Где какие химические свойства

Среди металлов традиционно выделяют несколько групп. Входящие в их состав представители характеризуются отличной от других металлов химической активностью. Такими группами являются:

• благородные металлы (серебро, золото, платина);
   
• щелочные металлы (металлы, образованные элементами (I)А группы периодической системы);
   
• щелочноземельные металлы (кальций, стронций, барий, радий).

Простые вещества, обладающие металлическими свойствами, в химических реакциях всегда являются восстановителями. Положение металла в ряду активности характеризует то, насколько активно данный металл способен вступать в химические реакции (т. е. то, насколько сильно у него проявляются свойства восстановителя).

Ряд активности металлов

3. Металлы, находящиеся в ряду активности левее водорода, способны вытеснять его из растворов кислот.
 

4. Щелочные и щелочноземельные металлы в любых водных растворах взаимодействуют прежде всего с водой.

Общие химические свойства металлов

Взаимодействие с простыми веществами-неметаллами

1. Металлы взаимодействуют с кислородом, образуя оксиды.

Например, при взаимодействии магния с кислородом образуется оксид магния:

2Mg0+O02→2Mg+2O−2.

Видеофрагмент:

2. Металлы взаимодействуют с галогенами (фтором, хлором, бромом и иодом), образуя галогениды.

Например, при взаимодействии натрия с хлором образуется хлорид натрия:

2Na0+Cl02→2Na+1Cl−1.

Объектом химии считается вещество и влияние на него звуковых и магнитных полей. Само понятие имеет массу и бывает в трёх агрегатных состояниях — твёрдом, газообразном и жидком. Для каждого компонента характерны определённые химические свойства. При их вступлении в реакцию получается новое образование, например, нагретый сахар превращается в уголь и воду.

На уроках химии школьники изучают особенности превращения одних веществ в другие. К задачам предмета относится определение, с какими химическими компонентами при определённых условиях реагирует то либо иное вещество, что при этом образуется. Дополнительно изучаются условия, при которых протекают подобные превращения, и методы получения нужного состояния.

Под химсвойствами подразумевается совокупность информации о том, с какими иными компонентами и при каких условиях вступает во взаимодействие данное вещество. Атомы — частицы, которые участвуют в превращениях. При реакции они перегруппировываются. Старые связи между ними разрушаются, но возникают новые.

Для каждого вида атома характерен конкретный химический элемент (ХМ) — совокупность атомов с близкими либо одинаковыми характеристиками. В природе известно до 90 разных ХМ. Учёные в области физики способны создать новые виды атомов, которые отсутствуют на Земле. Такие компоненты называются искусственными. Их число превышает два десятка. У ХМ имеется латинское название и символ из 1−2 букв. От класса соединения зависит, какие химические свойства (ХС) характерны: кислоты, галогены, спирт.

Под ХС понимается способность взаимодействовать с иными компонентами, а также распадаться и диссоциироваться. Главное свойство — электроотрицательность. Чтобы описать реакционную способность, используются некоторые численные значения. Каждое из них зависит от определённых условий измерения.

ХС зависит от структуры молекул, степени их пространственности. Для веществ с одним составом и структурой характерны одинаковые виды химических свойств, кроме реакций с ХМ иной пространственной конфигурации.

Электролиты и галогены

Кислоты участвуют в реакциях с переходом электрона. Химические характеристики, свойственные для образования, зависят от его названия. Электролиты появляются в результате диссоциации водорода, который легко замещается металлами с последующим формированием соли.

Для кислот характерно сообразование гидратированных ионов, которые придают соответствующий вкус и способность изменять цвет. Другое химическое вещество — галоген. В переводе с греческого означает «рождение, происхождение». Компоненты относятся к основной подгруппе VII группы таблицы Менделеева. Им свойственно реагировать с любым простым элементом, кроме неметаллов.

Галогены считаются энергетическими окислителями, поэтому в природе встречаются в качестве соединений. При увеличении номера уменьшается активность галогенов:

1. фтор;
2. бром;
3. хлор.

Взаимодействуя с металлами, формируется ионная связь, образуется соль. Все представители группы, кроме фтора, взаимодействуя с электроотрицательными компонентами, проявляют восстановительные свойства. Для них характерна высокая окислительная активность. Она уменьшается в процессе перехода от фтора к астату.

Сам фтор (F) считается самым активным галогеном. Он реагирует с любым металлом. Без нагрева он реагирует с неметаллами. Облучение способствует образованию инертного газа. Энергично протекает взаимодействие фтора со сложным веществом. Таким методом окисляется вода, а реакция приобретает взрывной характер.

Аналогичное явление наблюдается при освещении хлора (Cl) с водородом. Первый компонент быстро реагирует со сложными ХМ. При нагреве легко вытесняется йод либо бром из соединения хлора с металлом. При взаимодействии с водой наблюдаются следующие явления:

1. растворение хлора;
2. частичная реакция;
3. образование равновесной смеси веществ.

Cl легко диспропорционируется со щелочами. Бром (Br) способен быстро растворяться в воде, частично реагируя с Н2О, образуя бромную воду.

Йод в воде не растворяется и не окисляется при нагревании. При этом он способен расщепляться в иодидных растворах, образуя комплексные анионы, включая раствор Люголя.

Йод отличается от других ХМ своей активностью. Он не вступает в реакцию со многими неметаллами, а с металлами при нагревании реагирует медленно. Для реакции водорода и йода характерна эндотермичность и сильнообратимость. Учёные доказали, что химическая активность галогенов уменьшается последовательно от F к астату (At). Каждый компонент из ряда вытесняет последующий из его соединений с металлом либо водородом. Любой галоген окисляет галогенид-ион любого из последующих галогенов. В процессе диссоциации формируются протоны, ионы.

Взаимодействие со спиртами

К химическим элементам относятся спирты. Они легко вступают в реакцию с иными компонентами и относятся к гидроксильной группе, для которой характерно наличие углеводородной цепи. Чем она больше, тем сильнее влияет на функциональную группу. При этом снижается полярность связи О-Н.

При разрыве связи реакция протекает медленно. На основе гидроксильной группы наблюдается отрицательный индуктивный эффект. В основе классификации спиртов на группы лежат их химические свойства. Специалисты выделяют воду либо оксид водорода, металлы, простые вещества. Первый компонент представлен в виде прозрачной жидкости без цвета, вкуса и запаха. Его свойства:

1. возможность преобразовываться в разные состояния (лёд, пар);
2. сильная полярность;
3. в природе содержит в себе газы, соли.

Н2О считается самым распространённым растворителем на Земле. Химически вода активна. Её полярные молекулы способствуют образованию гидратов и кристаллогидратов. Н2О при комнатной температуре реагирует со следующими компонентами:

1. Активные металлы (натрий, кальций, калий).
2. Фтор.
3. Соли из слабой кислоты.
4. Бор.

При нагревании она вступает в реакцию с магнием и железом, метаном и углём. На основе катализаторов образуется ацетилен, алкен, амидам.

К простым ХМ относятся металлы. Для них характерны следующие свойства: высокие электро- и теплопроводность, пластичность, блеск, положительное сопротивление. Внешний электронный уровень представлен в виде незначительного числа электронов (максимум три). Вступая в реакцию, они выполняют функции восстановителей, отдавая свои электроны.

С кислородом взаимодействуют все элементы группы, кроме платины и золота. Реакция с серебром возможна, если достигнута высокая температура. Из-за термической неустойчивости оксид серебра не образуется. Перечень элементов, которые появляются на выходе (зависит от названия металла, который участвует в реакции):

1. пероксиды;
2. оксиды;
3. надпероксиды.

Для получения пероксида используется металл. С малоактивным и средним компонентом реакции возникает при нагревании. Взаимодействие с азотом осуществляется на основе максимально активных металлов (АМ). При комнатной температуре взаимодействует только литий, который способствует появлению нитридов. При нагревании серы и железа получается сульфид.

С водородом и углеродом взаимодействуют наиболее АМ. С кислотами металл реагирует по-разному. ХМ, которые находятся в таблице до водорода, взаимодействуют с любой кислотой. Неокисляющие вещества с металлами участвуют в реакции замещения, для которой свойственно окисление и восстановление.

Окисляющая кислота, вступая в реакцию с металлом, расположенным после водорода, образует следующие продукты:

1. водород;
2. магний.

При взаимодействии железа и HNO3 различной концентрации получается Cu, NO. Больше вариантов реакций характерно для взаимодействия с АМ. Современные химики разработали технологию легирования, с помощью которой осуществляется ввод в расплав дополнительных ХМ. Они легко модифицируют физические, механические и химические свойства главного материала.

Загрузка…

IIA группа содержит только металлы – Be (бериллий), Mg (магний), Ca (кальций), Sr (стронций), Ba (барий) и Ra (радий). Химические свойства первого представителя этой группы — бериллия — наиболее сильно отличаются от химических свойств остальных элементов данной группы. Его химические свойства во многом даже более схожи с алюминием, чем с остальными металлами IIA группы (так называемое «диагональное сходство»). Магний же по химическим свойствами тоже заметно отличается от Ca, Sr, Ba и Ra, но все же имеет с ними намного больше сходных химических свойств, чем с бериллием. В связи со значительным сходством химических свойств кальция, стронция, бария и радия их объединяют в одно семейство, называемое щелочноземельными металлами.

Все элементы IIA группы относятся к s-элементам, т.е. содержат все свои валентные электроны на s-подуровне. Таким образом, электронная конфигурация внешнего электронного слоя всех химических элементов данной группы имеет вид ns2 , где n – номер периода, в котором находится элемент.

Вследствие особенностей электронного строения металлов IIA группы, данные элементы, помимо нуля, способны иметь только одну единственную степень окисления, равную +2. Простые вещества, образованные элементами IIA группы, при участии в любых химических реакциях способны только окисляться, т.е. отдавать электроны:

Ме0 – 2e— → Ме+2

Кальций, стронций, барий и радий обладают крайне высокой химической активностью. Простые вещества, образованные ими, являются очень сильными восстановителями. Также сильным восстановителем является магний. Восстановительная активность металлов подчиняется общим закономерностям периодического закона Д.И. Менделеева и увеличивается вниз по подгруппе.

Взаимодействие с простыми веществами

с кислородом

Без нагревания бериллий и магний не реагируют ни с кислородом воздуха, ни с чистым кислородом ввиду того, что покрыты тонкими защитными пленками, состоящими соответственно из оксидов BeO и MgO. Их хранение не требует каких-либо особых способов защиты от воздуха и влаги, в отличие от щелочноземельных металлов, которые хранят под слоем инертной по отношению к ним жидкости, чаще всего керосина.

Be, Mg, Ca, Sr при горении в кислороде образуют оксиды состава MeO, а Ba – смесь оксида бария (BaO) и пероксида бария (BaO2):

2Mg + O2 = 2MgO

2Ca + O2 = 2CaO

2Ba + O2 = 2BaO

Ba + O2 = BaO2

Следует отметить, что при горении щелочноземельных металлов и магния на воздухе побочно протекает также реакция этих металлов с азотом воздуха, в результате которой, помимо соединений металлов с кислородом, образуются также нитриды c общей формулой Me3N2.

с галогенами

Бериллий реагирует с галогенами только при высоких температурах, а остальные металлы IIA группы — уже при комнатной температуре:

Мg + I2 = MgI2 – иодид магния

Са + Br2 = СаBr2 –  бромид кальция

Ва + Cl2 = ВаCl2 – хлорид бария

с неметаллами IV–VI групп

Все металлы IIA группы реагируют при нагревании со всеми неметаллами IV–VI групп, но в зависимости от положения металла в группе, а также активности неметаллов требуется различная степень нагрева. Поскольку бериллий является среди всех металлов IIA группы наиболее химически инертным, при проведении его реакций с неметаллами требуется существенно большая температура.

Следует отметить, что при реакции металлов с углеродом могут образовываться карбиды разной природы. Различают карбиды, относящиеся к метанидам и условно считающимися производными метана, в котором все атомы водорода замещены на металл. Они так же, как и метан, содержат углерод в степени окисления -4, и при их гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями одним из продуктов является метан. Также существует другой тип карбидов – ацетилениды, которые содержат ион C22-, фактически являющийся фрагментом молекулы ацетилена. Карбиды типа ацетиленидов при гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями образуют ацетилен как один из продуктов реакции. То, какой тип карбида – метанид или ацетиленид — получится при взаимодействии того или иного металла с углеродом, зависит от размера катиона металла. С ионами металлов, обладающих малым значением радиуса, образуются, как правило, метаниды, с ионами более крупного размера – ацетилениды. В случае металлов второй группы метанид получается при взаимодействии бериллия с углеродом:

Остальные металлы II А группы образуют с углеродом ацетилениды:

С кремнием металлы IIA группы образуют силициды — соединения вида Me2Si, с азотом – нитриды (Me3N2), фосфором – фосфиды (Me3P2):

с водородом

Все щелочноземельные металлы реагируют при нагревании с водородом. Для того чтобы магний прореагировал с водородом, одного нагрева, как в случае со щелочноземельными металлами, недостаточно, требуется, помимо высокой температуры, также и повышенное давление водорода. Бериллий не реагирует с водородом ни при каких условиях.

Взаимодействие со сложными веществами

с водой

Все щелочноземельные металлы активно реагируют с водой с образованием щелочей (растворимых гидроксидов металлов) и водорода. Магний реагирует с водой лишь при кипячении вследствие того, что при нагревании в воде растворяется защитная оксидная пленка MgO. В случае бериллия защитная оксидная пленка очень стойкая: с ним вода не реагирует ни при кипячении, ни даже при температуре красного каления:

c кислотами-неокислителями

Все металлы главной подгруппы II группы реагируют с кислотами-неокислителями, поскольку находятся в ряду активности левее водорода. При этом образуются соль соответствующей кислоты и водород. Примеры реакций:

Ве + Н2SO4(разб.) = BeSO4 + H2↑

Mg + 2HBr = MgBr2 + H2↑

Ca + 2CH3COOH = (CH3COO)2Ca + H2↑

c кислотами-окислителями

− разбавленной азотной кислотой

С разбавленной азотной кислотой реагируют все металлы IIA группы. При этом продуктами восстановления вместо водорода (как в случае кислот-неокислителей) являются оксиды азота, преимущественно оксид азота (I) (N2O), а в случае сильно разбавленной азотной кислоты – нитрат аммония (NH4NO3):

4Ca + 10HNO3(разб.) = 4Ca(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O

4Mg + 10HNO3(сильно разб.) = 4Mg(NO3)2 + NН4NO3 + 3H2O

− концентрированной азотной кислотой

Концентрированная азотная кислота при обычной (или низкой) температуре пассивирует бериллий, т.е. в реакцию с ним не вступает. При кипячении реакция возможна и протекает преимущественно в соответствии с уравнением:

Магний и щелочноземельные металлы реагируют с концентрированной азотной кислотой с образованием большого спектра различных продуктов восстановления азота.

− концентрированной серной кислотой

Бериллий пассивируется концентрированной серной кислотой, т.е. не реагирует с ней в обычных условиях, однако реакция протекает при кипячении и приводит к образованию сульфата бериллия, диоксида серы и воды:

Be + 2H2SO4 → BeSO4 + SO2↑+ 2H2O

Барий также пассивируется концентрированной серной кислотой вследствие образования нерастворимого сульфата бария, но реагирует с ней при нагревании, сульфат бария растворяется при нагревании в концентрированной серной кислоте благодаря его превращению в гидросульфат бария.

Остальные металлы главной IIA группы реагируют с концентрированной серной кислотой при любых условиях, в том числе на холоду. Восстановление серы происходит преимущественно до сероводорода:

4Mg + 5H2SO4(конц.) = 4MgSO4 + H2S↑ + 4H2O

с щелочами

Магний и щелочноземельные металлы со щелочами не взаимодействуют, а бериллий легко реагирует как растворами щелочей, так и с безводными щелочами при сплавлении. При этом при осуществлении реакции в водном растворе в реакции участвует также и вода, а продуктами являются тетрагидроксобериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и газообразный водород:

Be + 2KOH + 2H2O = H2↑ + K2[Be(OH)4] — тетрагидроксобериллат калия

При осуществлении реакции с твердой щелочью при сплавлении образуются бериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и водород

Be + 2KOH = H2↑+ K2BeO2 — бериллат калия

с оксидами

Щелочноземельные металлы, а также магний могут восстанавливать менее активные металлы и некоторые неметаллы из их оксидов при нагревании, например:

Метод восстановления металлов из их оксидов магнием называют магниетермией.