Сайт учителя химии Черкасовой Елены Михайловны

Общие химические свойства металлов. Электрохимический ряд напряжений металлов.

Атомы металлов сравнительно легко отдают валентные электроны и переходят в положительно заряженные ионы, то есть окисляются. В этом, как вам известно, заключается главное общее свойство и атомов, и простых веществ-металлов.

Металлы в химических реакциях всегда восстановители. Восстановительная способность атомов простых веществ – металлов, образованных химическими элементами одного периода или одной главной подгруппы Периодической системы Д. И. Менделеева, изменяется закономерно.

Восстановительную активность металла в химических реакциях, которые протекают в водных растворах, отражает его положение в электрохимическом ряду напряжений металлов.

 

 

На основании этого ряда напряжений можно сделать следующие важные заключения о химической активности металлов в реакциях, протекающих в водных растворах при стандартных условиях (t = 25° С, p = 1 атм):

• Чем левее стоит металл в этом ряду, тем более сильным восстановителем он является.

• Каждый металл способен вытеснять (восстанавливать) из солей в растворе те металлы, которые в ряду напряжений стоят после него (правее).

• Металлы, находящиеся в ряду напряжений левее водорода, способны вытеснять его из кислот в растворе.

• Металлы, являющиеся самыми сильными восстановителями (щелочные и щелочноземельные), в любых водных растворах взаимодействуют прежде всего с водой.

  Восстановительная активность металла, определенная по электрохимическому ряду, не всегда соответствует положению его в Периодической системе. Это объясняется тем, что при определении положения металла в ряду напряжений учитывают не только энергию отрыва электронов от отдельных атомов, но и энергию, затрачиваемую на разрушение кристаллической решетки, а также энергию, выделяющуюся при гидратации ионов.

  Например, литий более активен в водных растворах, чем натрий (хотя по положению в Периодической системе Na – более активный металл). Дело в том, что энергия гидратации ионов Li⁺ значительно больше, чем энергия гидратации ионов Na⁺, поэтому первый процесс является энергетически более выгодным.

  Рассмотрев общие положения, характеризующие восстановительные свойства металлов, перейдем к конкретным химическим реакциям.

  Взаимодействие с простыми веществами-неметаллами

1. С кислородом большинство металлов образуют оксиды – основные и амфотерные. Кислотные оксиды переходных металлов, например оксид xpома (VI) CrO₃ или оксид марганца (VII) Mn₂O₇, не образуются при прямом окислении металла

кислородом. Их получают косвенным путем.

Щелочные металлы Na, K активно реагируют с кислородом воздуха, образуя пероксиды:

 

Литий и щелочноземельные металлы взаимодействуют с кислородом воздуха, образуя основные оксиды:

 

 

Другие металлы, кроме золота и платиновых металлов, которые вообще не окисляются кислородом воздуха, взаимодействуют с ним менее активно или при нагревании:

 

 

 

2.С галогенами металлы образуют соли галогеноводородных кислот, например:

 

3.С водородом самые активные металлы образуют гидриды – ионные солеподобные вещества, в которых водород имеет степень окисления –1, например:

4.С серой металлы образуют соли – сульфиды, например:

5.С азотом металлы реагируют несколько труднее, так как химическая связь в молекуле азота N₂ очень прочна, при этом образуются нитриды. При обычной температуре взаимодействует с азотом только литий:

 

 

 

 

Взаимодействие со сложными веществами

1. С водой. Щелочные и щелочноземельные металлы при обычных условиях вытесняют водород из воды и образуют растворимые основания-щелочи, например:

2. Другие металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, тоже могут при определенных условиях вытеснять водород из воды. Но алюминий бурно взаимодействует с водой, только если удалить с его поверхности оксидную пленку:

3. Магний взаимодействует с водой только при кипячении, при этом также выделяется водород:

 

4.Железо взаимодействует с водой только в раскаленном виде:

5. С кислотами в растворе (HCl, H₂SO_4разб, СН₃СООН и др., кроме HNO₃) взаимодействуют металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода. При этом образуются соль и водород.

Например:

 

6.С солями менее активных металлов в растворе. В результате такой реакции образуется соль более активного металла и выделяется менее активный металл в свободном виде.

Например:

Нужно помнить, что реакция идет в тех случаях, когда образующаяся соль растворима. Вытеснение металлов из их соединений другими металлами впервые подробно изучал Н. Н. Бекетов – крупный русский физикохимик. Он расположил металлы по химической активности в «вытеснительный ряд», ставший прототипом ряда напряжений металлов.

7.С органическими веществами. Взаимодействие с органическими кислотами аналогично реакциям с минеральными кислотами. Спирты же могут проявлять слабые кислотные свойства при взаимодействии со щелочными металлами: