруппу II группы Периодической системы элементовсоставляют бериллий Be, магний Mg, кальций Ca, стронций Sr, барий Ba и радий Ra.
Атомы этихэлементов имеют на внешнем электронном уровне два s-электрона:ns2. В хим. реакциях атомы элементовподгруппы легко отдают оба электрона внешнего энергетического уровня и образуютсоединения, в которых степень окисления элемента равна +2.
Всеэлементы этой подгруппы относятся к металлам. Кальций, стронций, барий и радийназываются щелочноземельными металлами.
В свободномсостоянии эти металлы в природе не встречаются. К числу наиболеераспространенных элементов относятся кальций и магний. Основнымикальцийсодержащими минералами являются кальцит CaCO3 (егоразновидности – известняк, мел, мрамор), ангидрит CaSO4, гипс CaSO4 • 2H2O,флюорит CaF2 ифторапатит Ca5(PO4)3F. Магнийвходит в состав минералов магнезита MgCO3, доломита MgCO3 • CaCo3,карналлита KCl • MgCl2 • 6H2O.Соединения магния в больших количествах содержатся в морской воде.
Свойства.Бериллий, магний, кальций, барий и радий – металлы серебристо-белого цвета.Стронций имеет золотистый цвет. Эти металлы легкие, особенно низкие плотностиимеют кальций, магний, бериллий.
Радийявляется радиоактивным химическим элементом.
Бериллий,магний и особенно щелочноземельные элементы – химически активные металлы. Ониявляются сильными восстановителями. Из металлов этой подгруппы несколько менееактивен бериллий, что обусловлено образованием на поверхности этого металлазащитной оксидной пленки.
1. Взаимодействиес простыми веществами. Все легко взаимодействуют с кислородом и серой, образуяоксиды и сульфаты:
2Be+ O2 = 2BeO
Ca+ S = CaS
Бериллий имагний реагируют с кислородом и серой при нагревании, остальные металлы – приобычных условиях.
Все металлыэтой группы легко реагируют с галогенами:
Mg + Cl2 = MgCl2
Принагревании все реагируют с водородом, азотом, углеродом, кремнием и другиминеметаллами:
Ca + H2 = CaH2 (гидридкальция)
3Mg + N2 = Mg3N2 (нитридмагния)
Ca + 2C = CaC2 (карбидкальция)
Карибиткальция – бесцветное кристаллическое вещество. Технический карбит, содержащийразличные примеси, может иметь цвет серый, коричневый и даже черный. Карбиткальция разлагается водой с образованием газа ацетилена C2H2 – важногопродукта хим. промышленности:
CaC2 + 2H2O = CaOH)2+ C2H2
Расплавленныеметаллы могут соединяться с другими металлами, образуя интерметаллическиесоединения, например CaSn3, Ca2Sn.
2. Взаимодействуютс водой. Бериллий с водой не взаимодействует, т.к. реакции препятствуетзащитная пленка оксида на поверхности металла. Магний реагирует с водой принагревании:
Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2
Остальныеметаллы активно взаимодействуют с водой при обычных условиях:
Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2
3. Взаимодействиес кислотами. Все взаимодействуют с хлороводородной и разбавленной сернойкислотами с выделением водорода:
Be + 2HCl = BeCl2 + H2
Разбавленнуюазотную кислоту металлы восстанавливают главным образом до аммиака или нитратааммония:
2Ca + 10HNO3(разб.)= 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
Вконцентрированных азотной и серной кислотах (без нагревания) бериллийпассивирует, остальные металлы реагируют с этими кислотами.
4.Взаимодействие с щелочами. Бериллий взаимодействует с водными растворамищелочей с образованием комплексной соли и выделением водорода:
Be + 2NaOH + 2H2O = Na2[Be(OH)4]+ H2
Магний ищелочноземельные металлы с щелочами не реагируют.
5.Взаимодействие с оксидами и солями металлов. Магний и щелочноземельные металлымогут восстанавливать многие металлы из их оксидов и солей:
TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2
V2O5 + 5Ca = 2V + 5CaO
Бериллий,магний и щелочноземельные металлы получают электролизом расплавов их хлоридовили термическим восстановлением их соединений:
BeF2 + Mg = Be + MgF2
MgO + C = Mg + CO
3CaO + 2Al = 2Ca + Al2O3
3BaO + 2Al = 3Ba + Al2O3
Радийполучают в виде сплава с ртутью электролизом водного раствора RaCl2 с ртутнымкатодом.
Получение:
1) Окисление металлов (кроме Ba, которыйобразует пероксид)
2)Термическое разложение нитратов или карбонатов
CaCO3 –t°>CaO + CO2
2Mg(NO3)2 –t°> 2MgO + 4NO2 + O2
Характеристикаэлементов главной подгруппы IIIгруппы. Алюминий.
Алюминий находится в главной подгруппе III группыпериодической системы. На внешнем энергетическом уровне атома алюминия имеютсясвободные р-орбитали, что позволяет ему переходить в возбужденное состояние. Ввозбужденном состоянии атом алюминия образует три ковалентные связи илиполностью отдает три валентных электрона, проявляя степень окисления +3.
Алюминий является самым распространенным металлом на Земле:его массовая доля в земной коре составляет 8,8%. Основная масса природногоалюминия входит в состав алюмосиликатов – веществ, главными компонентамикоторых являются оксиды кремния и алюминия.
Алюминий – легкий металл серебристо-белогоцвета, плавится при 600°C, очень пластичен, легковытягивается в проволоку и прокатывается в листы и фольгу. Поэлектропроводности алюминий устпает лишь серебру и меди.
Взаимодействие с простымивеществами:
1. с галогенами:
2Al + 3Cl2 > 2AlCl3
2. с кислородом:
4Al + 3O2 > 2Al2O3
3. с серой:
2Al+ 3S > Al2S3
4. с азотом:
2Al + N2 >AlN
С водородом алюминий непосредственно не реагирует, но егогидрид AlH3 полученкосвенным путем.
Взаимодействиесо сложными веществами:
1. с кислотами:
2Al+ 6HCl > 2AlCl3 + 3H2
2. со щелочами:
2Al + 2NaOH + 6H2O > 2Na[Al(OH)4] + 3H2
Если NaOH в твердом состоянии:
2Al+ 2NaOH + 6H2O > 2NaAlO2 + 3H2
3. с водой:
2Al + 6H2O>2Al(OH)3 + 3H2
Свойстваоксида и гидроксида алюминия:
Оксидалюминия, или глинозем, Al2O3 представляетсобой белый порошок. Оксид алюминия можно получить, сжигая металл илипрокаливая гидроксид алюминия:
2Al(OH)3> Al2O3 + 3H2O
Оксид алюминия практически не растворяется в воде.Соответствующий этому оксиду гидроксид Al(OH)3 получают действием гидроксида аммония или растворов щелочей, взятых внедостатке, на растворы солей алюминия:
AlCl3+ 3NH3 • H2O > Al(OH)3 v + 3NH4Cl
Оксид и гидроксид этого металлаявляются амфотерными, т.е. проявляют как основные, так и кислотные свойства.
Основные свойства:
Al2O3 + 6HCl>2AlCl3 + 3H2O
2Al(OH)3 + 3H2SO4 > Al2(SO4)3 + 6H2O
Кислотныесвойства:
Al2O3 + 6KOH +3H2O >2K3[Al(OH)6]
2Al(OH)3+ 6KOH > K3[Al(OH)6]
Al2O3 + 2NaOH>2NaAlO2 + H2O
Алюминий получают электролитическим методом. Он не можетбыть выделен из водных растворов солей, т.к. является очень активным металлом.Поэтому основным промышленным методом получения металлического алюминияявляется электролиз расплава, содержащего оксид алюминия и криолит.
Металлический алюминий широко используется впромышленности, по объему производства занимает второе место после железа.Основная масса алюминия идет на изготовление сплавов:
Дуралюмин – сплав алюминия, содержащий медь и небольшоеколичество магния, марганца и других компонентов. Дуралюмины – легкие прочные икоррозионностойкие сплавы. Используют в авиа- и машиностроении.
Магналин – сплав алюминия с магнием. Используют в авиа- имашиностроении, в строительстве. Стоек к коррозии в морской воде, поэтому егоприменяют в судостроении. Силумин – сплав алюминия, содержащий кремний. Хорошо подвергаетсялитью. Этот сплав используют в автомобиле-, авиа- и машиностроении,производстве точных приборов. Алюминий – пластичный металл, поэтому из негоизготавливают тонкую фольгу, используемую в производстве радиотехническихизделий и для упаковки товаров. Из алюминия делают провода, краски «подсеребро».
Переходные металлы.
Железо.
Впериодической системе железо находится в четвертом периоде, в побочнойподгруппе VIII группы.
Порядковыйномер – 26, электронная формула 1s2 2s2 2p6 3d64s2.
Валентныеэлектроны у атома железа находятся на последнем электронном слое (4s2)и предпоследнем (3d6). В химических реакциях железо может отдаватьэти электроны и проявлять степени окисления +2, +3 и, иногда, +6.
Железо является вторым пораспространенности металлом в природе (после алюминия).Наиболее важныеприродные соединения: Fe2O3 · 3H2O – бурый железняк;Fe2O3– красный железняк;Fe3O4(FeO · Fe2O3) –магнитный железняк;FeS2 — железный колчедан (пирит).Соединенияжелеза входят в состав живых организмов.
Железо – серебристо серый металл,обладает большой ковкостью, пластичностью и сильными магнитными свойствами.Плотность железа – 7,87 г/см3, температура плавления 1539°С.
В промышленности железо получаютвосстановлением его из железных руд углеродом (коксом) и оксидом углерода (II)в доменных печах. Химизм доменного процесса следующий:
C + O2 = CO2,
CO2 + C = 2CO.
3Fe2O3+ CO = 2Fe3O4 + CO2,
Fe3O4+ CO = 3FeO + CO2,
FeO + CO = Fe + CO2.
В реакциях железо являетсявосстановителем. Однако при обычной температуре оно не взаимодействует даже ссамыми активными окислителями (галогенами, кислородом, серой), но принагревании становится активным и реагирует с ними:
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 Хлорид железа (III)
3Fe + 2O2 = Fe3O4(FeO· Fe2O3) Оксид железа (II,III)
Fe + S = FeS Сульфид железа (II)
При очень высокой температуре железореагирует с углеродом, кремнием и фосфором:
3Fe + C = Fe3C Карбид железа (цементит)
3Fe + Si = Fe3Si Силицид железа
3Fe + 2P = Fe3P2 Фосфид железа (II)
Во влажном воздухе железо быстроокисляется (корродирует):
4Fe + 3O2 + 6H2O= 4Fe(OH)3,
Железо находится в середине электрохимическогоряда напряжений металлов, поэтому является металлом средней активности.Восстановительная способность у железа меньше, чем у щелочных, щелочноземельныхметаллов и у алюминия. Только при высокой температуре раскаленное железореагирует с водой:
3Fe + 4H2O = Fe3O4+ 4H2
Железо реагирует с разбавленнымисерной и соляной кислотами, вытесняя из кислот водород:
Fe + 2HCl = FeCl2+ H2
Fe + H2SO4= FeSO4 + H2
При обычной температуре железо невзаимодействует с концентрированной серной кислотой, так как пассивируется ею.При нагревании концентрированная H2SO4 окисляет железо досульфита железа (III):
2Fe + 6H2SO4= Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O.
Разбавленная азотная кислота окисляетжелезо до нитрата железа (III):
Fe + 4HNO3 =Fe(NO3)3 + NO + 2H2O.
Концентрированная азотная кислотапассивирует железо.
Из растворов солей железо вытесняетметаллы, которые расположены правее его в электрохимическом ряду напряжений:
Fe + CuSO4 =FeSO4 + Cu, Fe0+ Cu2+ = Fe2+ + Cu0.
Оксид железа (II) FeO – черное кристаллическое вещество,нерастворимое в воде. Оксид железа (II) получают восстановлением оксидажелеза(II,III) оксидом углерода (II):
Fe3O4 + CO =3FeO + CO2.
Оксид железа (II) – основной оксид,легко реагирует с кислотами, при этом образуются соли железа(II):
FeO + 2HCl = FeCl2+ H2O, FeO + 2H+ = Fe2+ + H2O.
Гидроксид железа (II) Fe(OH)2 – порошок белого цвета, нерастворяется в воде. Получают его из солей железа (II) при взаимодействии их сощелочами:
FeSO4 + 2NaOH =Fe(OH)2? + Na2SO4,
Fe2+ + 2OH- =Fe(OH)2?.
Гидроксид железа (II) Fe(OH)2проявляет свойства основания, легко реагирует с кислотами:
Fe(OH)2 + 2HCl= FeCl2 + 2H2O,
Fe(OH)2 + 2H+ =Fe2+ + 2H2O.
При нагревании гидроксид железа (II)разлагается:
Fe(OH)2 = FeO + H2O.
Соединения со степенью окисленияжелеза +2 проявляют восстановительные свойства, так как Fe2+ легкоокисляются до Fe+3:
Fe+2 – 1e = Fe+3
Так, свежеполученный зеленоватыйосадок Fe(OH)2 на воздухе очень быстро изменяет окраску – буреет. Изменениеокраски объясняется окислением Fe(OH)2 в Fe(OH)3 кислородомвоздуха:
4Fe+2(OH)2+ O2 + 2H2O = 4Fe+3(OH)3.
Оксид железа (III) Fe2O3 – порошок бурого цвета, нерастворяется в воде. Оксид железа (III) получают:
А) разложением гидроксида железа(III):
2Fe(OH)3 = Fe2O3+ 3H2O
Б) окислением пирита (FeS2):
4Fe+2S2-1+ 11O20= 2Fe2+3O3 + 8S+4O2-2.
Оксид железа (III) проявляетамфотерные свойства:
А) взаимодействует с твердымищелочами NaOH и KOH и с карбонатами натрия и калия при высокой температуре:
Fe2O3+ 2NaOH = 2NaFeO2 + H2O,
Fe2O3+ 2OH- = 2FeO2- + H2O,
Fe2O3+ Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2.
Феррит натрия
Гидроксид железа (III) получают из солей железа (III) привзаимодействии их со щелочами:
FeCl3 + 3NaOH =Fe(OH)3? + 3NaCl,
Fe3+ + 3OH- =Fe(OH)3?.
Гидроксид железа (III) является болееслабым основанием, чем Fe(OH)2, и проявляет амфотерные свойства (спреобладанием основных). При взаимодействии с разбавленными кислотами Fe(OH)3легко образует соответствующие соли:
Fe(OH)3 + 3HCl « FeCl3 + H2O
2Fe(OH)3 + 3H2SO4« Fe2(SO4)3+ 6H2O
Fe(OH)3 + 3H+ « Fe3+ + 3H2O
Реакции с концентрированнымирастворами щелочей протекают лишь при длительном нагревании.
Соединения со степенью окисленияжелеза +3 проявляют окислительные свойства, так как под действиемвосстановителей Fe+3 превращается в Fe+2:
Fe+3 + 1e = Fe+2.
Так, например, хлорид железа (III)окисляет йодид калия до свободного йода:
2Fe+3Cl3+ 2KI = 2Fe+2Cl2 + 2KCl + I20
Хром.
Хром находится в побочной подгруппе VI группы Периодическойсистемы. Строение электронной оболочки хрома: Cr3d54s1.
Массовая доля хрома в земной коре составляет 0,02%.Важнейшими минералами, входящими в состав хромовых руд, являются хромит, илихромистый железняк, и его разновидности, в которых железо частично заменено намагний, а хром – на алюминий.
Хром – серебристо серый металл. Чистый хромдостаточно пластичный, а технический самый твердый из всех металлов.
Хромхимически малоактивен. В обычных условиях он реагирует только с фтором (изнеметаллов), образуя смесь фторидов. При высокихтемпературах (выше 600°C) взаимодействует с кислородом,галогенами, азотом, кремнием, бором, серой, фосфором:
4Cr + 3O2 –t°> 2Cr2O3
2Cr + 3Cl2 –t°> 2CrCl3
2Cr + N2 –t°> 2CrN
2Cr + 3S –t°> Cr2S3
В азотной и концентрированной серной кислотах онпассивирует, покрываясь защитной оксидной пленкой. В хлороводородной иразбавленной серной кислотах растворяется, при этом, если кислота полностьюосвобождена от растворенного кислорода, получаются соли хрома(II), а если реакция протекаетна воздухе – соли хрома (III):
Cr + 2HCl > CrCl2 + H2
2Cr + 6HCl + O2 > 2CrCl3 + 2H2O + H2
Оксидхрома (II) и гидроксид хрома (II) имеют основной характер.
Cr(OH)2 + 2HCl > CrCl2 + 2H2O
Соединенияхрома (II) — сильные восстановители;переходят в соединения хрома (III) под действием кислорода воздуха.
2CrCl2 + 2HCl > 2CrCl3 + H2
4Cr(OH)2 + O2 + 2H2O > 4Cr(OH)3
Соединения трёхвалентного хрома
Оксидхрома (III) Cr2O3 – зелёный, нерастворимый вводе порошок. Может быть получен при прокаливании гидроксида хрома (III) или дихроматов калия иаммония:
2Cr(OH)3 –t°> Cr2O3 + 3H2O
4K2Cr2O7 –t°> 2Cr2O3 + 4K2CrO4 + 3O2
(NH4)2Cr2O7 –t°> Cr2O3 + N2+ 4H2O
Амфотерныйоксид. При сплавлении Cr2O3 со щелочами, содой и кислыми солями получаютсясоединения хрома со степенью окисления (+3):
Cr2O3+ 2NaOH > 2NaCrO2 + H2O
Cr2O3+ Na2CO3 > 2NaCrO2 + CO2
Cr2O3+ 6KHSO4 > Cr2(SO4)3 + 3K2SO4+ 3H2O
Присплавлении со смесью щёлочи и окислителя получают соединения хрома в степениокисления (+6):
2Cr2O3 + 4KOH + KClO3 > 2K2Cr2O7(дихромат калия) + KCl + 2H2O
Гидроксидхрома (III) Cr(OH)3 — нерастворимое в воде вещество зелёного цвета.
Cr2(SO4)3+ 6NaOH >2Cr(OH)3? + 3Na2SO4
Обладаетамфотерными свойствами — растворяется как в кислотах, так и в щелочах:
2Cr(OH)3 + 3H2SO4> Cr2(SO4)3 + 6H2O
Cr(OH)3 + KOH >K[Cr(OH)4]
Оксидхрома (VI) CrO3 — ярко-красные кристаллы,растворимые в воде.
Получаютиз хромата (или дихромата) калия и H2SO4(конц.).
K2CrO4+ H2SO4 > CrO3 + K2SO4+ H2O
K2Cr2O7+ H2SO4 > 2CrO3 + K2SO4+ H2O
CrO3 — кислотный оксид, сощелочами образует жёлтые хроматы CrO42-:
CrO3 + 2KOH > K2CrO4 + H2O
Вкислой среде хроматы превращаются в оранжевые дихроматы Cr2O72-:
2K2CrO4 + H2SO4 > K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O
В щелочной среде эта реакцияпротекает в обратном направлении:
K2Cr2O7+ 2KOH > 2K2CrO4+ H2O
Всесоединения хрома (VI)- сильные окислители.
4CrO3 + 3S > 3SO2+ 2Cr2O3
Медь.
Медьнаходится в побочной подгруппе I группы Периодическойсистемы. Строение электронных оболочек атомов элементов этой подгруппывыражается формулой (n-1)d10ns1. Навнешнем энергетическом уровне атома находится один электрон, однако вобразовании хим. связей могут принимать участие и электроны с d-подуровняпредпоследнего уровня. Поэтому они могут проявлять степени окисления +1, +2,+3, для меди наиболее устойчивы соединения со степенью окисления +2.
Медь –мягкий пластичный металл, имеет розово-красную окраску. Обладает высокойэлектрической проводимостью.
Медь –химически малоактивный металл. С кислородом реагирует только при нагревании:
2Cu + O2 = 2CuO
Нереагирует с водой, растворами щелочей, хлороводородной и разбавленной сернойкислотами. Медь растворяется в кислотах, являющихся сильными окислителями:
3Cu + 8HNO3 (разб.) =3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Cu + 2H2SO4 (конц.)=CuSO4 + SO2 +2H2O
Во влажнойатмосфере, содержащей диоксид углерода, поверхность меди обычно покрываетсязеленоватым налетом основного карбоната меди:
2Cu + O2 + CO2 +H2O= Cu(OH)2 • CuCO3
Оксид меди(II) CuO – черное вещество, можетбыть получен из простых веществ или путем нагревания гидроксида меди (II):
Cu(OH)2 = CuO + H2O
Гидроксидмеди (II) представляет собой малорастворимое в водесоединение голубого цвета. Легко растворяется в кислотах и при нагревании вконцентрированных растворах щелочей, т.е. проявляет свойства амфотерногогидроксида:
Cu(OH)2 + H2SO4 =CuSO4 + 2H2O
Cu(OH)2 + 2KOH = K2[Cu(OH)4]
Основнаямасса производимой меди используется в электротехнической промышленности. Вбольших количествах медь идет на производство сплавов.
Цинк.
Цинкнаходится в побочной подгруппе II группы. Атомы элементовэтой подгруппы имеют следующую электронную оболочку: (n-1)s2p6d10ns2. Проявляютв соединениях степень окисления +2.
Цинк –серебристо-белый металл. Обладает хорошей электро- и теплопроводимостью. Навоздухе цинк покрывается защитной пленкой оксидов и гидроксидов, котораяослабляет его металлический блеск.
Цинк –химически активный металл. При нагревании легко взаимодействует с неметаллами(серой, хлором, кислородом):
2Zn + O2 = 2ZnO
Растворяетсяв разбавленных и концентрированных кислотах HCl, H2SO4, HNO3 и в водныхрастворах щелочей:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
4Zn + 10HNO3 = 4Zn(NO3)2+ NH4NO3 + 3H2O
Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4]+ H2
Оксид цинка– белое вещество, практически нерастворимое в воде. Оксид и гидроксид цинкаявляются амфотерными соединениями; они реагируют с кислотами и щелочами:
ZnO +2HCl = ZnCl2 + H2O
ZnO + 2KOH + H2O = K2[Zn(OH)4]
Гидроксидцинка растворяется в водном растворе аммиака, образуя комплексное соединение:
Zn(OH)2 + 6NH3 = [Zn(NH3)6](OH)2
Приполучение цинка его руды подвергают обжигу:
2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2
ZnCO3 = ZnO + CO2
Далее оксидцинка восстанавливают углем:
ZnO + C = Zn + CO
Дляполучения более чистого металла оксид цинка растворяют в серной кислоте ивыделяют электролизом.
Цинкиспользуют для производства сплавов. Цинком покрывают стальные и чугунныеизделия для защиты их от коррозии.
Понятие о сплавах.
Характернойособенностью металлов является их способность образовывать друг с другом или снеметаллами сплавы. Чтобы получить сплав, смесь металлов обычно подвергаютплавлению, а затем охлаждают с различной скоростью, которая определяетсяприродой компонентов и изменением характера их взаимодействия в зависимости оттемпературы. Иногда сплавы получают спеканием тонких порошков металлов, неприбегая к плавлению (порошковая металлургия). Итак сплавы — это продуктыхимического взаимодействия металлов.
Кристаллическаяструктура сплавов во многом подобна чистым металлам, которые, взаимодействуядруг с другом при плавлении и последующей кристаллизации, образуют: а)химические соединения, называемые интерметаллидами; б) твердые растворы; в)механическую смесь кристаллов компонентов.
Тот илииной тип взаимодействия определяется соотношением энергии взаимодействияразнородных и однородных частиц системы, то есть соотношением энергийвзаимодействия атомов в чистых металлах и сплавах.
Современнаятехника использует огромное число сплавов, причем в подавляющем большинстве случаевони состоят не из двух, а из трех, четырех и большего числа металлов.Интересно, что свойства сплавов часто резко отличаются от свойствиндивидуальных металлов, которыми они образованы. Так, сплав, содержащий 50%висмута, 25% свинца, 12,5% олова и 12,5% кадмия, плавится всего при 60,5градусах Цельсия, в то время как компоненты сплава имеют соответственнотемпературы плавления 271, 327, 232 и 321 градус Цельсия. Твердость оловяннойбронзы (90% меди и 10% олова) втрое больше, чем у чистой меди, а коэффициентлинейного расширения сплавов железа и никеля в 10 раз меньше, чем у чистыхкомпонентов.
Однаконекоторые примеси ухудшают качество металлов и сплавов. Известно, например, чточугун (сплав железа и углерода) не обладает той прочностью и твердостью, которыехарактерны для стали. Помимо углерода, на свойства стали влияют добавки серы ифосфора, увеличивающие ее хрупкость.
Средисвойств сплавов наиболее важными для практического применения являютсяжаропрочность, коррозионная стойкость, механическая прочность и др. Для авиациибольшое значение имеют легкие сплавы на основе магния, титана или алюминия, дляметаллообрабатывающей промышленности — специальные сплавы, содержащие вольфрам,кобальт, никель. В электронной технике применяют сплавы, основным компонентомкоторых является медь. Сверхмощные магниты удалось получить, используя продуктывзаимодействия кобальта, самария и других редкоземельных элементов, асверхпроводящие при низких температурах сплавы — на основе интерметаллидов,образуемых ниобием с оловом и др.
Не успели занять свои места, как вдруг неожиданно разгорелся между ними спор: кому тяжело живется в нынешних условиях, когда начался глобальный экономический кризис, а кому наоборот – созданы все условия для процветания.
Мистер Ли упорно начал доказывать, что он обладает высоким потенциалом восстановления и не боится экономического кризиса, что среди присутствующих ему равных нет. «Я создал фирму под названием «Oksid», так что могу поделиться своим опытом», – говорил оратор.
Такого поворота событий вряд ли кто из присутствующих ожидал. Все были возмущены поведением выскочки и хвастуна мистера Ли. В спор вмешался мистер На. Начал со слов, что его уважают не хуже мистера Ли, и он не позволит относиться к присутствующим неуважительно. «Замечу, что мой потенциал восстановления чуть больше, чем у некоторых “мистеров-премистеров”. У меня уже давно сложились с химическими элементами дружеские отношения. Чтобы не быть голословным, приведу пример. С господином Oxygenium мы создали корпорацию “Peroksid”».
Из зала были слышны выкрики мистера Кa: «А мы… А мы… с господином Oxygenium успели преумножить наши отношения и создали более солидную корпорацию – “Nadperoksid”, так что у меня больше шансов выйти из кризиса, чем у всяк…» Но тут, не дав договорить, его прервал мистер эр Би: «По- думайте только, какие они “oksidцы-рeroksidцы”…» Но и этот господин не успел закончить свою речь. В спор вмешались мистер Си эС и мистер эФ эР.
Обстановка в зале накалялась, ситуация обострилась, споры не затихали. У всех нервы были напряжены до предела, а сами спорщики докрасна накалены. Но никто из присутствующих не желал раздеться и даже сделать глоток воды, чтобы охладить пыл, т.к. все знали, чем это чревато для многих: кислород (О2) в воздухе, да еще и вода (H2O) в стакане – гиблое дело.
Председательствующий на семинаре, видя, что спор становится неуправляемым и вряд ли его можно остановить цивилизованным способом, взял себя в руки и громко крикнул: «Всем молчать. »
В зале установилась мертвая тишина. Даже можно было услышать полет мухи (если бы, конечно, она присутствовала в зале). У членов семинара отвисли челюсти от неожиданности. Все замерли в позах марионеток, т.е. застыли на своих местах. Председательствующий сам испугался ничуть не меньше остальных. Все ждали и думали: «Что же будет дальше. »
А произошло вот что…
«Господа! – начал председатель. – Мы собрались здесь не для того, чтобы корчить из себя знатоков и хвастаться, кто с кем и когда создал корпорации “Оksid”, “Peroksid” и “Nadperoksid”. Мы собрались не для того, чтобы устраивать дискуссии и кулачные бои, а для того, чтобы все как одна дружная семья оценили нынешнюю ситуацию в мире и подумали, как и чем можем помочь друг другу в создавшихся условиях. Это – раз. Во-вторых, мы с планеты ПСХЭ – Периодическая система химических элементов – четко и ясно должны понять: Вселенная под угрозой. Начался всемирный финансовый кризис. Стало трудно жить не только нам, но и людям с дружественной планеты Земля (на нашем с вами языке эта планета называется Tellus)! Многие оказываются безработными, выброшенными на улицу. Страдают не единичные богатые личности – финансовые олигархи, а рабочие – самый многочисленный класс. Наша цель – реально помочь тем людям, которые оказались ненужными “элементами”.
В-третьих, оглянитесь и посмотрите, на кого вы похожи. Забываете, где вы находитесь и где воспитывались… Ведете себя неадекватно. Как уличные беспризорники, готовы передрать друг другу глотку, из-за всякой…
Мы находимся не на заседании Госдумы РФ или Верховной Рады Украины… Мы – всемирно признанные и уважаемые элементы щелочных металлов: мистер Ли – это щелочной металл Li (литий), мистер На – Na (натрий), мистер Ка – K (калий), мистер эР Би – Rb (рубидий), мистер Си эС – Cs (цезий) и мистер эФ эР – Fr (франций). Все мы из Ia группы главной подгруппы таблицы Д.И.Менделеева! А раз так, всегда должны быть первыми, всегда вместе и всегда – главными! Мы должны быть на высоте! Мы – цивилизованные “люди”! Мы присутствуем в природе в разных соединениях. Многие элементы из нас необходимы человеку, чтобы удовлетворить его потребности, а не для извлечения прибыли некоторых индивидуумов.
Итак, сегодня нам спорить и устраивать драки никак нельзя! Время не ждет! Мы, щелочные металлы, как химические элементы, живущие в одном доме и в одном подъезде, хотя и на разных этажах, должны жить дружно. Наша сегодняшняя задача: имея самые активные восстановительные способности, стараться всячески помочь людям и поддерживать их в трудную минуту, восстанавливать их на прежних рабочих местах, чтобы им было всегда комфортно и уютно. Мы должны служить народу, повышать его благосостояние.
Мы знаем и о том, что новое качество, новое вещество образуется не путем механического приращения групп атомов. Оно появляется лишь в результате взаимодействия составных частей наших молекул и взаимного влияния наших атомов. Мы четко и ясно должны представлять и то, как, вооружившись имеющимися знаниями о веществах, направлять их в нужное русло: получать новые вещества, которых еще нет в природе или которые представлены в ограниченном количестве, раскрыть весь наш потенциал восстановления, нужный для развития народного хозяйства и для жизни на Земле.
Повторяю, что мы должны жить дружно не только в своей I группе, но и уметь налаживать дружественные отношения с человечеством, принося ему пользу во имя процветания и мира на планете Земля. Надо быть всегда в нужное время в нужном месте. »
Председательствующий оглядел зал и закончил речь словами, перефразируя немецкого поэта-сатирика Себастьяна Бранта:
«Алхимия примером не служит
Тому, как плутни с дурью дружат…»
Спорщикам-ораторам было стыдно за свои поступки. То краснея, то бледнея от сказанного, все начали тихо занимать свои места. Семинар начался …
* IUPAC – ИЮПАК, Международный союз теоретической и прикладной химии.
Внимание, только СЕГОДНЯ!
Одним из самых распространенных металлов в земной коре является железо. Применять его начали гораздо позже других металлов (меди, золота, цинка, свинца, олова) , что, скорее всего, объясняется малым сходством руды железа с металлом. Первобытным людям было очень трудно догадаться, что из руды можно получить металл, который успешно можно использовать при изготовлении различных предметов, сказалось отсутствие инструментов и необходимых приспособлений для организации такого процесса. До того времени, когда человек научился получать из руды железо и изготавливать из него сталь и чугун, прошло довольно длительное время.
На данный момент железные руды являются необходимым сырьем для черной металлургии, теми полезными ископаемыми, обходиться без которых не сможет ни одна развитая промышленная страна. За год мировая добыча железных руд составляет приблизительно 350 000 000 тонн. Используются они для выплавки железа (содержание углерода 0,2-0,4 %) , чугуна (2,5-4% углерода) , стали (2,5-1,5 % углерода) Сталь имеет наиболее широкое применение в промышленности, чем железо и чугун, поэтому и больше спрос на ее выплавку.
Для выплавки чугуна из железных руд используются домны, которые работают на каменном угле или коксе, переплавка стали и железа из чугуна происходит в отражательных мартеновских печах, бессемеровских конверторах или способом Томаса.
Черные металлы и их сплавы имеют огромное значение в жизни и развитии человеческого общества. Всевозможные предметы быта и широкого потребления изготавливаются из железа. Для строительства кораблей, самолетов, железнодорожного транспорта, автомобилей, мостов, железных дорог, различных зданий, оборудования и прочего, используются сотни миллионов тонн стали и чугуна. Не существует такой отрасли сельского хозяйства и промышленности, в которой бы не применялись железо и его различные сплавы.
Немногие часто встречающиеся в природе минералы, имеющие в своем составе железо, являются именно железной рудой. К таким минералам можно отнести: бурый железняк, гематит, магнетит, другие, образующие крупные месторождения и занимающие огромные площади.
Химическое отношение магнетита или магнитного железняка, имеющего железо-черный цвет и уникальное свойство – магнитность, представляет собой соединение, состоящее из окиси и закиси железа. В природной среде его можно встретить как в виде зернистых или сплошных масс, так и в виде хорошо сформированных кристаллов. Железная руда наиболее богата содержанием металлического железа магнетита (до 72%) .
Самые крупные в нашей стране месторождения магнетитовых руд находятся на Урале, в горах Высокая, Благодать, Магнитная, в некоторых районах Сибири – бассейне реки Ангара, Горной Шории, на территории Кольского полуострова.
За последнее время в Казахстане были разведаны и открыты довольно крупные месторождения, имеющие богатые магнетитовые руды (Кустанайская область) : Качканарское, Соколовско-Сарбайское и многие другие.
В большом семиэтажном доме, в подъезде щелочных металлов, на втором этаже жил Литий – самый легкий и беззаботный металл. Он, как и все щелочные металлы, очень активно взаимодействовал с Кислородом, неметаллами, Водородом и Водой. Как и все, защищался от Кислорода, но носил не керосиновую, а вазелиновую шубу, так как был очень легким и всплывал в керосине. Но все же Литий не был во всех отношениях похожим на своих собратьев: он был добр, щедр и прост. Он с охотой отдавал свои электроны и Кислороду, и Азоту, и многим другим элементам. Из-за этих-то особенностей Литий страдал, так как другие щелочные металлы, особенно такие хитрые как Калий и Натрий, не давали ему прохода. Дело было в том, что когда щелочные металлы горели в кислороде, каждые два их атома отдавали одной молекуле Кислорода два своих электрона – каждому атому по одному. Остальные электроны они припрятывали до поры до времени. Литий же был честен – отдавал молекуле Кислорода в два раза больше электронов, чем остальные металлы: на четыре атома Лития – четыре электрона. Да и с Азотом Литий взаимодействовал спокойно, при обычной температуре, не то что другие – при нагревании. И решили Натрий и Калий допытаться у Лития: почему он так поступает? Нет ли в его поведении каких-либо скрытых выгод? Спрашивает Натрий:”Почему ты, брат Литий, все свои электроны Кислороду отдаешь? Не лучше ли делать так, как мы?” Отвечал Литий:”Я всегда рад помочь другим, не то что вы – жадничаете. Я рад, что в моем оксиде Кислород имеет свою обычную степень окисления -2, не то что -1 в ваших странных, ни на что не похожих пероксидах” Сказал так и ушел восвояси. Долго стояли Натрий и Калий в раздумье, но так ничего и не поняли. И сейчас с Кислородом продолжают пероксиды образовывать.
Века человечества нередко определяют по основным материалом, который использовался для изготовления самых разнообразных вещей. Так, был каменный век, когда все было из камня, был бронзовый век, когда все необходимые в хозяйстве вещи ковали из бронзы. На смену им пришел век железный, в котором мы живем и до сих пор.
Сейчас металл остается одним из основных материалов, используемых человечеством. Однако его постепенно вытесняют искусственные материалы — пластмассы. Еще долго мы не сможем обходиться без железа, ведь трубы, железнодорожные пути, оборудование фабрик и заводов до сих пор делаются металлическими.
Есть у металлов и другая роль: они украшают нашу жизнь. Мастера-кузнецы умеют сделать так, что металлический предмет становится похожим на камень или даже дерево. С такого художественно обработанного металла изготавливают разнообразные решетки, осветительные приборы, декоративная посуда.
В мире существует и металл-лінюх, который не умеет работать. Это золото. Конечно, без него обойтись нельзя, но ведь и серп из золота вику.
Наши предки считали, что весь процесс изготовления металлических вещей является волшебством. Сначала металл добывают из земли в виде руды, затем плавят руду, а дальше уже куют расплавленный металл. Как бы не совершенствовался мир, все будет идти именно так: руда, расплав, металл. И металлический предмет будет манить нас, напоминая о вечном чудо человеческого труда.
Одним из самых распространенных металлов в земной коре является железо. применять его начали гораздо позже других металлов (меди, золота, цинка, свинца, олова) , что, скорее всего, объясняется малым сходством руды железа с металлом. первобытным людям было трудно догадаться, что из руды можно получить металл, который успешно можно использовать при изготовлении различных предметов, сказалось отсутствие инструментов и необходимых приспособлений для организации такого процесса. до того времени, когда человек научился получать из руды железо и изготавливать из него сталь и чугун, прошло довольно длительное время. на данный момент железные руды являются необходимым сырьем для черной металлургии, теми полезными ископаемыми, обходиться без которых не сможет ни одна развитая промышленная страна. за год мировая добыча железных руд составляет приблизительно 350 000 000 тонн. используются они для выплавки железа (содержание углерода 0,2-0,4 %), чугуна (2,5-4% углерода) , стали (2,5-1,5 % углерода) сталь имеет наиболее широкое применение в промышленности, чем железо и чугун, поэтому и больше спрос на ее выплавку. для выплавки чугуна из железных руд используются домны, которые работают на каменном угле или коксе, переплавка стали и железа из чугуна происходит в отражательных мартеновских печах, бессемеровских конверторах или способом томаса. черные металлы и их сплавы имеют огромное значение в жизни и развитии человеческого общества. всевозможные предметы быта и широкого потребления изготавливаются из железа. для строительства кораблей, самолетов, железнодорожного транспорта, автомобилей, мостов, железных дорог, различных зданий, оборудования и прочего, используются сотни миллионов тонн стали и чугуна. не существует такой отрасли сельского хозяйства и промышленности, в которой бы не применялись железо и его различные сплавы. немногие часто встречающиеся в природе минералы, имеющие в своем составе железо, являются именно железной рудой. к таким минералам можно отнести: бурый железняк, гематит, магнетит, другие, образующие крупные месторождения и занимающие огромные площади. отношение магнетита или магнитного железняка, имеющего железо-черный цвет и уникальное свойство – магнитность, представляет собой соединение, состоящее из окиси и закиси железа. в природной среде его можно встретить как в виде зернистых или сплошных масс, так и в виде хорошо сформированных кристаллов. железная руда наиболее богата содержанием металлического железа магнетита (до 72%). самые крупные в нашей стране месторождения магнетитовых руд находятся на урале, в горах высокая, благодать, магнитная, в некоторых районах сибири – бассейне реки ангара, горной шории, на территории кольского полуострова. за последнее время в казахстане были разведаны и открыты довольно крупные месторождения, имеющие богатые магнетитовые руды (кустанайская область) : качканарское, соколовско-сарбайское и многие другие.
В большом семиэтажном доме, в подъезде щелочных металлов, на втором этаже жил Литий – самый легкий и беззаботный металл. Он, как и все щелочные металлы, очень активно взаимодействовал с Кислородом, неметаллами, Водородом и Водой. Как и все, защищался от Кислорода, но носил не керосиновую, а вазелиновую шубу, так как был очень легким и всплывал в керосине. Но все же Литий не был во всех отношениях похожим на своих собратьев: он был добр, щедр и прост. Он с охотой отдавал свои электроны и Кислороду, и Азоту, и многим другим элементам. Из-за этих-то особенностей Литий страдал, так как другие щелочные металлы, особенно такие хитрые как Калий и Натрий, не давали ему прохода. Дело было в том, что когда щелочные металлы горели в кислороде, каждые два их атома отдавали одной молекуле Кислорода два своих электрона – каждому атому по одному. Остальные электроны они припрятывали до поры до времени. Литий же был честен – отдавал молекуле Кислорода в два раза больше электронов, чем остальные металлы: на четыре атома Лития – четыре электрона. Да и с Азотом Литий взаимодействовал спокойно, при обычной температуре, не то что другие – при нагревании. И решили Натрий и Калий допытаться у Лития: почему он так поступает? Нет ли в его поведении каких-либо скрытых выгод? Спрашивает Натрий:”Почему ты, брат Литий, все свои электроны Кислороду отдаешь? Не лучше ли делать так, как мы?” Отвечал Литий:”Я всегда рад помочь другим, не то что вы – жадничаете. Я рад, что в моем оксиде Кислород имеет свою обычную степень окисления – 2, не то что – 1 в ваших странных, ни на что не похожих пероксидах” Сказал так и ушел восвояси. Долго стояли Натрий и Калий в раздумье, но так ничего и не поняли. И сейчас с Кислородом продолжают пероксиды образовывать.
Одним из самых распространенных металлов в земной коре является железо. Применять его начали гораздо позже других металлов (меди, золота, цинка, свинца, олова) , что, скорее всего, объясняется малым сходством руды железа с металлом. Первобытным людям было очень трудно догадаться, что из руды можно получить металл, который успешно можно использовать при изготовлении различных предметов, сказалось отсутствие инструментов и необходимых приспособлений для организации такого процесса. До того времени, когда человек научился получать из руды железо и изготавливать из него сталь и чугун, прошло довольно длительное время.
На данный момент железные руды являются необходимым сырьем для черной металлургии, теми полезными ископаемыми, обходиться без которых не сможет ни одна развитая промышленная страна. За год мировая добыча железных руд составляет приблизительно 350 000 000 тонн. Используются они для выплавки железа (содержание углерода 0,2-0,4 %), чугуна (2,5-4% углерода) , стали (2,5-1,5 % углерода) Сталь имеет наиболее широкое применение в промышленности, чем железо и чугун, поэтому и больше спрос на ее выплавку.
Для выплавки чугуна из железных руд используются домны, которые работают на каменном угле или коксе, переплавка стали и железа из чугуна происходит в отражательных мартеновских печах, бессемеровских конверторах или способом Томаса.
Черные металлы и их сплавы имеют огромное значение в жизни и развитии человеческого общества. Всевозможные предметы быта и широкого потребления изготавливаются из железа. Для строительства кораблей, самолетов, железнодорожного транспорта, автомобилей, мостов, железных дорог, различных зданий, оборудования и прочего, используются сотни миллионов тонн стали и чугуна. Не существует такой отрасли сельского хозяйства и промышленности, в которой бы не применялись железо и его различные сплавы.
Немногие часто встречающиеся в природе минералы, имеющие в своем составе железо, являются именно железной рудой. К таким минералам можно отнести: бурый железняк, гематит, магнетит, другие, образующие крупные месторождения и занимающие огромные площади.
Химическое отношение магнетита или магнитного железняка, имеющего железо-черный цвет и уникальное свойство – магнитность, представляет собой соединение, состоящее из окиси и закиси железа. В природной среде его можно встретить как в виде зернистых или сплошных масс, так и в виде хорошо сформированных кристаллов. Железная руда наиболее богата содержанием металлического железа магнетита (до 72%).
Самые крупные в нашей стране месторождения магнетитовых руд находятся на Урале, в горах Высокая, Благодать, Магнитная, в некоторых районах Сибири – бассейне реки Ангара, Горной Шории, на территории Кольского полуострова.
За последнее время в Казахстане были разведаны и открыты довольно крупные месторождения, имеющие богатые магнетитовые руды (Кустанайская область) : Качканарское, Соколовско-Сарбайское и многие другие.