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금속과 비금속의 상호 작용. 금속의 화학적 성질

금속은 양성 산화 상태를 갖는 활성 환원제입니다. 화학적 특성으로 인해 금속은 산업, 야금, 의학 및 건설 분야에서 널리 사용됩니다.

금속 활동

반응에서 금속 원자는 원자가 전자를 포기하고 산화됩니다. 금속 원자의 에너지 준위가 높고 전자 수가 적을수록 전자를 포기하고 반응하기가 더 쉽습니다. 따라서 주기율표에서 금속의 성질은 위에서 아래로, 오른쪽에서 왼쪽으로 증가합니다.

쌀. 1. 주기율표의 금속 특성 변화.

단순 물질의 활성은 금속의 전기화학적 전압 계열로 표시됩니다. 수소의 왼쪽에는 활성 금속(왼쪽으로 갈수록 활성이 증가함)이 있고 오른쪽에는 비활성 금속이 있습니다.

가장 큰 활성은 주기율표 I족에 속하고 전기화학적 전압 계열에서 수소 왼쪽에 있는 알칼리 금속에서 나타납니다. 그들은 이미 실온에서 많은 물질과 반응합니다. 그 다음에는 그룹 II에 포함되는 알칼리 토금속이옵니다. 가열되면 대부분의 물질과 반응합니다. 알루미늄에서 수소(중간 활성)까지 전기화학 계열의 금속은 반응을 시작하기 위해 추가 조건이 필요합니다.

쌀. 2. 금속의 전기화학적 전압 계열.

일부 금속은 양쪽성 특성 또는 이중성을 나타냅니다. 금속, 그 산화물 및 수산화물은 산 및 염기와 반응합니다. 대부분의 금속은 특정 산과만 반응하여 수소를 대체하고 염을 형성합니다. 가장 뚜렷한 이중 특성은 다음과 같습니다.

  • 알류미늄;
  • 선두;
  • 아연;
  • 철;
  • 구리;
  • 베릴륨;
  • 크롬.

각 금속은 전기화학적 계열에서 염의 오른쪽에 있는 다른 금속을 대체할 수 있습니다. 수소 왼쪽에 있는 금속은 묽은 산에서 수소를 대체합니다.

속성

금속과 다른 물질의 상호 작용의 특징은 금속의 화학적 특성 표에 나와 있습니다.

반응

특징

방정식

산소로

대부분의 금속은 산화막을 형성합니다. 알칼리 금속은 산소가 있으면 자연 발화합니다. 이 경우 나트륨은 과산화물(Na 2 O 2)을 형성하고, I족의 나머지 금속은 초과산화물(RO 2)을 형성합니다. 가열되면 알칼리 토금속은 자연 발화하는 반면 중간 활성의 금속은 산화됩니다. 금과 백금은 산소와 상호작용하지 않습니다.

4Li+O2→2Li2O;

2Na + O 2 → Na 2 O 2 ;

K + O 2 → KO 2 ;

4Al + 3O2 → 2Al2O3;

2Cu + O 2 → 2CuO

수소와 함께

실온에서는 알칼리성 화합물이 반응하고, 가열하면 알칼리토류 화합물이 반응합니다. 베릴륨은 반응하지 않습니다. 마그네슘은 추가로 고혈압을 필요로 합니다.

Sr + H 2 → SrH 2 ;

2Na + H 2 → 2NaH;

Mg + H 2 → MgH 2

활성 금속만 해당됩니다. 리튬은 실온에서 반응합니다. 기타 금속 - 가열 시

6Li + N 2 → 2Li 3 N;

3Ca + N 2 → Ca 3 N 2

카본으로

리튬과 나트륨, 나머지 - 가열시

4Al + 3C → Al 3 C4;

2Li+2C → Li 2 C 2

금과 백금은 상호작용하지 않습니다

2K + S → K 2 S;

Fe + S → FeS;

Zn + S → ZnS

인 함유

가열하면

3Ca + 2P → Ca 3 P 2

할로겐 포함

저활성 금속만 반응하지 않습니다. 구리 - 가열되면 반응하지 않습니다.

Cu + Cl 2 → CuCl 2

알칼리 및 일부 알칼리 토금속. 가열되면 산성 또는 알칼리성 조건에서 중간 활성의 금속이 반응합니다.

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2;

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2;

Pb + H 2 O → PbO + H 2

산으로

수소 왼쪽에 있는 금속. 구리는 농축된 산에 용해됩니다.

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + 2H 2 ;

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2;

Cu + 2H 2 SO 4 → CuSO 4 + SO 2 +2H 2 O

알칼리 함유

양쪽성 금속만

2Al + 2KOH + 6H2O → 2K + 3H2

반응성 금속은 반응성이 덜한 금속을 대체합니다.

3Na + AlCl 3 → 3NaCl + Al

금속은 서로 상호작용하여 금속간 화합물(3Cu + Au → Cu 3 Au, 2Na + Sb → Na 2 Sb)을 형성합니다.

애플리케이션

금속의 일반적인 화학적 특성은 합금, 세제를 만드는 데 사용되며 촉매 반응에 사용됩니다. 금속은 배터리, 전자 제품 및 지지 구조물에 존재합니다.

주요 적용 분야가 표에 나열되어 있습니다.

쌀. 3. 비스무트.

우리는 무엇을 배웠나요?

9학년 화학 수업에서 우리는 금속의 기본적인 화학적 성질에 대해 배웠습니다. 단순하고 복잡한 물질과 상호작용하는 능력이 금속의 활성을 결정합니다. 금속의 활성이 높을수록 정상적인 조건에서 더 쉽게 반응합니다. 활성 금속은 할로겐, 비금속, 물, 산 및 염분과 반응합니다. 양쪽성 금속은 알칼리와 반응합니다. 저활성 금속은 물, 할로겐 및 대부분의 비금속과 반응하지 않습니다. 적용분야를 간략하게 살펴보았습니다. 금속은 의학, 산업, 야금, 전자공학에 사용됩니다.

주제에 대한 테스트

보고서 평가

평균 평점: 4.4. 받은 총 평가: 70.

금속의 화학적 성질

화학적 성질에 따라 금속은 다음과 같이 분류됩니다.

1 )활동적인 (알칼리, 알칼리 토금속, Mg, Al, Zn 등)

2) 금속평균 활동 (Fe, Cr, Mn 등) ;

3 )낮은 활성 (Cu, Ag)

4) 귀금속 – Au, Pt, Pd 등

반응에는 환원제만 존재합니다. 금속 원자는 쉽게 외부(및 일부는 외부) 전자층에서 전자를 포기하여 양이온으로 변합니다. Me의 가능한 산화 상태 최저 0,+1,+2,+3 최고 +4,+5,+6,+7,+8

1. 비금속과의 상호작용

1. 수소와 함께

베릴륨을 제외한 IA족과 IIA족의 금속은 가열되면 반응합니다. 고체 불안정 물질인 수소화물이 형성되고, 다른 금속은 반응하지 않습니다.

2K + H₂ = 2KH(수소칼륨)

Ca + H2 = CaH2

2. 산소와 함께

금과 백금을 제외한 모든 금속은 반응합니다. 은과의 반응은 고온에서 일어나지만, 열적으로 불안정하기 때문에 산화은(II)이 실질적으로 형성되지 않습니다. 정상적인 조건에서 알칼리 금속은 산화물, 과산화물, 과산화물(리튬-산화물, 나트륨-과산화물, 칼륨, 세슘, 루비듐-과산화물)을 형성합니다.

4Li + O2 = 2Li2O(산화물)

2Na + O2 = Na2O2(과산화물)

K+O2=KO2(초산화물)

정상적인 조건에서 주요 하위 그룹의 나머지 금속은 그룹 번호 2Ca+O2=2CaO와 동일한 산화 상태를 갖는 산화물을 형성합니다.

2Ca+O2=2CaO

2차 하위 그룹의 금속은 정상적인 조건에서 산화물을 형성하고 가열되면 다양한 산화 정도의 산화물과 철-철 규모 Fe3O4(Fe⁺²O∙Fe2⁺³O3)를 형성합니다.

3Fe + 2O2 = Fe3O4

4Cu + O₂ = 2Cu₂⁺²O(빨간색) 2Cu + O₂ = 2Cu⁺²O(검은색);

2Zn + O₂ = ZnO 4Cr + 3O2 = 2Cr2O3

3. 할로겐 사용

할로겐화물(불화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물). 알칼리성 물질은 F, Cl, Br과 함께 정상적인 조건에서 발화합니다.

2Na + Cl2 = 2NaCl(염화물)

알칼리토류와 알루미늄은 정상적인 조건에서 반응합니다.

와 함께a+Cl2=와 함께aCl2

2Al+3Cl2 = 2AlCl3

고온에서 2차 하위 그룹의 금속

Cu + Cl₂ = Cu⁺²Cl₂ Zn + Cl₂ = ZnCl₂

2Fe + 3С12 = 2Fe⁺³Cl3 염화제2철(+3) 2Cr + 3Br2 = 2Cr⁺³Br3

2Cu + I² = 2Cu⁺¹I(요오드화동(+2)은 없습니다!)

4. 황과의 상호작용

가열하면 알칼리 금속이라도 정상적인 조건에서는 수은과 함께 가열됩니다. 금과 백금을 제외한 모든 금속은 반응합니다.

와 함께회색 – 황화물: 2K + S = K2S 2Li+S = Li2S (황화물)

와 함께a+S=와 함께처럼(황화물) 2Al+3S = Al2S3 Cu + S = Cu⁺²S (검은색)

Zn + S = ZnS 2Cr + 3S = Cr2⁺³S3 Fe + S = Fe⁺²S

5. 인과 질소와의 상호작용

가열하면 발생합니다(예외: 일반 조건에서 질소가 포함된 리튬).

인 – 인화물: 3칼슘 + 2 피=Ca3피2,

질소 - 질화물 포함 6Li + N2 = 3Li2N (질화리튬) (ns.) 3Mg + N2 = Mg3N2 (질화마그네슘) 2Al + N2 = 2A1N 2Cr + N2 = 2CrN 3Fe + N2 = Fe₃⁺²N²́³

6. 탄소와 실리콘과의 상호작용

가열되면 발생합니다.

탄화물은 탄소와 함께 형성됩니다. 가장 활동적인 금속만이 탄소와 반응합니다. 알칼리 금속에서 탄화물은 리튬을 형성하고 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘은 탄소와 상호 작용하지 않습니다.

2Li + 2C = Li2C2, Ca + 2C = CaC2

금속 - d-원소는 고용체(WC, ZnC, TiC)와 같이 탄소와 비화학양론적 구성의 화합물을 형성하며 초경강을 생산하는 데 사용됩니다.

실리콘 – 규화물: 4Cs + Si = Cs4Si,

7. 금속과 물의 상호작용:

전기화학적 전압 시리즈에서 수소 앞에 오는 금속은 물과 반응합니다. 알칼리 및 알칼리 토금속은 가열하지 않고 물과 반응하여 가열 시 가용성 수산화물(알칼리)과 수소, 알루미늄(산화막 파괴 후 - 합병), 마그네슘을 형성합니다. 불용성 염기와 수소를 형성합니다.

2Na + 2HOH = 2NaOH + H2
와 함께a + 2HOH = Ca(OH)2 + H2

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2

다른 금속은 뜨거운 상태에서만 물과 반응하여 산화물(철-철 스케일)을 형성합니다.

Zn + H2O = ZnO + H2 3Fe + 4HOH = Fe3O4 + 4H2 2Cr + 3H2O = Cr2O₃ + 3H2

8 산소와 물 포함

공기 중에서 철과 크롬은 수분이 있으면 쉽게 산화됩니다(녹슬음).

4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3

4Cr + 3O2 + 6H2O = 4Cr(OH)3

9. 금속과 산화물의 상호작용

금속(Al, Mg, Ca), 고온에서 비금속 또는 덜 활성인 금속을 산화물로부터 환원 → 비금속 또는 저활성 금속 및 산화물(칼슘열온, 마그네슘열, 알루미노열)

2Al + Cr2O3 = 2Cr + Al2O3 ZCa + Cr2O₃ = ZCaO + 2Cr (800 °C) 8Al+3Fe3O4 = 4Al2O3+9Fe (테르밋) 2Mg + CO2 = 2MgO + C Mg + N2O = MgO + N2 Zn + CO2 = ZnO+ CO 2Cu + 2NO = 2CuO + N2 3Zn + SO2 = ZnS + 2ZnO

10. 산화물 포함

금속 철과 크롬은 산화물과 반응하여 산화 상태를 감소시킵니다.

Cr + Cr2⁺³O3 = 3Cr⁺²O Fe+ Fe2⁺³O3 = 3Fe⁺²O

11. 금속과 알칼리의 상호작용

산화물과 수산화물이 양쪽성 특성을 갖는 금속만이 알칼리(Zn, Al, Cr(III), Fe(III) 등)와 상호작용합니다. MELT → 금속염 + 수소.

2NaOH + Zn → Na2ZnO2 + H2(아연산나트륨)

2Al + 2(NaOH·H2O) = 2NaAlO2 + 3H2
용액 → 복합금속염 + 수소.

2NaOH + ZnO + 2H2O = Na2 + H2(사산화아연산나트륨) 2Al+2NaOH + 6H2O = 2Na+3H2

12. 산과의 상호작용(HNO3 및 H2SO4 제외(농축)

금속의 전기화학적 전압 계열에서 수소의 왼쪽에 있는 금속은 묽은 산 → 염 및 수소를 대체합니다.

기억하다! 질산은 금속과 상호작용할 때 결코 수소를 방출하지 않습니다.

Mg + 2HC1 = MgCl2 + H2
Al + 2HC1 = Al⁺³Сl₃ + H2

13. 소금과의 반응

활성 금속은 염분에서 덜 활성인 금속을 대체합니다. 솔루션에서 복구:

CuSO4 + Zn = ZnSO4 + Cu

FeSO4 + 구리 =반응아니요

Mg + CuCl2(pp) = MgCl2 +와 함께유

용융염에서 금속 회수

3Na+ AlCl₃ = 3NaCl + Al

TiCl2 + 2Mg = MgCl2 +Ti

B족 금속은 염과 반응하여 산화 상태를 낮춥니다.

2Fe⁺³Cl3 + Fe = 3Fe⁺²Cl2

금속은 주기율표의 왼쪽 아래 모서리를 차지합니다. 금속은 s-원소, d-원소, f-원소 및 부분적으로 p-원소 계열에 속합니다.

금속의 가장 일반적인 특성은 전자를 제공하고 양전하를 띤 이온이 되는 능력입니다. 더욱이, 금속은 양성 산화 상태만을 나타낼 수 있습니다.

나 - 네 = 나 n +

1. 금속과 비금속의 상호 작용.

ㅏ ) 금속과 수소의 상호 작용.

알칼리 및 알칼리 토금속은 수소와 직접 반응하여 수소화물을 형성합니다.

예를 들어:

Ca + H 2 = CaH 2

이온 결정 구조를 갖는 비화학양론적 화합물이 형성됩니다.

b) 금속과 산소의 상호작용.

Au, Ag, Pt를 제외한 모든 금속은 대기 산소에 의해 산화됩니다.

예:

2Na + O 2 = Na 2 O 2 (과산화물)

4K + O 2 = 2K 2 O

2Mg + O2 = 2MgO

2Cu + O 2 = 2CuO

c) 금속과 할로겐의 상호작용.

모든 금속은 할로겐과 반응하여 할로겐화물을 형성합니다.

예:

2Al + 3Br2 = 2AlBr3

이들은 주로 이온성 화합물입니다: MeHal n

d) 금속과 질소의 상호작용.

알칼리 및 알칼리 토금속은 질소와 상호 작용합니다.

예:

3Ca + N2 = Ca3N2

Mg + N 2 = Mg 3 N 2 - 질화물.

e) 금속과 탄소의 상호작용.

금속과 탄소의 화합물 - 탄화물. 이는 용융물과 탄소의 상호 작용에 의해 형성됩니다. 활성 금속은 탄소와 화학양론적 화합물을 형성합니다.

4Al + 3C = Al 4 C 3

금속 - d-원소는 고용체(WC, ZnC, TiC)와 같은 비화학양론적 구성의 화합물을 형성하며 초경강을 생산하는 데 사용됩니다.

2. 금속과 물의 상호 작용.

물의 산화환원 전위보다 더 음의 전위를 갖는 금속은 물과 반응합니다.

활성 금속은 물과 더 적극적으로 반응하여 물을 분해하고 수소를 방출합니다.

Na + 2H2O = H2 + 2NaOH

덜 활동적인 금속은 물을 천천히 분해하고 불용성 물질의 형성으로 인해 과정이 느려집니다.

3. 금속과 염 용액의 상호 작용.

이 반응은 반응하는 금속이 염의 금속보다 더 활성인 경우에 가능합니다.

Zn + CuSO 4 = Cu 0 ↓ + ZnSO 4

0.76V., = + 0.34V.

더 음이거나 더 적은 양의 표준 전극 전위를 갖는 금속은 염 용액에서 다른 금속을 대체합니다.

4. 금속과 알칼리 용액의 상호 작용.

양쪽성 수산화물을 생성하거나 강한 산화제 존재 시 높은 산화 상태를 갖는 금속은 알칼리와 반응할 수 있습니다. 금속이 알칼리 용액과 상호작용할 때 산화제는 물입니다.

예:

Zn + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2


1 Zn 0 + 4OH - - 2e = 2- 산화

Zn 0 - 환원제

1 2H 2 O + 2e = H 2 + 2OH - 환원

H 2 O - 산화제

Zn + 4OH - + 2H 2 O = 2- + 2OH - + H 2

산화 상태가 높은 금속은 융합 중에 알칼리와 상호 작용할 수 있습니다.

4Nb +5O 2 +12KOH = 4K 3 NbO 4 + 6H 2 O

5. 금속과 산의 상호 작용.

이는 복잡한 반응이며, 반응 생성물은 금속의 활성, 산의 종류와 농도, 온도에 따라 달라집니다.

활성도에 따라 금속은 일반적으로 활성, 중간 활성, 낮은 활성으로 구분됩니다.

산은 일반적으로 두 그룹으로 나뉩니다.

그룹 I - 산화 능력이 낮은 산: HCl, HI, HBr, H 2 SO 4 (희석), H 3 PO 4, H 2 S, 여기서 산화제는 H +입니다. 금속과 상호작용하면 산소(H 2 )가 방출됩니다. 음극 전위를 갖는 금속은 첫 번째 그룹의 산과 반응합니다.

그룹 II - 산화 능력이 높은 산: ​​H 2 SO 4 (농도), HNO 3 (희석), HNO 3 (농도). 이러한 산에서 산화제는 산 음이온입니다. 음이온 환원 생성물은 매우 다양할 수 있으며 금속의 활성에 따라 달라집니다.

H 2 S - 활성 금속 포함

H 2 SO 4 +6е S 0 ↓ - 중간 활성 금속 포함

SO 2 - 저활성 금속 포함

NH 3 (NH 4 NO 3) - 활성 금속 포함

HNO 3 +4.5e N 2 O, N 2 - 중간 활성 금속 함유

NO - 저활성 금속 사용

HNO 3 (농축) - NO 2 - 모든 활성 금속 포함.

금속의 원자가가 가변적이면 I족 산의 경우 금속은 더 낮은 양의 산화 상태(Fe → Fe 2+, Cr → Cr 2+)를 얻습니다. II족 산과 상호작용할 때 산화 상태는 +3: Fe → Fe 3+, Cr → Cr 3+이며 수소는 절대 방출되지 않습니다.

강산 용액의 일부 금속(Fe, Cr, Al, Ti, Ni 등)은 산화되면 조밀한 산화막으로 덮여 금속이 더 이상 용해(부동태화)되지 않도록 보호하지만 가열하면 산화물 필름이 용해되고 반응이 진행됩니다.

양극 전위가 있는 약간 용해되는 금속은 강한 산화제가 있는 경우 I족 산에 용해될 수 있습니다.

금속은 가장 단순한 물질의 형태로 제공되는 원소 그룹을 의미합니다. 그들은 높은 전기 및 열 전도성, 양의 온도 저항 계수, 높은 연성 및 금속 광택과 같은 특징적인 특성을 가지고 있습니다.

지금까지 발견된 118개의 화학 원소 중 다음은 금속으로 분류되어야 합니다.

  • 알칼리 토금속 그룹에는 6개의 원소가 있습니다.
  • 알칼리 금속 중에는 6개의 원소가 있습니다.
  • 전이금속 중 38;
  • 경금속 그룹 11;
  • 반금속에는 7개의 원소가 있는데,
  • 란타넘족과 란타늄 중에서 14개,
  • 악티니드와 말미잘 그룹의 14개,
  • 베릴륨과 마그네슘은 정의에서 벗어납니다.

이를 바탕으로 96개의 원소가 금속으로 분류됩니다. 금속이 어떤 반응을하는지 자세히 살펴 보겠습니다. 대부분의 금속은 외부 전자 수준에서 1에서 3까지의 적은 수의 전자를 가지고 있기 때문에 대부분의 반응에서 환원제 역할을 할 수 있습니다(즉, 전자를 다른 원소에 포기합니다).

가장 단순한 요소와의 반응

  • 금과 백금을 제외한 모든 금속은 산소와 반응합니다. 또한 고온에서는 은과 반응이 일어나지만 상온에서는 산화은(II)이 형성되지 않는다는 점에 유의하십시오. 금속의 특성에 따라 산소와의 반응으로 산화물, 과산화물 및 과산화물이 형성됩니다.

각 화학 교육의 예는 다음과 같습니다.

  1. 산화리튬 – 4Li+O 2 =2Li 2 O;
  2. 과산화물 칼륨 – K+O 2 =KO 2;
  3. 과산화나트륨 – 2Na+O 2 =Na 2 O 2.

과산화물로부터 산화물을 얻기 위해서는 동일한 금속으로 환원시켜야 한다. 예를 들어, Na 2 O 2 +2Na=2Na 2 O. 저활성 및 중간 활성 금속의 경우 가열할 때만 유사한 반응이 발생합니다(예: 3Fe+2O 2 =Fe 3 O 4).

  • 금속은 활성 금속과 함께 질소와만 반응할 수 있지만 실온에서는 리튬만 반응하여 질화물을 형성할 수 있습니다. - 6Li+N 2 = 2Li 3 N. 그러나 가열하면 다음과 같은 화학 반응이 발생합니다: 2Al+N 2 = 2AlN, 3Ca+N2=Ca3N2.
  • 금과 백금을 제외한 모든 금속은 산소와 마찬가지로 황과 반응합니다. 철은 황과 가열될 때만 반응하여 황화물을 형성할 수 있습니다. Fe+S=FeS
  • 활성 금속만이 수소와 반응할 수 있습니다. 여기에는 베릴륨을 제외한 IA족 및 IIA족 금속이 포함됩니다. 이러한 반응은 가열될 때만 발생하여 수소화물을 형성할 수 있습니다.

    수소의 산화 상태는 1로 간주되므로 이 경우 금속은 환원제 역할을 합니다. 2Na + H 2 = 2NaH.

  • 가장 활동적인 금속은 탄소와도 반응합니다. 이 반응의 결과로 아세틸렌화물 또는 메탄화물이 형성됩니다.

어떤 금속이 물과 반응하고 이 반응의 결과로 무엇을 생성하는지 생각해 봅시다. 아세틸렌은 물과 반응하면 아세틸렌이 생성되고, 물과 메탄화물의 반응으로 메탄이 생성됩니다. 다음은 이러한 반응의 예입니다.

  1. 아세틸렌 – 2Na+2C= Na 2 C 2 ;
  2. 메탄 - Na 2 C 2 +2H 2 O=2NaOH+C 2 H 2.

산과 금속의 반응

금속은 산과도 다르게 반응할 수 있습니다. 수소까지 금속의 일련의 전기화학적 활동에 속하는 금속만이 모든 산과 반응합니다.

어떤 금속이 반응하는지 보여주는 치환 반응의 예를 들어 보겠습니다. 다른 방식으로 이 반응을 산화환원(redox)이라고 합니다: Mg+2HCl=MgCl 2 +H 2 ^.

일부 산은 수소 뒤에 오는 금속(Cu+2H 2 SO 4 =CuSO 4 +SO 2 ^+2H 2 O)과도 상호 작용할 수 있습니다.

이러한 묽은 산은 Mg + H 2 SO 4 = MgSO 4 + H 2 ^에 표시된 고전적인 방식에 따라 금속과 반응할 수 있습니다.

D.I. Mendeleev의 원소 주기율표에서 베릴륨에서 아스타틴까지 대각선을 그리는 경우 대각선을 따라 왼쪽 하단에 금속 원소가 있습니다(여기에는 파란색으로 강조 표시된 측면 하위 그룹의 원소도 포함됨). 비금속 요소(노란색으로 강조 표시). 대각선 근처에 위치한 원소 - 반금속 또는 준금속(B, Si, Ge, Sb 등)은 이중 문자(분홍색으로 강조 표시)를 갖습니다.

그림에서 볼 수 있듯이 대부분의 요소는 금속입니다.

화학적 성질에 따라 금속은 원자가 외부 또는 외부 에너지 준위에서 전자를 포기하여 양전하를 띤 이온을 형성하는 화학 원소입니다.

거의 모든 금속은 외부 에너지 준위에서 상대적으로 큰 반경과 적은 수의 전자(1~3개)를 가지고 있습니다. 금속은 전기 음성도 값이 낮고 환원 특성이 특징입니다.

가장 일반적인 금속은 기간의 시작 부분(두 번째부터 시작)에 위치하며, 왼쪽에서 오른쪽으로 금속 특성이 약해집니다. 위에서 아래로 그룹에서 금속 특성은 원자의 반경이 증가함에 따라 증가합니다(에너지 준위 수의 증가로 인해). 이로 인해 원소의 전기 음성도(전자를 끌어당기는 능력)가 감소하고 환원 특성(화학 반응에서 다른 원자에 전자를 기증하는 능력)이 증가합니다.

전형적인금속은 s-원소(Li에서 Fr까지의 IA 족 원소, Mg에서 Ra까지의 PA 족 원소)입니다. 원자의 일반 전자식은 ns 1-2입니다. 이들은 각각 산화 상태 + I 및 + II를 특징으로 합니다.

일반적인 금속 원자의 외부 에너지 준위에 있는 전자(1-2)의 수가 적다는 것은 이러한 전자가 쉽게 손실되고 낮은 전기 음성도 값에 반영되는 것처럼 강한 환원 특성을 나타냄을 의미합니다. 이는 일반적인 금속을 얻는 제한된 화학적 특성과 방법을 의미합니다.

일반적인 금속의 특징은 원자가 비금속 원자와 양이온 및 이온 화학 결합을 형성하려는 경향입니다. 일반적인 금속과 비금속의 화합물은 "비금속의 금속음이온"의 이온 결정입니다(예: K + Br -, Ca 2+ O 2-). 일반적인 금속의 양이온은 복합 음이온(예: Mg 2+ (OH -) 2, (Li +)2CO 3 2-)과 같은 수산화물 및 염과 같은 화합물에도 포함됩니다.

주기율표 Be-Al-Ge-Sb-Po에서 양쪽성 대각선을 형성하는 A족 금속과 이에 인접한 금속(Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi)은 전형적인 금속성을 나타내지 않습니다. 속성. 원자의 일반 전자식 ns 2 n.p. 0-4 더 다양한 산화 상태, 자신의 전자를 유지하는 더 큰 능력, 환원 능력의 점진적인 감소 및 특히 높은 산화 상태에서 산화 능력의 출현을 포함합니다(일반적인 예는 화합물 T1 III, Pb IV, Bi v입니다). . 비슷한 화학적 거동이 대부분의 특징입니다(d 원소, 즉 주기율표의 B족 원소(전형적인 예는 양쪽성 원소 Cr 및 Zn입니다).

금속성(염기성)과 비금속성의 이중성(양성) 특성이 나타나는 것은 화학 결합의 특성 때문입니다. 고체 상태에서 비정형 금속과 비금속의 화합물은 주로 공유 결합을 포함합니다(그러나 비금속 간의 결합보다 강도가 약함). 용액에서는 이러한 결합이 쉽게 끊어지고 화합물이 이온으로 해리됩니다(전체 또는 일부). 예를 들어, 금속 갈륨은 고체 상태의 Ga 2 분자로 구성되며 알루미늄과 수은의 염화물 (II) AlCl 3 및 HgCl 2는 강한 공유 결합을 포함하지만 용액에서는 AlCl 3이 거의 완전히 해리되고 HgCl 2 - 매우 적은 양(그리고 HgCl + 및 Cl - 이온으로).


금속의 일반적인 물리적 특성

결정 격자에 자유 전자("전자 가스")가 존재하기 때문에 모든 금속은 다음과 같은 특징적인 일반 특성을 나타냅니다.

1) 플라스틱- 쉽게 모양을 바꾸고, 와이어로 늘리고, 얇은 시트로 굴릴 수 있는 능력.

2) 메탈릭한 광택그리고 불투명도. 이는 금속에 입사된 빛과 자유 전자의 상호 작용 때문입니다.

3) 전기 전도성. 이는 작은 전위차의 영향으로 자유 전자가 음극에서 양극으로 방향 이동하는 것으로 설명됩니다. 가열하면 전기전도도가 감소하기 때문에 온도가 증가함에 따라 결정 격자 노드의 원자와 이온의 진동이 강화되어 "전자 가스"의 방향 이동이 복잡해집니다.

4) 열 전도성.이는 자유 전자의 높은 이동성으로 인해 발생하며 이로 인해 온도가 금속 질량에 대해 빠르게 동일해집니다. 가장 높은 열전도도는 비스무트와 수은에서 발견됩니다.

5) 경도.가장 단단한 것은 크롬(유리 절단)입니다. 가장 부드러운 알칼리 금속(칼륨, 나트륨, 루비듐, 세슘)은 칼로 절단됩니다.

6) 밀도.금속의 원자 질량이 작을수록, 원자의 반경이 클수록 크기는 작아집니다. 가장 가벼운 것은 리튬(ρ=0.53 g/cm3)입니다. 가장 무거운 것은 오스뮴(ρ=22.6 g/cm3)입니다. 밀도가 5g/cm3 미만인 금속은 "경금속"으로 간주됩니다.

7) 녹는점과 끓는점.가장 가용성이 높은 금속은 수은(mp = -39°C)이고, 가장 내화성이 강한 금속은 텅스텐(mp = 3390°C)입니다. 녹는점을 갖는 금속 1000°C 이상은 내화성, 1000°C 미만은 저융점으로 간주됩니다.

금속의 일반적인 화학적 성질

강력한 환원제: Me 0 – nē → Me n +

다양한 전압이 수용액의 산화환원 반응에서 금속의 상대적 활성을 특징으로 합니다.

I. 금속과 비금속의 반응

1) 산소의 경우:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) 유황의 경우:
Hg + S → HgS

3) 할로겐의 경우:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2

4) 질소의 경우:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2

5) 인의 경우:
3Ca + 2P – t° → Ca 3 P 2

6) 수소의 경우(알칼리 및 알칼리 토금속만 반응함):
2Li + H 2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

II. 금속과 산의 반응

1) 최대 H까지의 전기화학적 전압 계열의 금속은 비산화성 산을 수소로 환원합니다.

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al+ 6HCl → 2AlCl3 + 3H2

6Na + 2H3PO4 → 2Na3PO4 + 3H2

2) 산화성 산의 경우:

모든 농도의 질산과 진한 황산이 금속과 상호 작용할 때 수소는 절대 방출되지 않습니다!

Zn + 2H 2 SO 4(K) → ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

4Zn + 5H 2 SO 4(K) → 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

3Zn + 4H 2 SO 4(K) → 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O

2H 2 SO 4 (k) + Cu → Cu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

10HNO 3 + 4Mg → 4Mg(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

4HNO 3 (k) + Cu → Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

III. 금속과 물의 상호 작용

1) 활성(알칼리 및 알칼리 토금속)은 가용성 염기(알칼리)와 수소를 형성합니다.

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2) 중간 정도의 활성을 갖는 금속은 가열하면 물에 의해 산화되어 산화물이 됩니다.

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) 비활성(Au, Ag, Pt) - 반응하지 않습니다.

IV. 염 용액에서 활성이 낮은 금속을 보다 활성이 높은 금속으로 대체:

Cu + HgCl 2 → Hg+ CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

산업계에서는 순수 금속이 아닌 이들의 혼합물을 사용하는 경우가 많습니다. 합금, 한 금속의 유익한 특성이 다른 금속의 유익한 특성으로 보완됩니다. 따라서 구리는 경도가 낮아 기계부품 제조에 부적합한 반면, 구리와 아연의 합금( 놋쇠)은 이미 매우 단단하며 기계 공학에서 널리 사용됩니다. 알루미늄은 연성이 높고 충분한 가벼움(저밀도)을 갖고 있지만 너무 무르다. 이를 바탕으로 마그네슘, 구리 및 망간 합금이 준비됩니다. 두랄루민 (두랄루민)은 알루미늄의 유익한 특성을 잃지 않고 높은 경도를 획득하고 항공기 제조에 적합합니다. 철과 탄소(및 기타 금속의 첨가물)의 합금은 널리 알려져 있습니다. 주철그리고 강철.

자유금속은 복원자.그러나 일부 금속은 코팅되어 있기 때문에 반응성이 낮습니다. 표면산화막, 물, 산 및 알칼리 용액과 같은 화학 시약에 대한 내성이 다양합니다.

예를 들어, 납은 항상 산화막으로 덮여 있습니다. 용액으로 전환하려면 시약(예: 묽은 질산)에 노출되어야 할 뿐만 아니라 가열도 필요합니다. 알루미늄의 산화막은 물과의 반응을 방지하지만 산과 알칼리에 의해 파괴됩니다. 느슨한 산화막 (녹)는 습한 공기 중에서 철 표면에 형성되어 철의 추가 산화를 방해하지 않습니다.

영향을 받고 집중된금속에 산이 형성됨 지속 가능한산화막. 이 현상을 패시베이션. 그래서 집중적으로 황산 Be, Bi, Co, Fe, Mg 및 Nb와 같은 금속은 부동태화되고(산과 반응하지 않음) 농축된 질산에서는 금속 A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb , Th 및 U.

산성 용액에서 산화제와 상호 작용할 때 대부분의 금속은 양이온으로 변환되며, 그 전하는 화합물 (Na +, Ca 2+, Al1 3+, Fe 2+ 및 Fe 3)의 특정 원소의 안정적인 산화 상태에 의해 결정됩니다. +)

산성 용액에서 금속의 환원 활성은 일련의 응력에 의해 전달됩니다. 대부분의 금속은 염산 및 묽은 황산을 사용하여 용액으로 이동하지만 Cu, Ag 및 Hg는 황산(농축) 및 질산으로만, Pt 및 Au는 "레지아 보드카"를 사용하여 용액으로 이동합니다.

금속 부식

금속의 바람직하지 않은 화학적 특성은 물과 접촉하고 물에 용해된 산소의 영향으로 활성 파괴(산화)된다는 것입니다. (산소 부식).예를 들어, 철 제품이 물에 부식되어 녹이 발생하고 제품이 분말로 부서지는 현상이 널리 알려져 있습니다.

용해된 가스 CO 2 및 SO 2의 존재로 인해 물에서도 금속 부식이 발생합니다. 산성 환경이 생성되고 H + 양이온은 수소 H 2 형태의 활성 금속으로 대체됩니다. 수소 부식).

두 개의 서로 다른 금속 사이의 접촉 영역은 특히 부식성이 있을 수 있습니다( 접촉 부식).갈바니 쌍은 Fe와 같은 한 금속과 Sn 또는 Cu와 같은 물에 있는 다른 금속 사이에서 발생합니다. 전자의 흐름은 전압계열에서 왼쪽에 있는 금속(Re)에서 활성이 낮은 금속(Sn, Cu)으로 이동하며, 활성이 높은 금속은 파괴(부식)됩니다.

습한 환경에 보관하고 부주의하게 다루면 캔(주석을 입힌 철)의 주석 도금 표면이 녹슬는 현상이 발생합니다(철은 작은 흠집이라도 생기면 금방 무너져 수분과 접촉하게 됩니다). 반대로, 쇠통의 아연도금 표면은 긁힌 자국이 있어도 부식되는 것은 철이 아니라 아연(철보다 활성이 더 강한 금속)이기 때문에 오랫동안 녹슬지 않습니다.

특정 금속의 내식성은 보다 활성이 높은 금속으로 코팅하거나 융합할 때 증가합니다. 따라서 철에 크롬을 코팅하거나 철과 크롬의 합금을 만들면 철의 부식이 사라집니다. 크롬 도금 철 및 크롬을 함유한 강철( 스테인레스 스틸), 높은 내식성을 가지고 있습니다.

전기 야금학즉, 용융물(가장 활성이 높은 금속의 경우) 또는 염 용액을 전기분해하여 금속을 얻는 것입니다.

건식야금술즉, 고온에서 광석으로부터 금속을 회수하는 것(예를 들어 용광로 공정에서 철을 생산하는 것)

습식 야금술즉, 보다 활성이 높은 금속에 의한 염 용액으로부터 금속의 분리(예를 들어, 아연, 철 또는 알루미늄의 작용에 의한 CuSO 4 용액으로부터 구리의 생성).

천연 금속은 때때로 자연에서 발견되지만(전형적인 예로는 Ag, Au, Pt, Hg) 금속은 화합물 형태로 발견되는 경우가 더 많습니다( 금속 광석). 금속은 지각에 풍부하게 존재합니다. 가장 일반적인 것(Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti)부터 가장 희귀한 것(Bi, In, Ag, Au, Pt, Re)까지 다양합니다.