ปฏิสัมพันธ์ของโลหะกับโครงร่างสารที่ซับซ้อน คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของโลหะ

ปฏิสัมพันธ์ของโลหะกับตัวออกซิไดซ์อย่างง่าย อัตราส่วนของโลหะต่อน้ำ สารละลายกรด ด่าง และเกลือในน้ำ บทบาทของฟิล์มออกไซด์และผลิตภัณฑ์ออกซิเดชั่น ปฏิกิริยาของโลหะกับกรดไนตริกและกรดซัลฟิวริกเข้มข้น

โลหะประกอบด้วยธาตุ s-, d-, f รวมทั้งธาตุ p ที่อยู่ส่วนล่างของตารางธาตุจากเส้นทแยงมุมที่ลากจากโบรอนถึงแอสทาทีน ในสารอย่างง่ายขององค์ประกอบเหล่านี้ จะเกิดพันธะโลหะขึ้น อะตอมของโลหะมีอิเล็กตรอนไม่กี่ตัวในเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอก คือจำนวน 1, 2 หรือ 3 ตัว โลหะแสดงคุณสมบัติทางไฟฟ้าบวกและมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีต่ำ น้อยกว่า 2 ตัว

โลหะมีคุณสมบัติเฉพาะ สิ่งเหล่านี้เป็นของแข็ง หนักกว่าน้ำ มีเงาเหมือนโลหะ โลหะมีค่าการนำความร้อนและไฟฟ้าสูง พวกมันมีลักษณะโดยการปล่อยอิเล็กตรอนภายใต้อิทธิพลของอิทธิพลภายนอกต่างๆ: การฉายรังสีด้วยแสง, ระหว่างการให้ความร้อน, ระหว่างการแตก (การปล่อย exoelectronic)

คุณสมบัติหลักของโลหะคือความสามารถในการบริจาคอิเล็กตรอนให้กับอะตอมและไอออนของสารอื่นๆ โลหะเป็นตัวรีดิวซ์ในกรณีส่วนใหญ่ และนี่คือคุณสมบัติทางเคมีที่เป็นลักษณะเฉพาะของพวกมัน พิจารณาอัตราส่วนของโลหะต่อสารออกซิไดซ์ทั่วไป ซึ่งรวมถึงสารธรรมดา - อโลหะ น้ำ กรด ตารางที่ 1 ให้ข้อมูลเกี่ยวกับอัตราส่วนของโลหะต่อสารออกซิไดซ์อย่างง่าย

ตารางที่ 1

อัตราส่วนของโลหะต่อสารออกซิไดซ์อย่างง่าย

โลหะทุกชนิดทำปฏิกิริยากับฟลูออรีน ข้อยกเว้นคืออลูมิเนียม เหล็ก นิกเกิล ทองแดง สังกะสีในกรณีที่ไม่มีความชื้น องค์ประกอบเหล่านี้เมื่อทำปฏิกิริยากับฟลูออรีน เริ่มแรกจะสร้างฟิล์มฟลูออไรด์ที่ปกป้องโลหะจากปฏิกิริยาต่อไป

ภายใต้เงื่อนไขและเหตุผลเดียวกัน เหล็กจะถูกทำให้เป็นเนื้อเดียวกันโดยทำปฏิกิริยากับคลอรีน เมื่อเทียบกับออกซิเจน ไม่ใช่ทั้งหมด แต่มีเพียงโลหะจำนวนหนึ่งเท่านั้นที่สร้างฟิล์มป้องกันออกไซด์ที่หนาแน่น เมื่อเปลี่ยนจากฟลูออรีนไปเป็นไนโตรเจน (ตารางที่ 1) กิจกรรมออกซิไดซ์จะลดลง ดังนั้นโลหะจำนวนมากจึงไม่ถูกออกซิไดซ์ ตัวอย่างเช่น เฉพาะโลหะลิเธียมและโลหะอัลคาไลน์เอิร์ทเท่านั้นที่ทำปฏิกิริยากับไนโตรเจน

อัตราส่วนของโลหะต่อน้ำและสารละลายในน้ำของตัวออกซิไดซ์

ในสารละลายที่เป็นน้ำ ฤทธิ์รีดิวซ์ของโลหะมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าศักย์ไฟฟ้ารีดอกซ์มาตรฐาน จากช่วงทั้งหมดของศักย์รีดอกซ์มาตรฐาน ชุดของแรงดันไฟฟ้าโลหะจะแตกต่างกัน ซึ่งแสดงไว้ในตารางที่ 2

ตารางที่ 2

โลหะความเค้นแถว

ในชุดของแรงดันไฟฟ้านี้ยังได้รับค่าของศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดไฮโดรเจนในสื่อที่เป็นกรด (рН=0), เป็นกลาง (рН=7), อัลคาไลน์ (рН=14) ตำแหน่งของโลหะเฉพาะในชุดของแรงดันไฟฟ้าแสดงลักษณะความสามารถในการรีดอกซ์อันตรกิริยาในสารละลายที่เป็นน้ำภายใต้สภาวะมาตรฐาน ไอออนของโลหะเป็นตัวออกซิไดซ์และโลหะเป็นตัวรีดิวซ์ ยิ่งโลหะอยู่ในอนุกรมของแรงดันไฟฟ้ามากเท่าไร ตัวออกซิไดซ์ในสารละลายที่เป็นน้ำก็จะยิ่งมีไอออนมากขึ้นเท่านั้น ยิ่งโลหะอยู่ใกล้จุดเริ่มต้นของแถวมากเท่าใด ตัวรีดิวซ์ก็ยิ่งแข็งแกร่งเท่านั้น

โลหะสามารถแทนที่กันได้จากสารละลายเกลือ ทิศทางของปฏิกิริยาถูกกำหนดโดยตำแหน่งร่วมกันในชุดของแรงดันไฟฟ้า ควรระลึกไว้เสมอว่าโลหะแอคทีฟจะแทนที่ไฮโดรเจนไม่เพียงแต่จากน้ำเท่านั้น แต่ยังมาจากสารละลายที่เป็นน้ำด้วย ดังนั้นการแทนที่กันของโลหะจากสารละลายของเกลือจึงเกิดขึ้นเฉพาะในกรณีของโลหะที่อยู่ในชุดของแรงดันไฟฟ้าหลังจากแมกนีเซียม

โลหะทั้งหมดแบ่งออกเป็นสามกลุ่มตามเงื่อนไขซึ่งแสดงในตารางต่อไปนี้

ตารางที่ 3

การแบ่งโลหะแบบมีเงื่อนไข

ปฏิสัมพันธ์กับน้ำตัวออกซิไดซ์ในน้ำคือไฮโดรเจนไอออน ดังนั้น เฉพาะโลหะเหล่านั้นเท่านั้นที่สามารถถูกออกซิไดซ์ได้ด้วยน้ำ ซึ่งศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานต่ำกว่าศักย์ของไฮโดรเจนไอออนในน้ำ ขึ้นอยู่กับค่า pH ของตัวกลางและเป็น

φ \u003d -0.059 ค่า pH

ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกลาง (рН=7) φ = -0.41 V. ธรรมชาติของปฏิกิริยาของโลหะกับน้ำแสดงไว้ในตารางที่ 4

โลหะจากจุดเริ่มต้นของซีรีส์ มีศักยภาพเป็นลบมากกว่า -0.41 V แทนที่ไฮโดรเจนจากน้ำ แต่แมกนีเซียมจะแทนที่ไฮโดรเจนจากน้ำร้อนเท่านั้น โดยปกติแล้ว โลหะที่อยู่ระหว่างแมกนีเซียมและตะกั่วจะไม่แทนที่ไฮโดรเจนจากน้ำ ฟิล์มออกไซด์เกิดขึ้นบนพื้นผิวของโลหะเหล่านี้ซึ่งมีผลในการป้องกัน

