Способность металлов отдавать электроны это
С увеличением числа элементарных элементов электроны имеют тенденцию к увеличению, а в подгруппах — к уменьшению. Самые низкие значения электроотрицательности характерны для первого элемента в первой группе, а самые высокие — для элемента P в седьмой группе.
Периодичность свойств элементов
Все характеристики элементов, определяемые электронной оболочкой индивидуума, закономерно изменяются в циклах и группах циклических систем. Однако, поскольку многие элементы сходных электронных структур не идентичны и сходны только при переходе от одного элемента к другому элементу подгруппы, то не происходит простого повторения свойств, а происходят более или менее интенсивные периодические изменения свойств элемента.
Химические свойства элемента определяются его способностью отдавать или добавлять электроны. Количественно это определяется энергией ионизации, сродством к электрону и электронами и зависит от радиуса индивидуума.
Атомные и ионные радиусы
Вследствие волнообразного характера движения электронов невозможно измерить абсолютный размер индивида, так как не существует его определенного предела.
Концепция орбитальных лучей недавно была расширена. Радиус орбиты — это самое удаленное от ядра расстояние наибольшего распределения электронной плотности. Таким образом, человек в базовом состоянии может иметь только лоток торговца и лоток стимулированного состояния — многие значения rПули.. На практике мы имеем дело с лучами людей, связанных определенной химической связью. Этот радиус рассматривается как фактический радиус индивида, т.е. как выявленный в результате действия. Фактический луч определяется при изучении молекулярных и кристаллических структур.
По этой причине значения атомных лучей, приведенные в различных справочниках, иногда могут значительно отличаться. Однако, несмотря на различия в значениях отдельных лучей одного и того же элемента, общая закономерность сохраняется. Это отражает зависимость атомных лучей от ядерной загрузки Z с периодическими свойствами.
Зависимость орбитальных лучей элемента r (1 Å = 10-10 м) от числа Z:.
В этот же период наблюдается тенденция к уменьшению размеров особей по мере увеличения Z. Это объясняется притяжением электронов внешнего слоя к увеличению в ядре при увеличении нагрузки.
За последний период атомное излучение увеличилось, поскольку строительство новых энергетических уровней начинается дальше ядра. В результате, в пределах первичных подгрупп размер особей увеличивается с ростом ядерной нагрузки. Во вторичных подгруппах, особенно в четверговой и шестой переходных подгруппах d-металлов, размер особей изменяется в меньшей степени. Отдельные лучи почти не отличаются друг от друга. Это можно объяснить тем, что увеличение количества лучей относительно увеличения количества квантовых уровней при переходе от четвергового к шестому периоду компенсируется сокращением количества лантанидов (57ла до71Lu), вызванное заполнением уровня 4F. По этой причине элементы D пятого и шестого периодов имеют особенно схожие характеристики. Так, в подгруппе IIIB (TI-ZR-HF) последние два элемента имеют одинаковые лучи (0,145 нм) и поэтому похожи друг на друга по природным и химическим свойствам, существенно отличаясь от Титана, радиус которого составляет 0,132 нм.
Потеря атомом электронов приводит к уменьшению его фактического размера, а добавление избыточного количества электронов — к увеличению. Таким образом, радиус положительно заряженных ионов (катионов) всегда меньше, а радиус отрицательно заряженных ионов (анионов) всегда больше, чем радиус соответствующих электрически нейтральных атомов. Так, радиус атома калия составляет 0,236 нм, радиус иона калия K+ — 0,133 нм, радиус атома хлора и иона хлора SD — 0,099 нм и 0,181 нм соответственно.
Таким образом, радиус иона отличается от радиуса электрически нейтрального атома в той степени, в которой ион имеет больший заряд. Например, атомные радиусы хрома и ионов Cr2+ и Cr3+ составляют 0,127, 0,083 и 0,064 нм соответственно.
Внутри подгрупп лучи ионов с одинаковым зарядом увеличиваются с ростом заряда ядра. Эта закономерность объясняется увеличением числа электронных слоев и расстояния внешних электронов от ядра.
Энергия ионизации
Поскольку удаление электронов из невозбужденного атома и преобразование их в положительно заряженные ионы всегда является внутренним процессом (т.е. путем поглощения энергии), то для того, чтобы это произошло, необходимо выполнить какое-то действие.
Минимальная энергия, необходимая для отрыва электрона от невозбужденного атома, называется энергией ионизации I
где E и E + обозначают соответственно нейтральный атом и положительно заряженный ион (катион) элемента, I — энергия ионизации, ē — электрон.
Энергия ионизации измеряется в кДж/моль или эВ/атом. 1 эВ (электронвольт) — это энергия, получаемая электроном в ускоряющем электрическом поле с разностью потенциалов 1 В (1 эВ = 1,6-10-19 Дж) при пересчете на 1 моль, что составляет 96,5 кДж/моль. Энергия ионизации может быть определена путем столкновения электронов, ускоренных в электрическом поле, с атомом.
Один, два или более электронов могут быть отсоединены от человека с большим количеством электронов. Отсоединение каждого электрона соответствует определенному значению энергии ионизации i1, i2, …, In так что это всегда я.1 2
Пример № 2. титан.
Периодическое изменение свойств элементов и их соединений (наглядно)
Деление элементов на металлы и неметаллы.
Нет четких ограничений. Некоторые элементы обладают свойствами перехода.
(c) Используются отрывки из учебников: «Химия» / Н.Е.-Москва, Эксмор (ЕГЭ. Экспресс-подготовка)» и «Химия: новый полный справочник для подготовки к ЕГЭ/Е.В.». Савинкина. -Москва, Издательство АСТ.
Рассматривали ли вы «Законы изменения свойств элементов и их соотношение по периодам и группам»? Выберите дальнейшие действия.
Преподавая химию, Менделеев обнаружил, что его ученикам трудно запомнить индивидуальные свойства каждого элемента. Он начал искать способы создания систематического способа облегчения запоминания свойств данных. В результате появились физические таблицы, которые позже были переименованы в периодические таблицы.
Фактчек
- Таблица Менделеева состоит из «столбцов», т.е. групп и «строк», т.е. периодов;
- Металлические свойства связаны со способностью отдавать электроны;
- Радиус атома увеличивается при увеличении числа электронных оболочек;
- Высшая валентность для большинства элементов равна номеру группы.
Задача 1.Какова максимальная прочность алюминия?
(Задание 2: Какое соединение водорода обладает наивысшими основными свойствами какого элемента?
(Задание 3: Из перечисленных элементов металлами являются
Задание 4: Какие элементы обладают наивысшими основными свойствами гидроксидов?
какие есть ФИЗИЧЕСКИЕ свойства металлов??
1) Пластичность - способность изменять форму при ударе, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы. В ряду - Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe уменьшается.
2) Блеск, обычно серый цвет и непрозрачность. Это связано со взаимодействием свободных электронов с падающими на металл квантами света.
3) Электропроводность. Объясняется направленным движением свободных электронов от отрицательного полюса к положительному под влиянием небольшой разности потенциалов. В ряду - Ag, Cu, Al, Fe уменьшается. При нагревании электропроводность уменьшается, т. к. с повышением температуры усиливаются колебания атомов и ионов в узлах кристаллической решетки, что затрудняет направленное движение "электронного газа".
4) Теплопроводность. Закономерность та же. Обусловлена высокой подвижностью свободных электронов и колебательным движением атомов, благодаря чему происходит быстрое выравнивание температуры по массе металла. Наибольшая теплопроводность - у висмута и ртути.
5) Твердость. Самый твердый – хром (режет стекло) ; самые мягкие – щелочные металлы – калий, натрий, рубидий и цезий – режутся ножом.
6) Плотность. Она тем меньше, чем меньше атомная масса металла и чем больше радиус его атома (самый легкий - литий (r=0,53 г/см3); самый тяжелый – осмий (r=22,6 г/см3).
Металлы, имеющие r < 5 г/см3 считаются "легкими металлами".
7) Температуры плавления и кипения. Самый легкоплавкий металл – ртуть (т. пл. = -39°C), самый тугоплавкий металл – вольфрам (t°пл. = 3390°C).
Металлы с t°пл. выше 1000°C считаются тугоплавкими, ниже – низкоплавкими.
Все металлы являются восстановителями. Для металлов главных подгрупп восстановительная активность (способность отдавать электроны) возрастает сверху вниз и справа налево. Например, Натрий и кальций вытесняют водород из воды уже при обычных условиях:
Ca + 2H2O Ca(OH)2 + H2¬ ; 2Na + 2H2O 2NaOH + H20
А магний при повышении температуры:
Mg + H2O –t MgO + H2
Восстановительная способность и химическая активность элементов побочных подгрупп увеличивается снизу вверх по группе (например, серебро на воздухе окисляется, а золото нет; медь вытесняет серебро из его соли) :
Cu + 2AgNO3 → 2Ag ↓ + Cu(NO3)2
Cu0 -2 ē → Cu+2 1 О. О. В.
Ag+ + ē → Ag0 2 В. В. О.
Высшая положительная степень окисления для металлов главных подгрупп в их соединениях равна номеру группы (например, NaCl, MgCl2, AlCl3, SnCl4), а для металлов побочных подгрупп в их кислородосодержащих соединениях также часто совпадает с номером группы (например, ZnO, TiO2, V2O5, CrO3, KMnO4).
Свойства оксидов металлов слева направо по периоду и снизу вверх по группе изменяются от основных к амфотерным для металлов главных подгрупп (Na2O и MgO – основные оксиды, Al2O3 и BeO – амфотерные) . Для металлов побочных подгрупп свойства оксидов, в которых металлы проявляют свою высшую степень окисления, изменяются от основных через амфотерные к кислотным ( CuO - основной, ZnO - амфотерный, CrO3 - кислотный) .
Сила оснований, образуемых металлами главных подгрупп увеличивается справа налево по периоду и сверху вниз по группе ( Be(OH)2 и Al(OH)3– амфотерные гидроксиды, Mg(OH)2 - слабое основание, NaOHи – Ca(OH)2 сильные основания) . Гидраты оксидов металлов побочных подгрупп с высшими степенями окисления металла вдоль периода слева направо меняют свои свойства от оснований через амфотерные гидроксиды к кислотам ( Cu(OH)2 - основание, Zn(OH)2 - амфотерный гидроксид, H2CrO4 - кислота) .
В природе металлы встречаются в основном в виде соединений – оксидов или солей. Исключение составляют такие малоактивные металлы, как серебро, золото, платина, которые встречаются в самородном состоянии.
Все способы получения металлов основаны на процессах их восстановления из природных соединений.
Физические свойства
Для металлов наиболее характерны следующие свойства: металлический блеск, твердость, пластичность, ковкость и хорошая проводимость тепла и электричества.
Для всех металлов характерна металлическая кристаллическая решетка: в ее узлах находятся положительно заряженные ионы, а между ними свободно перемещаются электроны. Наличие последних объясняет высокую электропроводность и теплопроводность, а также способность поддаваться механической обработке.
Теплопроводность и электропроводность уменьшается в ряду металлов:
Аg Сu Аu Аl Мg Zn Fе РЬ Hg
Все металлы делятся на две большие группы:
Черные металлы
Имеют темно-серый цвет, большую плотность, высокую температуру плавления и относительно высокую твердость.
Типичным представителем черных металлов является железо.
Цветные металлы
Имеют характерную окраску: красную, желтую, белую; обладают большой пластичностью, малой твердостью, относительно низкой температурой плавления.
Типичным представителем цветных металлов является медь.
В зависимости от своей плотности металлы делятся на:
Легкие (плотность не более 5 г/см )
К легким металлам относятся: литий, натрий, калий, магний, кальций, цезий, алюминий, барий.
Самый легкий металл — литий 1л, плотность 0.534 г/см3.
Тяжелые (плотность больше 5 г/см3).
К тяжелым металлам относятся: цинк, медь, железо, олово, свинец, серебро, золото, ртуть и др.
Самый тяжелый металл — осмий, плотность 22,5 г/см3.
Металлы различаются по своей твердости:
— мягкие: режутся даже ножом (натрий, калий, индий );
— твердые: металлы сравниваются по твердости с алмазом, твердость которого равна 10. Хром — самый твердый металл, режет стекло.
В зависимости от температуры плавления металлы условно делятся на:
1. Легкоплавкие (температура плавления до 1539°С) .
К легкоплавким металлам относятся: ртуть — температура плавления —38,9°С; галлий — температура плавления 29,78°С; цезий — температура плавления 28,5°С; и другие металлы.
2. Тугоплавкие (температура плавления выше 1539 С) .
К тугоплавким металлам относятся: хром — температура плавления 1890°С; молибден — температура плавления 2620°С; ванадий — температура плавления 1900°С; тантал — температура плавления 3015°С; и многие другие металлы.
Самый тугоплавкий металл вольфрам — температура плавления 3420°С.
§ 18. Химические элементы — металлы
Вам известно, что большинство химических элементов относят к металлам — 92 из 114 известных химических элементов.
Характерное свойство элементов-металлов — способность отдавать электроны внешнего (а некоторые — и предвнешнего) электронного слоя и превращаться в положительные ионы. Это свойство атомов металлов, как вы знаете, определяется тем, что они имеют сравнительно большие радиусы и малое число электронов (в основном от 1 до 3) на внешнем электронном слое.
Исключение составляют лишь 6 металлов: атомы германия Ge, олова Sn, свинца РЬ на внешнем слое имеют 4 электрона, атомы сурьмы Sb, висмута Bi — 5, атомы полония Ро — 6.
Для атомов металлов характерны небольшие значения электроотрицательности и исключительно восстановительные свойства, т. е. способность отдавать электроны.
Вы уже знаете, что в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева металлы находятся ниже диагонали бор—астат, а также выше нее в побочных подгруппах. В периодах и главных подгруппах действуют известные вам закономерности в изменении металлических, а значит, восстановительных свойств атомов элементов (рис. 37).
Рис. 37.
Положение химических элементов-металлов в Периодической системе, изменение их свойств
Химические элементы, расположенные вблизи диагонали бор—астат (Be, Al, Ti, Ge, Nb, Sb и др.), обладают двойственными свойствами: в одних своих соединениях ведут себя как металлы, в других — проявляют свойства неметалла. Природа германия и сурьмы настолько противоречива, что нередко их называют неметаллами.
В побочных подгруппах восстановительные свойства металлов с увеличением порядкового номера чаще всего уменьшаются. Сравните активность известных вам металлов I группы побочной подгруппы: Сu, Ag, Аu; II группы побочной подгруппы: Zn, Cd, Hg — и вы убедитесь в этом сами.
Это можно объяснить тем, что на прочность связи валентных электронов с ядром у атомов этих металлов в большей степени влияет величина заряда ядра, а не радиус атома. Величина заряда ядра значительно увеличивается, притяжение электронов к ядру усиливается. Радиус атома при этом хотя и увеличивается, но не столь значительно, как у металлов главных подгрупп.
Простые вещества, образованные химическими элементами — металлами, и сложные металлсодержащие вещества играют важнейшую роль в минеральной и органической «жизни» Земли. Достаточно вспомнить, что атомы (ионы) элементов-металлов являются составной частью соединений, определяющих обмен веществ в организме человека, животных, растений. Например, в крови человека найдено 76 элементов, и из них только 14 не являются металлами. В организме человека некоторые элементы-металлы (кальций, калий, натрий, магний) присутствуют в большом количестве, т. е. являются макроэлементами. А такие металлы, как хром, марганец, железо, кобальт, медь, цинк, молибден, присутствуют в небольших количествах, т. е. это микроэлементы. Если вес человека 70 кг, то в его организме содержится (в граммах): кальция — 1700, калия — 250, натрия — 70, магния — 42, железа — 5, цинка — 3. Все металлы чрезвычайно важны, проблемы со здоровьем возникают и при их недостатке, и при избытке.
Например, ионы натрия регулируют содержание воды в организме, передачу нервного импульса. Их недостаток приводит к головной боли, слабости, слабой памяти, потере аппетита, а избыток — к повышению артериального давления, гипертонии, заболеваниям сердца. Специалисты по питанию рекомендуют потреблять в день не более 5 г (1 чайная ложка) поваренной соли (NaCl) на взрослого человека. О влиянии металлов на состояние животных и растений можно узнать из таблицы 17.
Таблица 17
Влияние недостатка
и избытка ионов металлов
на состояние растений и животных
Химические свойства металлов
Свойства металлов начинают изучать на уроках химии в 8–9 классе. В этом материале мы подробно разберем химические свойства этой группы элементов, а в конце статьи вы найдете удобную таблицу-шпаргалку для запоминания.
20 декабря 2021
· Обновлено 20 декабря 2021
Ждём вас 8 октября в 13:00. Вместе с педагогами, психологами и другими экспертами в образовании и воспитании ответим на главные вопросы мам и пап.
Металлы — это химические элементы, атомы которых способны отдавать электроны с внешнего энергетического уровня, превращаясь в положительные ионы (катионы) и проявляя восстановительные свойства.
В окислительно-восстановительных реакциях металлы способны только отдавать электроны, являясь сильными восстановителями. В роли окислителей выступают простые вещества — неметаллы (кислород, фосфор) и сложные вещества (кислоты, соли и т. д.).
Металлы в природе встречаются в виде простых веществ и соединений. Активность металла в химических реакциях определяют, используя электрохимический ряд, который предложил русский ученый Н. Н. Бекетов. По химической активности выделяют три группы металлов.
Ряд активности металлов
Металлы средней активности
Общие химические свойства металлов
Взаимодействие с неметаллами
Щелочные металлы сравнительно легко реагируют с кислородом, но каждый металл проявляет свою индивидуальность:
оксид образует только литий
натрий образует пероксид
калий, рубидий и цезий — надпероксид
Остальные металлы с кислородом образуют оксиды:
2Zn + O2 = 2ZnO (при нагревании)
Металлы, которые в ряду активности расположены левее водорода, при контакте с кислородом воздуха образуют ржавчину. Например, так делает железо:
С галогенами металлы образуют галогениды:
Медный порошок реагирует с хлором и бромом (в эфире):
При взаимодействии с водородом образуются гидриды:
Взаимодействие с серой приводит к образованию сульфидов (реакции протекают при нагревании):
Реакции с фосфором протекают до образования фосфидов (при нагревании):
Основной продукт взаимодействия металла с углеродом — карбид (реакции протекают при нагревании).
Из щелочноземельных металлов с углеродом карбиды образуют литий и натрий:
Калий, рубидий и цезий карбиды не образуют, могут образовывать соединения включения с графитом:
С азотом из металлов IA группы легко реагирует только литий. Реакция протекает при комнатной температуре с образованием нитрида лития:
Взаимодействие с водой
Все металлы I A и IIA группы реагируют с водой, в результате образуются растворимые основания и выделяется H2. Литий реагирует спокойно, держась на поверхности воды, натрий часто воспламеняется, а калий, рубидий и цезий реагируют со взрывом:
Металлы средней активности реагируют с водой только при условии, что металл нагрет до высоких температур. Результат данной реакции — образование оксида.
Неактивные металлы с водой не взаимодействуют.
Взаимодействие с кислотами
Если металл расположен в ряду активности левее водорода, то происходит вытеснение водорода из разбавленных кислот. Данное правило работает в том случае, если в реакции с кислотой образуется растворимая соль.
2Na + 2HCl = 2NaCl + H2
При взаимодействии с кислотами-окислителями, например, азотной, образуется продукт восстановления кислоты, хотя протекание реакции также неоднозначно.
Металлы IА группы:
Металлы IIА группы
Такие металлы, как железо, хром, никель, кобальт на холоде не взаимодействуют с серной кислотой, но при нагревании реакция возможна.
Взаимодействие с солями
Металлы способны вытеснять из растворов солей другие металлы, стоящие в ряду напряжений правее, и могут быть вытеснены металлами, расположенными левее:
Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu
На металлы IА и IIА группы это правило не распространяется, так как они реагируют с водой.
Реакция между металлом и солью менее активного металла возможна в том случае, если соли — как вступающие в реакцию, так и образующиеся в результате — растворимы в воде.
Взаимодействие с аммиаком
Щелочные металлы реагируют с аммиаком с образованием амида натрия:
Взаимодействие с органическими веществами
Металлы IА группы реагируют со спиртами и фенолами, которые проявляют в данном случае кислотные свойства:
Также они могут вступать в реакции с галогеналканами, галогенпроизводными аренов и другими органическими веществами.
Взаимодействие металлов с оксидами
Для металлов при высокой температуре характерно восстановление неметаллов или менее активных металлов из их оксидов.
3Са + Cr2O3 = 3СаО + 2Cr (кальциетермия)
Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков
Вопросы для самоконтроля
С чем реагируют неактивные металлы?
С чем связаны восстановительные свойства металлов?
Верно ли утверждение, что щелочные и щелочноземельные металлы легко реагируют с водой, образуя щелочи?
Методом электронного баланса расставьте коэффициенты в уравнении реакции по схеме:
Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NH4NO3 + Н2O
Как металлы реагируют с кислотами?
Подведем итоги
От активности металлов зависит их химические свойства. Простые вещества — металлы в окислительно-восстановительных реакциях являются восстановителями. По положению металла в электрохимическом ряду можно судить о том, насколько активно он способен вступать в химические реакции (т. е. насколько сильно у металла проявляются восстановительные свойства).
Напоследок поделимся таблицей, которая поможет запомнить, с чем реагируют металлы, и подготовиться к контрольной работе по химии.
Читайте также: