METALE
METALE
Metale stanowią większość pierwiastków w
układzie okresowym
H He
Li Be
Na Mg
Al
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga
Rb Sr
Y
Zr Nb Mo
Tc
Ru Rh Pd Ag Cd
Tl Pb Bi
La
Hf Ta W Re Os Ir
Pt Au Hg
Ce Pr
Cs Ba
In Sn
Ac
Fr Ra
Nd
Pm
Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Th Pa U
Np Pu Am Cm
Cf Es Fm Md No Lr
Bk
WŁASNOŚCI FIZYCZNE I
CHEMICZNE METALI
1.
Liczba elektronów walencyjnych
≤
3
o
niska energia jonizacji i elektroujemność w związkach
chemicznych występują na dodatnich stopniach utlenienia
(jako kationy)
2.
Dobre przewodnictwo elektryczne i cieplne wynika z
charakteru wiązań (delokalizacja elektronów)...
3.
Cechy fizyczne - jak temperatura topnienia i wrzenia,
kowalność, twardość -zmieniają się w szerokich
granicach
4.
Metale krystalizują w gęsto upakowanych strukturach o
symetrii regularnej lub heksagonalnej
5.
Ze względu na podobieństwo stuktur tworzą jednorodne
mieszaniny (lub związki) w szerokim zakresie składów
(stopy), składające się z kilku lub nawet kilkunastu
składników. Właściwości stopu nie są sumą właściwości
poszczególnych składników
Struktura metali – wiązania chemiczne
Gęste upakowanie
w strukturze regularnej
Gęste upakowanie
w strukturze heksagonalnej
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Elektrony z powłok
walencyjnych słabo związane
z poszczególnymi atomami
tworzą gaz elektronowy –
orbital zdelokalizaowany w
całym krysztale
Otrzymywanie metali
REDUKCJA RUD
Niektóre metale (szlachetne) występują w przyrodzie w
stanie rodzimym, inne otrzymuje się z ich związków, zwanych
rudami:
Ponieważ metale występują w związkach na dodatnim
stopniu utlenienia, otrzymywanie czystego metalu jest
procesem redukcji:
Metal
Proces metalurgiczny
Na, K, Ca, Mg
Elektroliza stopionych soli
Al
Elektroliza tlenku
Fe, Ni, Co, Cr
Redukcja węglem, CO, H
2
Hg, Ag, Cu, Zn
Termiczny rozkład soli
(siarczków); przeróbka chemiczna
ro
sn
ą
ca
a
k
ty
w
n
o
ść
m
et
a
lu
Elektroliza stopionych soli
katoda - Fe
anoda - grafit
stopiony sód
chlor
2Cl
Cl
2 (g)
−
→
↑ +
2e
Na
Na
(c)
+
+ →
e
Ciekły NaCl
temperatura > 600
EC
Otrzymywanie aluminium
elektroliza stopionego tlenku
katoda
wanna żelazna (Fe)
anoda -grafit
ciekły Al
wypływ
stopiony Al
2
O
3
z
dodatkiem kriolitu
Na
3
AlF
6
-1000 EC
CO
2
Sumaryczna reakcja:
2
3
2
3CO
4Al
3C
O
2Al
+
→
+
wzrost T
Otrzymywanie żelaza – wielki piec
Ruda żelaza Fe
2
O
3
, Fe
3
O
4
Koks C
Wapień CaCO
3
powietrze
wzbogacone
w tlen
3
2
2
3
3
2
2
3
2
2
2
2
2
1
2
2
1
CaSiO
SiO
CaO
CO
CaO
CaCO
CO
3
2Fe
C
3
O
Fe
2Fe
3CO
O
Fe
3CO
2CO
C
CO
CO
O
CO
CO
O
C
→
+
+
→
+
↔
+
+
↔
+
↔
+
↔
+
↔
+
surówka żelaza
(Fe+C)
szlaka
CaSiO
3
Termiczny rozkład siarczków
(z utlenianiem)
Otrzymywanie rtęci:
2
2
SO
Hg
O
HgS
+
→
+
Otrzymywanie miedzi:
2
2
2
2
2
2
2
3
2
SO
6Cu
S
Cu
O
2Cu
SO
O
Cu
O
S
Cu
+
→
+
+
→
+
Metale grup 1,2,13 (s,p)
Al
Ga
Tl
In
13 (IIIA)
Glinowce
Be
Mg
Ca
Sr
Ba
Ra
2 (IIA)
Berylowce
Li
Na
K
Rb
Cs
Fr
1 (IA)
Litowce
Konfiguracja powłoki
walecyjnej:
ns
1
ns
2
ns
2
np
1
Elektroujemność:
0,9-0,7
1,4-0,9
1,4-1,8
Gęstość:
0,5-1,4
1,9-5,0
2,7-11,9
Wszystkie te metale wykazują niski potencjał redoksowy
i dużą aktywność chemiczną ...
Glinowce
1.
Glinowce występują w związkach najczęściej na +III i +I
stopniu utlenienia z dużym udziałem wiązania jonowego;
2.
Elektroujemność rośnie (!) ze wzrostem masy molowej;
3.
Tlenki glinu, galu i indu mają charakter
amfoteryczny
, a
tlenek talu (I) -
zasadowy
;
4.
W miarę wzrostu masy molowej, poziomy ns i np
oddalają się. Najtrwalsze związki glinu tworzą się na +III
stopniu utlenienia, dla talu – jonowe na + 1 stopniu - bez
udziału elektronów s;
5.
Wiązania mają charakter jonowy lub kowalencyjny
spolaryzowany; tworzą się kryształy jonowe lub
kowalencyjne, rzadziej – cząsteczkowe
Chemia glinu
Glin
utlenia się bardzo szybko (nawet w temperaturze
pokojowej), ale cienka warstwa tlenku jest bardzo
szczelna i uniemożliwia dalsze utlenianie (
pasywacja
)
Glin
rozpuszcza się zarówno w kwasach, jak i zasadach, a
wodorotlenek glinu
, podobnie jak tlenek jest
amfoteryczny
:
Gliniany w stanie stałym ulegają kondensacji (jak
krzemiany i borany) – Al(OH
)4
-
jest tetraedryczny. Ze
względu na promień jonowy
Al
3+
glin zastępuje łatwo
krzem w tetraedrach
SiO
4
n-
−
−
+
→
←
→
←
→
←
+
−
−
+
6
OH
4
OH
3
H
2
3
Al(OH)
Al(OH)
Al(OH)
O
3H
Al
-
3
10
5
K
3(s)
3OH
Al
Al(OH)
-33
+
→
←
+
⋅
=
O
H
H
AlO
Al(OH)
2
2
10
4
3
13
+
+
→
←
+
−
⋅
=
−
K
Chemia galu
Ga
spa
lan
ie
w C
l
2
GaCl
3
spa
lan
ie
w O
2
Ga
2
O
3
sp
ala
nie
w
S
2
Ga
2
S
3
H
2
SO
4
Ga
2
(SO
4
)
3
•16H
2
O
HNO
3
Ga(NO
3
)
3
NH
3
GaN
niebieski laser
Krótko o chemii
indu i talu ....
Berylowce
1.
Berylowce zwane metalami ziem alkalicznych w
związkach chemicznych występują zawsze na
+2
stopniu utlenienia.
wiązania mają charakter jonowych (z wyjątkiem Be)
2.
Przejawiają dużą aktywność chemiczną:
3.
Tworzą wodorki typu soli, z udziałem jonu
H
-
(z
wyjątkiem berylu, który tworzy wodorki
łańcuchowe):
↑
+
→
+
2
2
2
H
Ca(OH)
O
2H
Ca
Li
Na
K
Rb
Cs
Fr
Be
H
Be
H
Be
H
H
Be
H
H
Be
H
H
Be
H
H
H
H
Związki berylowców
Wodorotlenki berylowców mają charakter
zasadowy
, z wyjątkiem berylu, którego
wodorotlenek jest
amfoteryczny
Wiązania w solach są jonowe
Węglany i wodorowęglany berylowców
(Mg, Ca, Sr, Ba):
2
3
CO
MO
MCO
+
→
termiczny
rozklad
−
+
+
↔
↔
+
+
3
2
2
3
2
2
3
2HCO
M
)
M(HCO
CO
O
H
MCO
nierozpuszczalny
w wodzie
rozpuszczalny
w wodzie
wynik
dysocjacji
Ta ostatnia reakcja zachodzi w przyrodzie w sposób
spontaniczny
Twardość wody
Twardość przemijająca
–
rozpuszczone w wodzie wodorowęglany wapnia i magnezu
- obecne w wodzie jony Mg2+, Ca2+ oraz HCO3-
–
sposób usuwania - gotowanie (wytrącają się węglany
wapnia i magnezu na skutek przesunięcia równowagi
reakcji:
Twardość nieprzemijająca
–
rozpuszczone w wodzie chlorki i siarczany wapnia i
magnezu - jony
Mg
2+
, Ca
2+
oraz
Cl
-
i SO
4
2-
–
usuwanie przy pomocy wymieniaczy jonowych - jonitów
(kationitów i anionitów):
−
+
+
↔
↔
+
+
3
2
2
3
2
2
3
2HCO
M
)
M(HCO
CO
O
H
MCO
KATIONIT
ANIONIT
H
3
O
+
OH
-
Litowce
Li
Na
K
Rb
Cs
Fr
1. Litowce zwane metalami alkalicznymi
występują w związkach zawsze na +1 stopniu
utlenienia;
tworzą wiązania o charakterze
jonowym
2. Utlenianie litowców (z wyjątkiem litu)
prowadzi do otrzymywania nadtlenków;
wodorki mają charakter soli
roztwory wodorotlenków mają charakter
silnych zasad,
3. Prawie wszystkie sole litowców są dobrze
rozpuszczalne w wodzie
4. Przejawiają dużą aktywnośc chemiczną
2Na
2H O
2NaOH
H
2
2
+
→
+
↑
reakcja silnie egzotemiczna
Otrzymywanie sody metodą Solvaya
Surowce: CaCO
3
, NaCl, NH
3
CaCO
CaO CO
3
1000 C
2
≈
→
+
o
NH
H O
CO
NH (HCO
3
2
2
4
3
+
+
→
)
NH (HCO )
NaCl
NaHCO
NH Cl
4
3
3
4
+
→
+
2NaHCO
Na CO
H O CO
3
250 C
2
3
2
2
>
→
+
+
o
CaO
H O
Ca(OH)
Ca(OH)
2NH Cl
CaCl
H O
2NH
2
2
2
4
2
2
3
+
→
+
→
+
+
NaHCO
3
- soda oczyszczona,
Na
2
CO
3
- soda kalcynowana
NaOH
- soda żrąca
Otrzymywanie sody żrącej (NaOH)
1.
Metoda chemiczna:
2NaCl + Ca(OH)
2
→ 2NaOH + CaCl
2
2.
Metoda elektrochemiczna
Elektroliza wodnego roztworu NaCl w
odpowiednich warunkach
Metoda rtęciowa
NaCl
35 %
NaCl
18 %
temperatura ok. 85
EC
Katoda:
Na
+
+e
6Na(Hg)
Na(Hg)
H
2
O
Na
(Hg)
+H
2
O
6 NaOH+2H
2
8+(Hg)
NaOH
Hg
+
–
Hg
Anoda:
2Cl
-
6 Cl
2
+2e
Metoda membranowa
+
–
NaCl + HCl
H
2
O
Cl
2
H
2
Na
+
OH
-
NaOH
+
NaCl
NaOH
H
+
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
więcej podobnych podstron