Краткий конспект подготовки к ЗНО по химии №13 Общие сведения о металлах

Конспект 13. Общие сведения о металлах

Физические свойства металлов

Металлами являются вещества, характеризующиеся в обычных условиях 

1. высокими электро- и теплопроводностью,
2. ковкостью,
3. «металлическим» блеском,
4. непрозрачностью

Эти свойства обусловленными наличием в их кристаллической решетке большого количества не связанных с атомными ядрами подвижных электронов проводимости.
Свойства металлов объясняются особенностями их строения:
1. Расположением и характером движения электронов в атомах;
2. Расположением атомов, ионов и молекул в пространстве;
3. Размерами, формой и характером кристаллических образований.
Особенности атомного строения определяют характер взаимодействия металлов, способность их давать различного рода соединения, в которые входят несколько металлов, металлы с неметаллами и т. д.
При разных температурах некоторые химические элементы имеют 2 и более устойчивых типа кристаллических решеток.
Существование одного металла в различных кристаллических формах (модификациях) при разных температурах называется полиморфизмом, или аллотропией, а переход из одного строения в другое – полиморфным (аллотропическим) превращением.
Аллотропические формы, получающиеся в результате полиморфного превращения, обычно обозначают начальными буквами греческого алфавита α, β, γ, δ.
К таким полиморфным металлам относятся, например, кобальт (Со), олово (Sn), марганец (Мn), железо (Fe).
В свою очередь изменение строения кристаллической решетки вызывает изменение свойств – механических, химических и магнитных свойств, электропроводности, теплопроводности, теплоемкости и др. К металлам, которые имеют только один тип кристаллической решетки и называются изоморфными, относятся алюминий (А1), медь (Сu), никель (Ni), хром (Сr), ванадий (W) и др.

Металлы в природе

Металлы присутствуют в природе как в самородном состоянии (самородные металлы), так и в виде различных соединений.
В свободном состоянии присутствуют в природе металлы, которые либо плохо окисляются кислородом, либо совсем не окисляются. Например, платина, золото, серебро. Реже медь, ртуть и некоторые другие. Самородные металлы встречаются в природе в небольших количествах в виде зерен или вкраплении в различных минералах. Лишь изредка они образуют большие куски – самородки. Самый большой самородок золота весил 112 кг. Иногда металлы практически в чистом виде содержатся в метеоритах. Так некоторые предметы из высокочистого железа, найденные археологами, объясняются именно тем, что они были изготовлены из метеоритного железа.
Но чаще всего металлы существуют в природе в связанном состоянии в составе минералов.
Минерал – это химически и физически индивидуализированный продукт природной физико-химической реакции, находящийся в кристаллическом состоянии.
Очень часто это оксиды. Например, оксид железа(III)  – гематит или красный железняк.

 – магнетит или магнитный железняк. Нередко минералами являются сульфидные соединения: галенит ZnS, киноварь HgS.
Активные металлы часто присутствуют в природе в виде солей (сульфаты, нитраты, хлориды, карбонаты).

Получение металлов

Минералы входят в состав горных пород и руд.
Рудами называются природные образования, содержащие минералы в таком количестве, чтоб из этих руд было выгодно получать металлы. Обычно перед получением металла из руды, руду обогащают, удаляя пустую породу и различные примеси. При этом образуется концентрат, который и является исходным сырьем для металлургической промышленности.
Существуют различные способы обогащения руды. Один из них флотация.
Для получения металлов из руд необходимо перевести металлы из руд в какую-нибудь единую форму, чаще всего в форму оксидов.

Полученные оксиды можно восстанавливать несколькими способами.
1. Один из основных – это металлотермия.
А. Алюмотермия (алюминотермия)

Б. Магниетермия.

Можно проводить восстановление и другими веществами.
↑

2. Термическое разложение соединений металлов.
↑
↑

Этот метод применяется для получения высокочистых металлов.

3. Электролитическое получение металлов.
Металлы, особенно, активные можно получить при электролизе расплавов электролитов. Для щелочных металлов – это единственный способ их получения. Возможно получение металлов при электролизе водных растворов солей. Катионы металлов, расположенных в электрохимическом ряду напряжений до водорода, разряжаются на катоде в той или иной степени одновременно с молекулами воды. А в случае солей металлов, расположенных правее водорода, на катоде получается только соответствующий металл.

4. Более активный металл вытесняет менее активный из раствора его соли.

В таких реакциях нельзя использовать щелочные и щелочноземельные металлы, потому что они реагируют с водой.

Коррозия металлов

Коррозия – самопроизвольное разрушение металлов и сплавов под воздействием окружающей среды. Коррозию металлов и сплавов вызывают такие компоненты окружающей среды как вода, кислород, оксиды углерода и серы, содержащиеся в воздухе, морская вода и грунтовые воды.
По типу агрессивных сред, в которых протекает коррозия, она может быть следующих видов:
1. Газовая коррозия
2. Атмосферная коррозия
3. Коррозия в не электролитах
4. Коррозия в электролитах
5. Подземная коррозия
6. Биокоррозия
Чаще всего коррозии подвергаются изделия из железа.
Особенно сильно коррозируют металлы во влажном воздухе и в воде. В повседневной жизни для сплавов железа чаще всего использую термин «ржавление». Химически чистое железо ржавеет медленно, техническое железо, содержащее различные примеси ржавеет быстро. Коррозия зависит не только от химического состава объекта, но и от того какие примеси и в каком количестве этот объект содержит.
Способы борьбы с коррозией.
1. Нанесение различных покрытий на поверхность металла (краски, эмали, другой металл).
2. Использование нержавеющих сплавов, добавки к железу Cr, Ni, Ti.
3. Введение ингибиторов коррозии.
4. Контакт с более активным металлом, протектором. Сначала будет корродировать протектор, потом защищаемый металл.