ตารางที่ 4

ปฏิสัมพันธ์ของโลหะกับน้ำในตัวกลางที่เป็นกลาง

ปฏิสัมพันธ์ของโลหะกับกรดไฮโดรคลอริก

ตัวออกซิไดซ์ในกรดไฮโดรคลอริกคือไฮโดรเจนไอออน ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของไฮโดรเจนไอออนเป็นศูนย์ ดังนั้นโลหะที่มีฤทธิ์และโลหะที่มีฤทธิ์ปานกลางต้องทำปฏิกิริยากับกรด ตะกั่วเท่านั้นที่แสดงถึงความเฉยเมย

ตารางที่ 5

ปฏิสัมพันธ์ของโลหะกับกรดไฮโดรคลอริก

ทองแดงสามารถละลายได้ในกรดไฮโดรคลอริกที่มีความเข้มข้นสูงแม้ว่าจะเป็นโลหะที่มีความเข้มข้นต่ำก็ตาม

ปฏิสัมพันธ์ของโลหะกับกรดซัลฟิวริกนั้นแตกต่างกันและขึ้นอยู่กับความเข้มข้น

ปฏิกิริยาของโลหะกับกรดซัลฟิวริกเจือจางการทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริกเจือจางนั้นดำเนินการในลักษณะเดียวกับกรดไฮโดรคลอริก

ตารางที่ 6

ปฏิกิริยาของโลหะกับกรดซัลฟิวริกเจือจาง

กรดซัลฟิวริกเจือจางจะออกซิไดซ์ด้วยไฮโดรเจนไอออน มันทำปฏิกิริยากับโลหะเหล่านั้นซึ่งศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่าไฮโดรเจน ตะกั่วไม่ละลายในกรดซัลฟิวริกที่ความเข้มข้นต่ำกว่า 80% เนื่องจากเกลือ PbSO 4 ที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาของตะกั่วกับกรดซัลฟิวริกนั้นไม่ละลายน้ำและสร้างฟิล์มป้องกันบนพื้นผิวโลหะ

ปฏิสัมพันธ์ของโลหะกับกรดซัลฟิวริกเข้มข้น

ในกรดซัลฟิวริกเข้มข้น ซัลเฟอร์ในสถานะออกซิเดชัน +6 จะทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ เป็นส่วนหนึ่งของซัลเฟตไอออน SO 4 2- ดังนั้น กรดเข้มข้นจะออกซิไดซ์โลหะทั้งหมดซึ่งศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานน้อยกว่าของตัวออกซิไดซ์ ค่าศักย์ไฟฟ้าสูงสุดของอิเล็กโทรดในกระบวนการอิเล็กโทรดที่เกี่ยวข้องกับซัลเฟตไอออนในฐานะตัวออกซิไดซ์คือ 0.36 V ด้วยเหตุนี้ โลหะที่มีความว่องไวต่ำบางชนิดจะทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริกเข้มข้นด้วย

สำหรับโลหะที่มีกิจกรรมปานกลาง (Al, Fe) กระบวนการทู่เกิดขึ้นเนื่องจากการก่อตัวของฟิล์มออกไซด์ที่หนาแน่น ดีบุกถูกออกซิไดซ์เป็นสถานะ tetravalent ด้วยการก่อตัวของดีบุก (IV) ซัลเฟต:

Sn + 4 H 2 SO 4 (รวม) \u003d Sn (SO 4) 2 + 2SO 2 + 2H 2 O.

ตารางที่ 7

ปฏิสัมพันธ์ของโลหะกับกรดซัลฟิวริกเข้มข้น

ตะกั่วออกซิไดซ์ไปสู่สถานะไดวาเลนต์ด้วยการก่อตัวของตะกั่วไฮโดรซัลเฟตที่ละลายน้ำได้ ปรอทละลายในกรดซัลฟิวริกเข้มข้นที่ร้อนเพื่อสร้างปรอท (I) และปรอท (II) ซัลเฟต แม้แต่เงินก็ละลายในกรดซัลฟิวริกเข้มข้นที่เดือด

ควรระลึกไว้เสมอว่ายิ่งโลหะมีการใช้งานมากเท่าใด ระดับการลดลงของกรดซัลฟิวริกก็จะยิ่งลึกมากขึ้นเท่านั้น ด้วยโลหะที่มีฤทธิ์ กรดจะถูกรีดิวซ์เป็นไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นส่วนใหญ่ แม้ว่าจะมีผลิตภัณฑ์อื่นๆ อยู่ด้วยก็ตาม ตัวอย่างเช่น

Zn + 2H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;

3Zn + 4H 2 SO 4 = 3ZnSO 4 + S↓ + 4H 2 O;

4Zn + 5H 2 SO 4 \u003d 4ZnSO 4 \u003d 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

ปฏิสัมพันธ์ของโลหะกับกรดไนตริกเจือจาง

ในกรดไนตริก ไนโตรเจนในสถานะออกซิเดชัน +5 จะทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ ค่าสูงสุดของศักย์ไฟฟ้าสำหรับไนเตรตไอออนของกรดเจือจางในฐานะตัวออกซิไดซ์คือ 0.96 V เนื่องจากมีค่ามากเช่นนี้ กรดไนตริกจึงเป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรงกว่ากรดซัลฟิวริก สิ่งนี้เห็นได้จากการที่กรดไนตริกออกซิไดซ์เงิน กรดจะยิ่งลดลง ยิ่งโลหะมีความว่องไวมากขึ้น และกรดยิ่งเจือจางมากขึ้น

ตารางที่ 8

ปฏิกิริยาของโลหะกับกรดไนตริกเจือจาง

ปฏิสัมพันธ์ของโลหะกับกรดไนตริกเข้มข้น

กรดไนตริกเข้มข้นมักจะถูกรีดิวซ์เป็นไนโตรเจนไดออกไซด์ ปฏิสัมพันธ์ของกรดไนตริกเข้มข้นกับโลหะแสดงไว้ในตารางที่ 9

เมื่อใช้กรดเมื่อขาดและไม่มีการกวน โลหะที่มีฤทธิ์จะลดกรดเป็นไนโตรเจน และโลหะที่มีฤทธิ์ปานกลางเป็นคาร์บอนมอนอกไซด์

ตารางที่ 9

ปฏิสัมพันธ์ของกรดไนตริกเข้มข้นกับโลหะ

ปฏิสัมพันธ์ของโลหะกับสารละลายอัลคาไล

โลหะไม่สามารถออกซิไดซ์ได้ด้วยด่าง นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าโลหะอัลคาไลเป็นตัวรีดิวซ์ที่แรง ดังนั้น ไอออนของพวกมันจึงเป็นตัวออกซิไดซ์ที่อ่อนแอที่สุด และไม่แสดงคุณสมบัติในการออกซิไดซ์ในสารละลายที่เป็นน้ำ อย่างไรก็ตามในที่ที่มีด่างมีผลในการออกซิไดซ์ของน้ำในระดับที่มากกว่าในกรณีที่ไม่มี ด้วยเหตุนี้ ในสารละลายอัลคาไลน์ โลหะจะถูกออกซิไดซ์ด้วยน้ำเพื่อสร้างไฮดรอกไซด์และไฮโดรเจน ถ้าออกไซด์และไฮดรอกไซด์เป็นสารประกอบแอมโฟเทอริก สารประกอบเหล่านั้นจะละลายในสารละลายอัลคาไลน์ เป็นผลให้โลหะที่แฝงอยู่ในน้ำบริสุทธิ์จะทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับสารละลายอัลคาไล

ตารางที่ 10

ปฏิสัมพันธ์ของโลหะกับสารละลายอัลคาไล

กระบวนการละลายถูกนำเสนอในรูปแบบของสองขั้นตอน: ปฏิกิริยาออกซิเดชันของโลหะด้วยน้ำและการละลายของไฮดรอกไซด์:

Zn + 2HOH \u003d Zn (OH) 2 ↓ + H 2;

Zn (OH) 2 ↓ + 2NaOH \u003d นา 2.

โดยโลหะหมายถึงกลุ่มขององค์ประกอบซึ่งนำเสนอในรูปแบบของสารที่ง่ายที่สุด มีคุณสมบัติเฉพาะ ได้แก่ การนำไฟฟ้าและความร้อนสูง ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานอุณหภูมิเป็นบวก ความเหนียวสูง และความแวววาวของโลหะ

โปรดทราบว่าจาก 118 องค์ประกอบทางเคมีที่ถูกค้นพบจนถึงปัจจุบัน โลหะควรรวมถึง:

• ในหมู่โลหะอัลคาไลน์เอิร์ท 6 ธาตุ;
• ในบรรดาโลหะอัลคาไล 6 ธาตุ;
• ในบรรดาโลหะทรานซิชัน 38;
• ในกลุ่มโลหะเบา 11;
• ในบรรดาธาตุกึ่งโลหะ 7 ธาตุ
• 14 ในบรรดาแลนทาไนด์และแลนทานัม
• 14 ในกลุ่มแอกทิไนด์และแอกทิเนียม
• นอกคำจำกัดความ ได้แก่ เบริลเลียมและแมกนีเซียม

จากสิ่งนี้ 96 ธาตุเป็นของโลหะ มาดูกันดีกว่าว่าโลหะทำปฏิกิริยากับอะไร เนื่องจากโลหะส่วนใหญ่มีอิเล็กตรอนจำนวนเล็กน้อยตั้งแต่ 1 ถึง 3 ในระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอก จึงสามารถทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ในปฏิกิริยาส่วนใหญ่ได้ (นั่นคือ พวกมันบริจาคอิเล็กตรอนให้กับธาตุอื่นๆ)

ปฏิกิริยากับองค์ประกอบที่ง่ายที่สุด

• นอกจากทองคำและทองคำขาวแล้ว โลหะทุกชนิดยังทำปฏิกิริยากับออกซิเจนได้อย่างแน่นอน โปรดทราบว่าปฏิกิริยาเกิดขึ้นกับแร่เงินที่อุณหภูมิสูง แต่ซิลเวอร์(II) ออกไซด์จะไม่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิปกติ ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของโลหะซึ่งเป็นผลมาจากปฏิกิริยากับออกซิเจน, ออกไซด์, ซูเปอร์ออกไซด์และเปอร์ออกไซด์จะเกิดขึ้น

ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างของการก่อตัวทางเคมีแต่ละชนิด:

1. ลิเธียมออกไซด์ - 4Li + O 2 \u003d 2Li 2 O;
2. โพแทสเซียมซูเปอร์ออกไซด์ - K + O 2 \u003d KO 2;
3. โซเดียมเปอร์ออกไซด์ - 2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2

เพื่อให้ได้ออกไซด์จากเปอร์ออกไซด์จะต้องลดลงด้วยโลหะชนิดเดียวกัน ตัวอย่างเช่น Na 2 O 2 + 2Na \u003d 2Na 2 O ด้วยโลหะที่มีความเข้มข้นต่ำและปานกลาง ปฏิกิริยาที่คล้ายกันนี้จะเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อถูกความร้อน เช่น 3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4

• โลหะสามารถทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนได้เฉพาะกับโลหะแอคทีฟ อย่างไรก็ตาม ลิเธียมเท่านั้นที่สามารถโต้ตอบได้ที่อุณหภูมิห้อง เกิดเป็นไนไตรด์ - 6Li + N 2 \u003d 2Li 3 N อย่างไรก็ตาม เมื่อถูกความร้อน ปฏิกิริยาเคมีดังกล่าวจะเกิดขึ้น 2Al + N 2 \u003d 2AlN , 3Ca + N 2 = Ca 3 N 2 .
• โลหะทั้งหมดทำปฏิกิริยากับกำมะถันเช่นเดียวกับออกซิเจน ยกเว้นทองคำและทองคำขาว โปรดทราบว่าเหล็กสามารถทำปฏิกิริยาได้เมื่อให้ความร้อนกับกำมะถันเท่านั้น เกิดเป็นซัลไฟด์: Fe+S=FeS
• เฉพาะโลหะแอคทีฟเท่านั้นที่สามารถทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนได้ ซึ่งรวมถึงโลหะของกลุ่ม IA และ IIA ยกเว้นเบริลเลียม ปฏิกิริยาดังกล่าวสามารถดำเนินการได้เฉพาะเมื่อได้รับความร้อนและกลายเป็นไฮไดรด์

  เนื่องจากสถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนถือเป็น 1 ดังนั้นโลหะในกรณีนี้จึงทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์: 2Na + H 2 \u003d 2NaH

• โลหะที่ว่องไวที่สุดก็ทำปฏิกิริยากับคาร์บอนเช่นกัน อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยานี้ จะเกิด acetylenides หรือ methanides

พิจารณาว่าโลหะชนิดใดทำปฏิกิริยากับน้ำและให้อะไรจากปฏิกิริยานี้ อะเซทิลีนเมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำจะให้อะเซทิลีนและจะได้มีเธนจากปฏิกิริยาของน้ำกับมีทาไนด์ นี่คือตัวอย่างของปฏิกิริยาเหล่านี้:

1. อะเซทิลีน - 2Na + 2C \u003d Na 2 C 2;
2. มีเทน - นา 2 C 2 + 2H 2 O \u003d 2NaOH + C 2 H 2.

ปฏิกิริยาของกรดกับโลหะ

โลหะที่มีกรดสามารถทำปฏิกิริยาได้แตกต่างกัน ด้วยกรดทั้งหมด เฉพาะโลหะเหล่านั้นเท่านั้นที่ทำปฏิกิริยาซึ่งอยู่ในชุดของกิจกรรมไฟฟ้าเคมีของโลหะกับไฮโดรเจน

ลองยกตัวอย่างปฏิกิริยาการแทนที่ซึ่งแสดงให้เห็นว่าโลหะทำปฏิกิริยากับอะไร ในอีกทางหนึ่ง ปฏิกิริยาดังกล่าวเรียกว่าปฏิกิริยารีดอกซ์: Mg + 2HCl \u003d MgCl 2 + H 2 ^

กรดบางชนิดสามารถทำปฏิกิริยากับโลหะที่อยู่หลังไฮโดรเจน: Cu + 2H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + SO 2 ^ + 2H 2 O

โปรดทราบว่ากรดเจือจางดังกล่าวสามารถทำปฏิกิริยากับโลหะตามรูปแบบคลาสสิกต่อไปนี้: Mg + H 2 SO 4 \u003d MgSO 4 + H 2 ^

ในปฏิกิริยาเคมี โลหะจะทำหน้าที่เป็น สารรีดิวซ์และเพิ่มระดับของการเกิดออกซิเดชัน เปลี่ยนจากสารธรรมดาเป็นไอออนบวก

คุณสมบัติทางเคมีของโลหะจะแตกต่างกันไปตามกิจกรรมทางเคมีของโลหะ ตามกิจกรรมในสารละลายที่เป็นน้ำ จะมีโลหะอยู่ใน ชุดของความเครียด

ในชุดนี้รวบรวมโดยนักเคมีชาวรัสเซีย N.N. Beketov รวมไฮโดรเจนอโลหะไว้ด้วย กิจกรรมของโลหะลดลงจากซ้ายไปขวา:

จดจำ!โลหะในอนุกรม EH หลังจากไฮโดรเจนเรียกว่าโลหะที่ไม่ใช้งาน

โลหะที่อยู่ในแถว EX ถึงอลูมิเนียมเรียกว่าโลหะที่มีความว่องไวสูงหรือมีความว่องไวสูง

คุณสมบัติทางเคมีทั่วไปของโลหะ

1) โลหะหลายชนิดทำปฏิกิริยากับโลหะทั่วไป อโลหะ- ฮาโลเจน ออกซิเจน ซัลเฟอร์ ในกรณีนี้ จะเกิดคลอไรด์ ออกไซด์ ซัลไฟด์ และสารประกอบไบนารีอื่นๆ ตามลำดับ:

ด้วยไนโตรเจน โลหะบางชนิดก่อตัวเป็นไนไตรด์ ปฏิกิริยามักเกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อน

ด้วยกำมะถันโลหะจะสร้างซัลไฟด์ - เกลือของกรดไฮโดรซัลไฟด์

ด้วยไฮโดรเจน โลหะที่มีปฏิกิริยามากที่สุดจะก่อตัวเป็นไอออนิกไฮไดรด์ (สารประกอบไบนารีซึ่งไฮโดรเจนมีสถานะออกซิเดชันที่ -1);

ด้วยออกซิเจน โลหะส่วนใหญ่ก่อตัวเป็นออกไซด์ - แอมโฟเทอริกและเบสิก ผลิตภัณฑ์หลักของการเผาไหม้โซเดียมคือ $Na_2O_2$ เปอร์ออกไซด์; ในขณะที่โพแทสเซียมและซีเซียมจะเผาไหม้เพื่อสร้าง $MeO_2$ ซูเปอร์ออกไซด์

2) ควรให้ความสนใจกับคุณสมบัติของปฏิสัมพันธ์ของโลหะด้วย น้ำ:

โลหะที่ใช้งานอยู่ซึ่งอยู่ในชุดกิจกรรมของโลหะจนถึง Mg (รวมอยู่ด้วย) ทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อสร้างด่างและไฮโดรเจน: $Ca + 2H_2O = Ca(OH)_2 + H_2\uparrow$

โลหะที่ใช้งานอยู่ (เช่น โซเดียมและลิเธียม) ทำปฏิกิริยาระเบิดกับน้ำได้

โลหะกิจกรรมระดับกลางออกซิไดซ์ด้วยน้ำเมื่อให้ความร้อนเป็นออกไซด์:

$6Cr + 6H_2O \xลูกศรขวา(t, ^\circ C) 2Cr_2O_3 + 3H_2\uparrow$

ไม่ใช้งานโลหะ (Au, Ag, Pt) - ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ

$\hspace(1.5cm) \xrightarrow () MOH +H_2\uparrow$ โลหะที่ใช้งานอยู่ (สูงถึง Al)

$H_2O + M \xrightarrow () \hspace(1cm) \ne \hspace(1cm)$ โลหะที่ไม่ใช้งาน (หลัง H)

ปฏิสัมพันธ์ของโลหะกับน้ำได้รับการพิจารณาอย่างละเอียดในหัวข้อเกี่ยวกับเคมีของแต่ละกลุ่ม

3) ด้วยการเจือจาง กรดโลหะที่อยู่ใน ECR ทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจน: ปฏิกิริยาการแทนที่เกิดขึ้นกับการก่อตัวของเกลือและก๊าซไฮโดรเจน ในกรณีนี้ กรดจะแสดงคุณสมบัติออกซิไดซ์เนื่องจากมีไฮโดรเจนไอออนบวก:

$\mathrm(Mg) + 2\mathrm(HCl) = \mathrm(MgCl)_2 + \mathrm(H)_2$

4) ปฏิสัมพันธ์ กรดไนตริก(ความเข้มข้นเท่าใดก็ได้) และ กรดกำมะถันเข้มข้นดำเนินการกับการก่อตัวของผลิตภัณฑ์อื่น ๆ : นอกจากเกลือและไฮโดรเจนในปฏิกิริยาเหล่านี้แล้วผลิตภัณฑ์ที่ลดลงของกรดซัลฟิวริก (หรือไนตริก) จะถูกปล่อยออกมา สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดดูหัวข้อ "อันตรกิริยาของกรดไนตริกกับโลหะและอโลหะ

จดจำ!โลหะทั้งหมดทางด้านซ้ายของไฮโดรเจนในแถวจะแทนที่ด้วยกรดเจือจาง และโลหะทางด้านขวาของไฮโดรเจนจะไม่ทำปฏิกิริยากับสารละลายกรด (ยกเว้นกรดไนตริก)

5) กิจกรรมของโลหะยังส่งผลต่อความเป็นไปได้ของการไหลของสารโลหะอย่างง่าย กับออกไซด์หรือเกลือของโลหะอื่น. โลหะจะแทนที่เกลือด้วยโลหะที่มีการใช้งานน้อยซึ่งอยู่ทางด้านขวาในชุดแรงดันไฟฟ้า

จดจำ!เพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้นระหว่างโลหะกับเกลือของโลหะอื่น เกลือทั้งสองที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาและเกิดขึ้นระหว่างการทำปฏิกิริยานั้นจะต้องละลายได้ในน้ำ โลหะจะแทนที่เฉพาะโลหะที่อ่อนแอกว่าจากเกลือ

ตัวอย่างเช่น เหล็กเหมาะสำหรับการแทนที่ทองแดงจากสารละลายที่เป็นน้ำของคอปเปอร์ซัลเฟต

$\mathrm(CuSO)_4 + \mathrm(Fe) = \mathrm(FeSO)_4 + \mathrm(Cu)$

แต่ตะกั่วไม่เหมาะสม - เนื่องจากเป็นซัลเฟตที่ไม่ละลายน้ำ หากคุณลดตะกั่วลงในสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟต ชั้นซัลเฟตบางๆ จะปกคลุมพื้นผิวของโลหะ และปฏิกิริยาจะหยุดลง

$\mathrm(CuSO)_4 + \mathrm(Pb) = \mathrm(PbSO)_4\ลูกศรลง + \mathrm(Cu)$

อีกตัวอย่างหนึ่ง: สังกะสีสามารถแทนที่ซิลเวอร์จากสารละลายของซิลเวอร์ไนเตรตได้อย่างง่ายดาย แต่ปฏิกิริยาของสังกะสีกับสารแขวนลอยของซิลเวอร์ซัลไฟด์ซึ่งไม่ละลายในน้ำจะไม่เกิดขึ้นจริง

คุณสมบัติทางเคมีทั่วไปของโลหะสรุปไว้ในตาราง:

หากเราวาดเส้นทแยงมุมจากเบริลเลียมถึงแอสทาทีนในตารางธาตุของ D.I. Mendeleev จากนั้นจะมีองค์ประกอบโลหะในแนวทแยงที่ด้านล่างซ้าย (รวมถึงองค์ประกอบของกลุ่มย่อยรองที่เน้นด้วยสีน้ำเงิน) และอโลหะ องค์ประกอบที่ด้านบนขวา (เน้นด้วยสีเหลือง) องค์ประกอบที่อยู่ใกล้เส้นทแยงมุม - เซมิเมทัลหรือเมทัลลอยด์ (B, Si, Ge, Sb ฯลฯ ) มีอักขระสองตัว (เน้นด้วยสีชมพู)

ดังที่เห็นได้จากรูป องค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นโลหะ

โดยธรรมชาติทางเคมีแล้ว โลหะเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่อะตอมให้อิเล็กตรอนจากระดับพลังงานชั้นนอกหรือชั้นก่อนชั้นนอก จึงก่อตัวเป็นไอออนที่มีประจุบวก

โลหะเกือบทั้งหมดมีรัศมีค่อนข้างกว้างและมีอิเล็กตรอนจำนวนน้อย (ตั้งแต่ 1 ถึง 3) ที่ระดับพลังงานภายนอก โลหะมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีต่ำและคุณสมบัติรีดิวซ์

โลหะทั่วไปส่วนใหญ่ตั้งอยู่ที่จุดเริ่มต้นของงวด (เริ่มจากวินาที) ถัดไปจากซ้ายไปขวา คุณสมบัติของโลหะจะอ่อนลง ในกลุ่มจากบนลงล่าง คุณสมบัติของโลหะจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากรัศมีของอะตอมเพิ่มขึ้น (เนื่องจากจำนวนระดับพลังงานที่เพิ่มขึ้น) สิ่งนี้นำไปสู่การลดลงของอิเล็กโทรเนกาติวีตี (ความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอน) ขององค์ประกอบและการเพิ่มคุณสมบัติการรีดิวซ์ (ความสามารถในการบริจาคอิเล็กตรอนให้กับอะตอมอื่นในปฏิกิริยาเคมี)

ทั่วไปโลหะเป็นธาตุ s (ธาตุหมู่ IA จาก Li ถึง Fr. ธาตุหมู่ PA จาก Mg ถึง Ra) สูตรอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปของอะตอมคือ ns 1-2 พวกมันถูกกำหนดโดยสถานะออกซิเดชัน + I และ + II ตามลำดับ

อิเล็กตรอนจำนวนน้อย (1-2) ในระดับพลังงานรอบนอกของอะตอมโลหะทั่วไปแสดงให้เห็นว่าอิเล็กตรอนเหล่านี้สูญหายได้ง่ายและมีคุณสมบัติรีดักชันสูง ซึ่งสะท้อนถึงค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีที่ต่ำ นี่แสดงถึงคุณสมบัติทางเคมีที่จำกัดและวิธีการเพื่อให้ได้มาซึ่งโลหะทั่วไป

ลักษณะเฉพาะของโลหะทั่วไปคือแนวโน้มของอะตอมในการสร้างไอออนบวกและพันธะเคมีไอออนิกกับอะตอมที่ไม่ใช่โลหะ สารประกอบของโลหะทั่วไปกับอโลหะคือผลึกไอออนิก "ไอออนบวกของโลหะที่ไม่ใช่โลหะ" ตัวอย่างเช่น K + Br -, Ca 2+ O 2- ไอออนบวกของโลหะทั่วไปยังรวมอยู่ในสารประกอบที่มีประจุลบที่ซับซ้อน เช่น ไฮดรอกไซด์และเกลือ เช่น Mg 2+ (OH -) 2, (Li +) 2CO 3 2-

โลหะหมู่ A ที่สร้างเส้นทแยงมุมแอมโฟเทอริกในตารางธาตุ Be-Al-Ge-Sb-Po เช่นเดียวกับโลหะที่อยู่ติดกัน (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) ไม่แสดงคุณสมบัติของโลหะโดยทั่วไป . สูตรอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปของอะตอม น 2 น 0-4 หมายถึงสถานะออกซิเดชันที่หลากหลายมากขึ้น ความสามารถในการกักเก็บอิเล็กตรอนของตนเองได้มากขึ้น ความสามารถในการรีดิวซ์ของพวกมันลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไป และการปรากฏตัวของความสามารถในการออกซิไดซ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานะออกซิเดชันสูง (ตัวอย่างโดยทั่วไปคือสารประกอบ Tl III, Pb IV, Bi v ). พฤติกรรมทางเคมีที่คล้ายคลึงกันยังเป็นลักษณะเฉพาะขององค์ประกอบส่วนใหญ่ (องค์ประกอบ d เช่น องค์ประกอบของหมู่ B ของตารางธาตุ (ตัวอย่างทั่วไปคือองค์ประกอบแอมโฟเทอริก Cr และ Zn)

การแสดงคุณสมบัติของความเป็นคู่ (แอมโฟเทอริก) ทั้งที่เป็นโลหะ (พื้นฐาน) และไม่ใช่โลหะ เกิดจากธรรมชาติของพันธะเคมี ในสถานะของแข็ง สารประกอบของโลหะผิดปรกติกับอโลหะจะมีพันธะโควาเลนต์เป็นส่วนใหญ่ (แต่มีความแข็งแรงน้อยกว่าพันธะระหว่างอโลหะ) ในสารละลาย พันธะเหล่านี้แตกหักได้ง่าย และสารประกอบจะแตกตัวเป็นไอออน (ทั้งหมดหรือบางส่วน) ตัวอย่างเช่น โลหะแกลเลียมประกอบด้วยโมเลกุล Ga 2 ในสถานะของแข็ง อะลูมิเนียมและปรอท (II) คลอไรด์ AlCl 3 และ HgCl 2 มีพันธะโควาเลนต์สูง แต่ในสารละลาย AlCl 3 จะแยกตัวออกเกือบทั้งหมด และ HgCl 2 - มีขนาดเล็กมาก ขอบเขต (และจากนั้นเป็น HgCl + และ Cl - ไอออน)

คุณสมบัติทางกายภาพทั่วไปของโลหะ

เนื่องจากการมีอยู่ของอิเล็กตรอนอิสระ ("ก๊าซอิเล็กตรอน") ในตาข่ายคริสตัล โลหะทั้งหมดแสดงคุณสมบัติทั่วไปที่มีลักษณะเฉพาะดังต่อไปนี้:

1) พลาสติก- สามารถเปลี่ยนรูปร่าง ยืดเป็นลวด ม้วนเป็นแผ่นบางได้ง่าย

2) ความมันวาวของโลหะและความทึบ นี่เป็นเพราะปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนอิสระกับแสงที่ตกกระทบบนโลหะ

3) การนำไฟฟ้า. อธิบายได้จากการเคลื่อนที่โดยตรงของอิเล็กตรอนอิสระจากขั้วลบไปยังขั้วบวกภายใต้อิทธิพลของความต่างศักย์เล็กน้อย เมื่อถูกความร้อน ค่าการนำไฟฟ้าจะลดลงเพราะ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น การสั่นของอะตอมและไอออนในโหนดของตาข่ายคริสตัลจะเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้ยากต่อการเคลื่อนที่โดยตรงของ "ก๊าซอิเล็กตรอน"

4) การนำความร้อนมันเป็นเพราะการเคลื่อนที่สูงของอิเล็กตรอนอิสระเนื่องจากมวลของโลหะทำให้อุณหภูมิเท่ากันอย่างรวดเร็ว ค่าการนำความร้อนสูงสุดอยู่ในบิสมัทและปรอท

5) ความแข็งที่ยากที่สุดคือโครเมี่ยม (ตัดกระจก); โลหะอัลคาไลที่อ่อนที่สุด - โพแทสเซียมโซเดียมรูบิเดียมและซีเซียม - ถูกตัดด้วยมีด

6) ความหนาแน่น.มันยิ่งเล็กลง มวลอะตอมของโลหะก็จะยิ่งน้อยลง และรัศมีของอะตอมก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ที่เบาที่สุดคือลิเธียม (ρ=0.53 g/cm3); ที่หนักที่สุดคือออสเมียม (ρ=22.6 g/cm3) โลหะที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า 5 g/cm3 ถือเป็น "โลหะเบา"

7) จุดหลอมเหลวและจุดเดือดโลหะที่หลอมละลายได้มากที่สุดคือปรอท (m.p. = -39°C) โลหะที่ทนไฟได้มากที่สุดคือทังสเตน (t°m. = 3390°C) โลหะที่มี t°pl สูงกว่า 1,000°C ถือเป็นวัสดุทนไฟ ต่ำกว่า - จุดหลอมเหลวต่ำ

คุณสมบัติทางเคมีทั่วไปของโลหะ

ตัวรีดิวซ์แรง: Me 0 – nē → Me n +

ความเค้นจำนวนหนึ่งแสดงลักษณะกิจกรรมเปรียบเทียบของโลหะในปฏิกิริยารีดอกซ์ในสารละลายที่เป็นน้ำ

I. ปฏิกิริยาของโลหะกับอโลหะ

1) ด้วยออกซิเจน:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) ด้วยกำมะถัน:
ปรอท + S → ปรอท

3) ด้วยฮาโลเจน:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2

4) ด้วยไนโตรเจน:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2

5) ด้วยฟอสฟอรัส:
3Ca + 2P – t° → Ca 3 P 2

6) ด้วยไฮโดรเจน (เฉพาะโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ ธ เท่านั้นที่ทำปฏิกิริยา):
2Li + H 2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

ครั้งที่สอง ปฏิกิริยาของโลหะกับกรด

1) โลหะที่อยู่ในชุดไฟฟ้าเคมีที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงถึง H ลดกรดที่ไม่ออกซิไดซ์เป็นไฮโดรเจน:

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) ด้วยกรดออกซิไดซ์:

ในปฏิกิริยาของกรดไนตริกที่มีความเข้มข้นและกรดซัลฟิวริกเข้มข้นกับโลหะ ไฮโดรเจนไม่เคยถูกปล่อยออกมา!

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 (c) + 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 (c) + ซู → ซู (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

สาม. ปฏิสัมพันธ์ของโลหะกับน้ำ

1) แอกทีฟ (โลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธ) ก่อตัวเป็นเบสที่ละลายน้ำได้ (อัลคาไล) และไฮโดรเจน:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2) โลหะที่มีฤทธิ์ปานกลางจะถูกออกซิไดซ์ด้วยน้ำเมื่อให้ความร้อนเป็นออกไซด์:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) ไม่ใช้งาน (Au, Ag, Pt) - ไม่ตอบสนอง

IV. การแทนที่ด้วยโลหะที่มีฤทธิ์มากกว่าของโลหะที่มีฤทธิ์น้อยกว่าจากสารละลายของเกลือ:

Cu + HgCl 2 → Hg + CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

ในอุตสาหกรรมมักไม่ใช้โลหะบริสุทธิ์ แต่มีส่วนผสมของ - โลหะผสมซึ่งคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ของโลหะชนิดหนึ่งจะเสริมด้วยคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ของโลหะอีกชนิดหนึ่ง ดังนั้น ทองแดงจึงมีความแข็งต่ำและไม่ค่อยมีประโยชน์สำหรับการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักร ในขณะที่โลหะผสมของทองแดงกับสังกะสี ( ทองเหลือง) ค่อนข้างแข็งอยู่แล้วและใช้กันอย่างแพร่หลายในวิศวกรรมเครื่องกล อะลูมิเนียมมีความเหนียวสูงและเบาเพียงพอ (ความหนาแน่นต่ำ) แต่อ่อนเกินไป บนพื้นฐานของโลหะผสมที่มีแมกนีเซียมทองแดงและแมงกานีสเตรียม - duralumin (duralumin) ซึ่งโดยไม่สูญเสียคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ของอลูมิเนียมได้รับความแข็งสูงและเหมาะสำหรับอุตสาหกรรมอากาศยาน โลหะผสมของเหล็กกับคาร์บอน (และการเติมโลหะอื่นๆ) เป็นที่รู้จักกันอย่างกว้างขวาง เหล็กหล่อและ เหล็ก.

โลหะในรูปแบบอิสระคือ สารรีดิวซ์อย่างไรก็ตามปฏิกิริยาของโลหะบางชนิดต่ำเนื่องจากถูกปกคลุมด้วย ฟิล์มออกไซด์ของพื้นผิวไปจนถึงระดับที่แตกต่างกันซึ่งทนต่อการกระทำของสารเคมีเช่นน้ำ สารละลายของกรดและด่าง

ตัวอย่างเช่น ตะกั่วมักถูกปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์ การเปลี่ยนสถานะเป็นสารละลายไม่เพียงแต่ต้องสัมผัสกับรีเอเจนต์ (เช่น กรดไนตริกเจือจาง) แต่ยังต้องให้ความร้อนด้วย ฟิล์มออกไซด์บนอะลูมิเนียมป้องกันไม่ให้เกิดปฏิกิริยากับน้ำ แต่จะถูกทำลายภายใต้การกระทำของกรดและด่าง ฟิล์มออกไซด์หลวม (สนิม) เกิดขึ้นบนพื้นผิวของเหล็กในอากาศชื้น ไม่รบกวนการเกิดออกซิเดชันของเหล็กอีกต่อไป

ภายใต้อิทธิพล เข้มข้นกรดจะเกิดขึ้นบนโลหะ ที่ยั่งยืนฟิล์มออกไซด์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า ทู่. ดังนั้นในความเข้มข้น กรดซัลฟูริก(และไม่เกิดปฏิกิริยากับกรด) เช่นโลหะ Be, Bi, Co, Fe, Mg และ Nb และในกรดไนตริกเข้มข้น - โลหะ A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb , ทีแอนด์ยู

เมื่อทำปฏิกิริยากับตัวออกซิไดซ์ในสารละลายที่เป็นกรด โลหะส่วนใหญ่จะเปลี่ยนเป็นไอออนบวก ซึ่งประจุไฟฟ้าจะถูกกำหนดโดยสถานะออกซิเดชันที่เสถียรของธาตุที่กำหนดในสารประกอบ (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ และ Fe 3 +)

กิจกรรมที่ลดลงของโลหะในสารละลายที่เป็นกรดจะถูกส่งผ่านชุดของความเค้น โลหะส่วนใหญ่จะถูกแปลงเป็นสารละลายของกรดไฮโดรคลอริกและกรดซัลฟิวริกเจือจาง แต่ Cu, Ag และ Hg - กรดกำมะถัน (เข้มข้น) และกรดไนตริกเท่านั้น และ Pt และ Au - "aqua regia"

การกัดกร่อนของโลหะ

คุณสมบัติทางเคมีที่ไม่พึงประสงค์ของโลหะคือการทำลาย (ออกซิเดชัน) เมื่อสัมผัสกับน้ำและภายใต้อิทธิพลของออกซิเจนที่ละลายอยู่ในนั้น (การกัดกร่อนของออกซิเจน).ตัวอย่างเช่น การกัดกร่อนของผลิตภัณฑ์เหล็กในน้ำเป็นที่รู้จักกันอย่างกว้างขวาง อันเป็นผลมาจากการเกิดสนิม และผลิตภัณฑ์จะแตกเป็นผง

การกัดกร่อนของโลหะเกิดขึ้นในน้ำเนื่องจากมีก๊าซ CO 2 และ SO 2 ละลายอยู่ สภาพแวดล้อมที่เป็นกรดถูกสร้างขึ้นและไอออนบวก H + จะถูกแทนที่ด้วยโลหะที่ใช้งานในรูปของไฮโดรเจน H 2 ( การกัดกร่อนของไฮโดรเจน).

จุดสัมผัสระหว่างโลหะสองชนิดที่ต่างกันสามารถกัดกร่อนได้เป็นพิเศษ ( ติดต่อกัดกร่อน).ระหว่างโลหะชนิดหนึ่ง เช่น Fe กับโลหะอีกชนิดหนึ่ง เช่น Sn หรือ Cu ที่วางอยู่ในน้ำ จะเกิดคู่กัลวานิกขึ้น การไหลของอิเล็กตรอนจะไหลจากโลหะที่มีความว่องไวมากกว่า ซึ่งอยู่ทางด้านซ้ายในชุดของแรงดันไฟฟ้า (Re) ไปยังโลหะที่มีความว่องไวน้อยกว่า (Sn, Cu) และโลหะที่มีความว่องไวมากกว่าจะถูกทำลาย (กัดกร่อน)

ด้วยเหตุนี้เองที่พื้นผิวกระป๋อง (เหล็กชุบดีบุก) จะเกิดสนิมเมื่อเก็บไว้ในบรรยากาศที่มีความชื้นและจัดการอย่างไม่ระมัดระวัง (เหล็กจะยุบตัวลงอย่างรวดเร็วแม้มีรอยขีดข่วนเล็กๆ ปรากฏขึ้น ทำให้เหล็กสัมผัสกับความชื้นได้) ในทางตรงกันข้าม พื้นผิวสังกะสีของถังเหล็กจะไม่เกิดสนิมเป็นเวลานาน เพราะแม้ว่าจะมีรอยขีดข่วน แต่ก็ไม่ใช่เหล็กที่กัดกร่อน แต่เป็นสังกะสี (โลหะที่ว่องไวกว่าเหล็ก)

ความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะหนึ่งๆ จะเพิ่มขึ้นเมื่อเคลือบด้วยโลหะที่ว่องไวกว่าหรือเมื่อหลอมรวมกัน ตัวอย่างเช่น การเคลือบเหล็กด้วยโครเมียมหรือการทำโลหะผสมของเหล็กด้วยโครเมียมจะช่วยลดการกัดกร่อนของเหล็ก เหล็กชุบโครเมียมและเหล็กกล้าที่มีโครเมียม ( สแตนเลส) มีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูง

ไฟฟ้านั่นคือ การหาโลหะโดยการอิเล็กโทรไลซิสของของหลอม (สำหรับโลหะที่มีปฏิกิริยามากที่สุด) หรือสารละลายเกลือ

ไพโรโลหวิทยากล่าวคือ การกู้คืนโลหะจากสินแร่ที่อุณหภูมิสูง (เช่น การผลิตเหล็กในกระบวนการเตาหลอมเหล็ก)

อุทกวิทยากล่าวคือ การแยกโลหะออกจากสารละลายของเกลือด้วยโลหะที่มีฤทธิ์มากกว่า (เช่น การผลิตทองแดงจากสารละลาย CuSO 4 โดยการกระทำของสังกะสี เหล็ก หรืออะลูมิเนียม)

บางครั้งโลหะพื้นเมืองมักพบในธรรมชาติ (ตัวอย่างทั่วไปคือ Ag, Au, Pt, Hg) แต่บ่อยครั้งที่โลหะอยู่ในรูปของสารประกอบ ( แร่โลหะ). ตามความชุกของเปลือกโลกโลหะจะแตกต่างกันไป: จากที่พบมากที่สุด - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) ไปจนถึงหายากที่สุด - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re

เนื่องจากการมีอยู่ของอิเล็กตรอนอิสระ (“ก๊าซอิเล็กตรอน”) ในตาข่ายคริสตัล โลหะทั้งหมดแสดงคุณสมบัติทั่วไปที่มีลักษณะเฉพาะดังต่อไปนี้:

1) พลาสติก- สามารถเปลี่ยนรูปร่าง ยืดเป็นลวด ม้วนเป็นแผ่นบางได้ง่าย

2) ความมันวาวของโลหะและความทึบ นี่เป็นเพราะปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนอิสระกับแสงที่ตกกระทบบนโลหะ

3) การนำไฟฟ้า. อธิบายได้จากการเคลื่อนที่โดยตรงของอิเล็กตรอนอิสระจากขั้วลบไปยังขั้วบวกภายใต้อิทธิพลของความต่างศักย์เล็กน้อย เมื่อถูกความร้อน ค่าการนำไฟฟ้าจะลดลงเพราะ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น การสั่นของอะตอมและไอออนในโหนดของตาข่ายคริสตัลจะเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้ยากต่อการเคลื่อนที่โดยตรงของ "ก๊าซอิเล็กตรอน"

4) การนำความร้อนมันเป็นเพราะการเคลื่อนที่สูงของอิเล็กตรอนอิสระเนื่องจากมวลของโลหะทำให้อุณหภูมิเท่ากันอย่างรวดเร็ว ค่าการนำความร้อนสูงสุดอยู่ในบิสมัทและปรอท

5) ความแข็งที่ยากที่สุดคือโครเมี่ยม (ตัดกระจก); โลหะอัลคาไลที่อ่อนที่สุด - โพแทสเซียมโซเดียมรูบิเดียมและซีเซียม - ถูกตัดด้วยมีด

6) ความหนาแน่น.มันยิ่งเล็กลง มวลอะตอมของโลหะก็จะยิ่งน้อยลง และรัศมีของอะตอมก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ที่เบาที่สุดคือลิเธียม (ρ=0.53 g/cm3); ที่หนักที่สุดคือออสเมียม (ρ=22.6 g/cm3) โลหะที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า 5 g/cm3 ถือเป็น "โลหะเบา"

7) จุดหลอมเหลวและจุดเดือดโลหะที่หลอมละลายได้มากที่สุดคือปรอท (m.p. = -39°C) โลหะที่ทนไฟได้มากที่สุดคือทังสเตน (t°m. = 3390°C) โลหะที่มี t°pl สูงกว่า 1,000°C ถือเป็นวัสดุทนไฟ ต่ำกว่า - จุดหลอมเหลวต่ำ

คุณสมบัติทางเคมีทั่วไปของโลหะ

ตัวรีดิวซ์แรง: Me 0 – nē → Me n +

ความเค้นจำนวนหนึ่งแสดงลักษณะกิจกรรมเปรียบเทียบของโลหะในปฏิกิริยารีดอกซ์ในสารละลายที่เป็นน้ำ

1. ปฏิกิริยาของโลหะกับอโลหะ

1) ด้วยออกซิเจน:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) ด้วยกำมะถัน:
ปรอท + S → ปรอท

3) ด้วยฮาโลเจน:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2

4) ด้วยไนโตรเจน:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2

5) ด้วยฟอสฟอรัส:
3Ca + 2P – t° → Ca 3 P 2

6) ด้วยไฮโดรเจน (เฉพาะโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ ธ เท่านั้นที่ทำปฏิกิริยา):
2Li + H 2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

2. ปฏิกิริยาของโลหะกับกรด

1) โลหะที่อยู่ในชุดไฟฟ้าเคมีที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงถึง H ลดกรดที่ไม่ออกซิไดซ์เป็นไฮโดรเจน:

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) ด้วยกรดออกซิไดซ์:

ในปฏิกิริยาของกรดไนตริกที่มีความเข้มข้นและกรดซัลฟิวริกเข้มข้นกับโลหะ ไฮโดรเจนไม่เคยถูกปล่อยออกมา!

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 (c) + 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 (c) + ซู → ซู (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

3. ปฏิสัมพันธ์ของโลหะกับน้ำ

1) แอกทีฟ (โลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธ) ก่อตัวเป็นเบสที่ละลายน้ำได้ (อัลคาไล) และไฮโดรเจน:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2) โลหะที่มีฤทธิ์ปานกลางจะถูกออกซิไดซ์ด้วยน้ำเมื่อให้ความร้อนเป็นออกไซด์:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) ไม่ใช้งาน (Au, Ag, Pt) - ไม่ตอบสนอง

4. การแทนที่ด้วยโลหะที่มีฤทธิ์มากกว่าของโลหะที่มีฤทธิ์น้อยกว่าจากสารละลายของเกลือ:

Cu + HgCl 2 → Hg + CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

ในอุตสาหกรรมมักไม่ใช้โลหะบริสุทธิ์ แต่มีส่วนผสมของ - โลหะผสมซึ่งคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ของโลหะชนิดหนึ่งจะเสริมด้วยคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ของโลหะอีกชนิดหนึ่ง ดังนั้น ทองแดงจึงมีความแข็งต่ำและไม่ค่อยมีประโยชน์สำหรับการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักร ในขณะที่โลหะผสมของทองแดงกับสังกะสี ( ทองเหลือง) ค่อนข้างแข็งอยู่แล้วและใช้กันอย่างแพร่หลายในวิศวกรรมเครื่องกล อะลูมิเนียมมีความเหนียวสูงและเบาเพียงพอ (ความหนาแน่นต่ำ) แต่อ่อนเกินไป บนพื้นฐานของโลหะผสมที่มีแมกนีเซียมทองแดงและแมงกานีสเตรียม - duralumin (duralumin) ซึ่งโดยไม่สูญเสียคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ของอลูมิเนียมได้รับความแข็งสูงและเหมาะสำหรับอุตสาหกรรมอากาศยาน โลหะผสมของเหล็กกับคาร์บอน (และสารเติมแต่งของโลหะอื่นๆ) เป็นที่รู้จักกันอย่างกว้างขวาง เหล็กหล่อและ เหล็ก.

โลหะในรูปแบบอิสระคือ สารรีดิวซ์อย่างไรก็ตามปฏิกิริยาของโลหะบางชนิดต่ำเนื่องจากถูกปกคลุมด้วย ฟิล์มออกไซด์ของพื้นผิวไปจนถึงระดับที่แตกต่างกันซึ่งทนต่อการกระทำของสารเคมีเช่นน้ำ สารละลายของกรดและด่าง

ตัวอย่างเช่น ตะกั่วมักถูกปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์ การเปลี่ยนสถานะเป็นสารละลายไม่เพียงแต่ต้องสัมผัสกับรีเอเจนต์ (เช่น กรดไนตริกเจือจาง) แต่ยังต้องให้ความร้อนด้วย ฟิล์มออกไซด์บนอะลูมิเนียมป้องกันไม่ให้เกิดปฏิกิริยากับน้ำ แต่จะถูกทำลายภายใต้การกระทำของกรดและด่าง ฟิล์มออกไซด์หลวม (สนิม) เกิดขึ้นบนพื้นผิวของเหล็กในอากาศชื้น ไม่รบกวนการเกิดออกซิเดชันของเหล็กอีกต่อไป

ภายใต้อิทธิพล เข้มข้นกรดจะเกิดขึ้นบนโลหะ ที่ยั่งยืนฟิล์มออกไซด์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า ทู่. ดังนั้นในความเข้มข้น กรดซัลฟูริก(และหลังจากนั้นไม่ทำปฏิกิริยากับกรด) เช่นโลหะ Be, Bi, Co, Fe, Mg และ Nb และในกรดไนตริกเข้มข้น - โลหะ A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb , ธ และ อ.

เมื่อทำปฏิกิริยากับตัวออกซิไดซ์ในสารละลายที่เป็นกรด โลหะส่วนใหญ่จะเปลี่ยนเป็นไอออนบวก ซึ่งประจุไฟฟ้าจะถูกกำหนดโดยสถานะออกซิเดชันที่เสถียรของธาตุที่กำหนดในสารประกอบ (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ และ Fe 3 +)

กิจกรรมที่ลดลงของโลหะในสารละลายที่เป็นกรดจะถูกส่งผ่านชุดของความเค้น โลหะส่วนใหญ่จะถูกแปลงเป็นสารละลายของกรดไฮโดรคลอริกและกรดซัลฟิวริกเจือจาง แต่ Cu, Ag และ Hg - กรดกำมะถัน (เข้มข้น) และกรดไนตริกเท่านั้น และ Pt และ Au - "aqua regia"

การกัดกร่อนของโลหะ

คุณสมบัติทางเคมีที่ไม่พึงประสงค์ของโลหะคือการกัดกร่อน เช่น การทำลาย (ออกซิเดชัน) เมื่อสัมผัสกับน้ำและภายใต้อิทธิพลของออกซิเจนที่ละลายอยู่ในนั้น (การกัดกร่อนของออกซิเจน).ตัวอย่างเช่น การกัดกร่อนของผลิตภัณฑ์เหล็กในน้ำเป็นที่รู้จักกันอย่างกว้างขวาง อันเป็นผลมาจากการเกิดสนิม และผลิตภัณฑ์จะแตกเป็นผง

การกัดกร่อนของโลหะเกิดขึ้นในน้ำเนื่องจากมีก๊าซ CO 2 และ SO 2 ละลายอยู่ สภาพแวดล้อมที่เป็นกรดถูกสร้างขึ้นและไอออนบวก H + จะถูกแทนที่ด้วยโลหะที่ใช้งานในรูปของไฮโดรเจน H 2 ( การกัดกร่อนของไฮโดรเจน).

จุดสัมผัสระหว่างโลหะสองชนิดที่ต่างกันสามารถกัดกร่อนได้เป็นพิเศษ ( ติดต่อกัดกร่อน).ระหว่างโลหะชนิดหนึ่ง เช่น Fe กับโลหะอีกชนิดหนึ่ง เช่น Sn หรือ Cu ที่วางอยู่ในน้ำ จะเกิดคู่กัลวานิกขึ้น การไหลของอิเล็กตรอนจะไหลจากโลหะที่มีความว่องไวมากกว่า ซึ่งอยู่ทางด้านซ้ายในชุดของแรงดันไฟฟ้า (Re) ไปยังโลหะที่มีความว่องไวน้อยกว่า (Sn, Cu) และโลหะที่มีความว่องไวมากกว่าจะถูกทำลาย (กัดกร่อน)

ด้วยเหตุนี้เองที่พื้นผิวกระป๋อง (เหล็กชุบดีบุก) จะเกิดสนิมเมื่อเก็บไว้ในบรรยากาศที่มีความชื้นและจัดการอย่างไม่ระมัดระวัง (เหล็กจะยุบตัวลงอย่างรวดเร็วแม้มีรอยขีดข่วนเล็กๆ ปรากฏขึ้น ทำให้เหล็กสัมผัสกับความชื้นได้) ในทางตรงกันข้าม พื้นผิวสังกะสีของถังเหล็กจะไม่เกิดสนิมเป็นเวลานาน เพราะแม้ว่าจะมีรอยขีดข่วน แต่ก็ไม่ใช่เหล็กที่กัดกร่อน แต่เป็นสังกะสี (โลหะที่ว่องไวกว่าเหล็ก)

ความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะหนึ่งๆ จะเพิ่มขึ้นเมื่อเคลือบด้วยโลหะที่ว่องไวกว่าหรือเมื่อหลอมรวมกัน ตัวอย่างเช่น การเคลือบเหล็กด้วยโครเมียมหรือการทำโลหะผสมของเหล็กด้วยโครเมียมจะช่วยลดการกัดกร่อนของเหล็ก เหล็กชุบโครเมียมและเหล็กกล้าที่มีโครเมียม ( สแตนเลส) มีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูง