). L.P. Ivanova, professeur de chimie au lycée de Novinsk (région d'Astrakhan) Comment déterminer la position des métaux dans le tableau périodique

Première partie

1. La position des métaux (M) dans le tableau périodique de D. I. Mendeleev.

Diagonale conditionnelle de B à At passant par les éléments des groupes A : IV → V → VI. Sur la diagonale et au-dessus se trouvent des non-métaux, et en dessous se trouvent des métaux.
Seul M est constitué de groupes B. Au total, sur 110 éléments, 88 éléments sont classés comme métaux.
Le groupe IA est constitué de métaux alcalins.
Le groupe IIA comprend les métaux alcalino-terreux.

2. Caractéristiques de la structure des atomes M :

1) le nombre e dans la couche externe de l'atome est 1-3 ;
2) Atome R – grande taille.

3. La relativité des éléments de division en M et NM (donner des exemples) :

1) étain gris – NM, étain blanc – M.
2) le graphite est NM, mais électriquement conducteur.
3) Cr, Zn, Al – M, mais amphotère.

4. Une liaison chimique métallique est connexion dans les métaux et les alliages entre les ions atomiques via e.

Schéma général de formation d'une liaison métallique :

5. Remplissez le tableau « Structure et propriétés des métaux ».

6. Notez les signes par lesquels vous pouvez distinguer les plaques réalisées :

a) en aluminium et en cuivre – couleur, densité, conductivité électrique et thermique
b) du plomb et de l'aluminium - couleur, densité, point de fusion
c) à partir d'argent et de graphite - couleur, forme, conductivité électrique.

7. À l'aide des images, remplissez les espaces vides pour créer une séquence : nom du(des) métal(s), propriété(s), domaine(s) d'application.

a) batterie en fonte - fonte, conductivité thermique, solidité, résistance à l'usure. Dans l'économie, la vie quotidienne, la métallurgie.
b) feuille d'aluminium - aluminium, facile à dérouler, plasticité, conductivité électrique et thermique élevée, résistance à la corrosion. DANS Industrie alimentaire, production d'alliages.
c) boutons et trombones en acier – acier, acier « doux », élastique, se plie facilement, ne rouille pas, solide et dur. Dans tous les secteurs de l'économie nationale.
d) support métallique - fer (acier), solide, solide, non exposé à l'environnement. Dans tous les secteurs de l'économie nationale.
e) dômes - or, inerte, apparence. Utilisé dans la construction - le roulage, en bijouterie.
f) thermomètre – le mercure (métal liquide), se dilate lorsqu'il est chauffé, dans les thermomètres médicaux. Obtention d'alliages pour l'extraction de l'or. Les lampes.

8. Remplissez le tableau « Classification des métaux ».

9. L’alliage est est un matériau métallique homogène constitué d'un mélange de deux ou plusieurs éléments chimiques avec une prédominance de composants métalliques.

10. Alliages ferreux :

11. Remplissez le tableau « Alliages et leurs composants ».

12. Écrivez les noms des alliages à partir desquels les objets montrés sur les images peuvent être fabriqués.

a) acier
b) le cupronickel
c) duralumin
d) bronze
e) bronze
e) fonte

Partie II

1. Atomes métalliques ayant dans la couche externe :

a) 5e – Sb (antimoine), Bi (bismuth)
b) 6e – Po (polonium)

Pourquoi?
Ils sont répartis respectivement en 5 et 6 groupes

2. Atome métallique ayant 3e dans la couche externe, - le bore.
Pourquoi?
Il se situe dans le groupe 3.

3. Remplissez le tableau « Structure atomique et liaison chimique ».

4. Éliminez « l’élément supplémentaire ».
4) Oui

5. Lequel des groupes d'éléments suivants contient uniquement des métaux ?
Il n'y a pas de bonne réponse

6. Quelle propriété physique n’est pas commune à tous les métaux ?
3) état solide d'agrégation dans des conditions standard

7. Quelle affirmation est vraie ?
4) atomes métalliques et métaux - les substances simples ne présentent que des propriétés réductrices.

8. Tous les éléments des sous-groupes principaux sont des métaux s'ils se trouvent dans le tableau périodique en dessous de la diagonale :
3) bore - astatine

9. Nombre d'électrons à l'extérieur niveau électronique d'un atome métallique situé dans le sous-groupe principal du tableau périodique ne peut être égal à :

Comme vous le savez déjà grâce au cours de chimie de 8e année, la plupart des éléments chimiques sont classés comme métaux (Fig. 24 et 25).

Dans le tableau périodique de D.I. Mendeleev, chaque période, à l'exception de la première (elle comprend deux éléments non métalliques - l'hydrogène et l'hélium), commence par un élément chimique actif - le métal. Ces éléments forment le sous-groupe principal du groupe I (groupe IA) et sont appelés métaux alcalins. Ils tirent leur nom du nom de leurs hydroxydes correspondants, hautement solubles dans l'eau - les alcalis.

Riz. 24.
Position des éléments chimiques-métaux dans le tableau périodique de D. I. Mendeleev (version courte période)

Les atomes de métaux alcalins ne contiennent qu'un seul électron au niveau d'énergie externe, qu'ils abandonnent facilement lors des interactions chimiques et sont donc les agents réducteurs les plus puissants. Il est clair que, conformément à l'augmentation du rayon atomique, les propriétés réductrices des métaux alcalins augmentent du lithium au francium.

Riz. 25.
Position des éléments chimiques-métaux dans le tableau périodique de D. I. Mendeleev (version longue période)

Les éléments qui suivent les métaux alcalins, qui constituent le sous-groupe principal du groupe II (groupe IIA), sont également des métaux typiques qui ont un fort pouvoir réducteur (leurs atomes contiennent deux électrons au niveau externe). Parmi ces métaux, le calcium, le strontium et le baryum sont appelés métaux alcalino-terreux. Ces métaux ont reçu ce nom parce que leurs oxydes, qui dans les temps anciens étaient appelés « terres » en Russie, forment des alcalis lorsqu'ils sont dissous dans l'eau.

Les métaux comprennent également les éléments chimiques du sous-groupe principal du groupe III (groupe IIIA), à l'exclusion du bore.

Parmi les éléments des principaux sous-groupes des groupes suivants, les métaux comprennent : dans le groupe IVA - germanium*, étain, plomb (les deux premiers éléments - carbone et silicium - non-métaux), dans le groupe VA - antimoine et bismuth (le premier trois éléments sont des non-métaux), dans le groupe VIA seul le dernier élément, le polonium, est un métal clairement défini. Dans les principaux sous-groupes des groupes VIIA et VIIIA, tous les éléments sont des non-métaux typiques.

* Le germanium présente également certaines propriétés non métalliques, occupant une position intermédiaire entre les métaux et les non-métaux.

Quant aux éléments des sous-groupes secondaires, ce sont tous des métaux.

Ainsi, la frontière conventionnelle entre les éléments métalliques et les éléments non métalliques s'étend le long de la diagonale B (bore) - Si (silicium) - As (arsenic) - Te (tellure) - At (astate) (tracez-la dans le tableau de D. I. Mendeleïev).

Les atomes métalliques ont des tailles (rayons) relativement grandes, de sorte que leurs électrons externes sont considérablement éloignés du noyau et faiblement liés à celui-ci. La deuxième caractéristique inhérente aux atomes des métaux les plus actifs est la présence de 1 à 3 électrons dans le niveau d'énergie externe. Cela conduit à la propriété chimique la plus caractéristique de tous les métaux - leur capacité réductrice, c'est-à-dire la capacité des atomes à abandonner facilement les électrons externes, se transformant en ions positifs. Les métaux - atomes libres et substances simples - ne peuvent pas être des agents oxydants, c'est-à-dire que les atomes métalliques ne peuvent pas attacher d'électrons à eux-mêmes.

Il convient toutefois de garder à l’esprit que la division des éléments chimiques en métaux et non-métaux est arbitraire. Rappelons par exemple les propriétés des modifications allotropiques de l'étain : l'étain gris, ou α-étain, est un non-métal, et l'étain blanc, ou β-étain, est un métal. Un autre exemple est celui des modifications du carbone : le diamant est un non-métal et le graphite en possède certains. propriétés caractéristiques métal, comme la conductivité électrique. Le chrome, le zinc et l'aluminium sont des métaux typiques, mais forment des oxydes et des hydroxydes de nature amphotère. À l'inverse, le tellure et l'iode sont des non-métaux typiques, mais les substances simples qu'ils forment possèdent certaines propriétés inhérentes aux métaux.

B Ô La plupart des éléments chimiques connus forment des métaux simples.

Les métaux comprennent tous les éléments des sous-groupes secondaires (B), ainsi que les éléments des sous-groupes principaux situés sous la diagonale béryllium - astate (Fig. 1). De plus, les éléments chimiques métaux forment les groupes lanthanide et actinide.

Riz. 1. La localisation des métaux parmi les éléments des sous-groupes A (surlignés en bleu)

Comparés aux atomes non métalliques, les atomes métalliques ont b Ô des tailles plus grandes et moins d'électrons externes, généralement 1-2. Par conséquent, les électrons externes des atomes métalliques sont faiblement liés au noyau ; les métaux les abandonnent facilement, présentant des propriétés réductrices dans les réactions chimiques.

Considérons les modèles de changements dans certaines propriétés des métaux par groupes et périodes.

En périodesAvecÀ mesure que la charge nucléaire augmente, le rayon des atomes diminue. Les noyaux des atomes attirent de plus en plus les électrons externes, de sorte que l'électronégativité des atomes augmente et que les propriétés métalliques diminuent. Riz. 2.

Riz. 2. Modification des propriétés métalliques au fil des périodes

Dans les principaux sous-groupes De haut en bas, le nombre de couches électroniques dans les atomes métalliques augmente, donc le rayon des atomes augmente. Les électrons externes seront alors moins fortement attirés vers le noyau, il y aura donc une diminution de l'électronégativité des atomes et une augmentation des propriétés métalliques. Riz. 3.

Riz. 3. Modification des propriétés métalliques dans les sous-groupes

Les modèles répertoriés sont également caractéristiques des éléments des sous-groupes secondaires, à de rares exceptions près.

Les atomes des éléments métalliques ont tendance à perdre des électrons. Dans les réactions chimiques, les métaux agissent uniquement comme agents réducteurs ; ils donnent des électrons et augmentent leur état d'oxydation.

Les atomes qui composent des substances non métalliques simples, ainsi que les atomes qui constituent des substances complexes capables d'abaisser leur état d'oxydation, peuvent accepter les électrons des atomes métalliques. Par exemple:

2Na 0 + S 0 = Na +1 2 S -2

Zn 0 + 2H +1 Cl = Zn +2 Cl 2 + H 0 2

Tous les métaux n'ont pas la même réactivité chimique. Certains métaux conditions normales n'entrent pratiquement pas dans des réactions chimiques, ils sont appelés métaux nobles. Les métaux nobles comprennent : l'or, l'argent, le platine, l'osmium, l'iridium, le palladium, le ruthénium, le rhodium.

Les métaux nobles sont très rares dans la nature et se trouvent presque toujours à l’état natif (Fig. 4). Malgré leur haute résistance à la corrosion et à l'oxydation, ces métaux forment encore des oxydes et d'autres composés chimiques, par exemple, tout le monde connaît les sels de chlorure d'argent et les nitrates.

Riz. 4. Pépite d'or

Résumer la leçon

Dans cette leçon, vous avez examiné la position des éléments chimiques des métaux dans le tableau périodique, ainsi que les caractéristiques structurelles des atomes de ces éléments, qui déterminent les propriétés des substances simples et complexes. Vous avez appris pourquoi il y a beaucoup plus d’éléments chimiques dans les métaux que dans les non-métaux.

Bibliographie

Orjekovsky P.A. Chimie : 9e année : enseignement général. établissement / P.A. Orjekovsky, L.M. Meshcheryakova, M.M. Shalashova. - M. : Astrel, 2013. (§28)
Rudzite G.E. Chimie : inorganique. chimie. Organe. chimie : manuel. pour la 9ème année. / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M. : Éducation, OJSC « Manuels de Moscou », 2009. (§34)
Khomchenko I.D. Recueil de problèmes et d'exercices de chimie pour lycée. - M. : RIA « Nouvelle Vague » : Editeur Umerenkov, 2008. (p. 86-87)
Encyclopédie pour enfants. Volume 17. Chimie / Chapitre. éd. VIRGINIE. Volodine, Véd. scientifique éd. I. Leenson. - M. : Avanta+, 2003.

Une collection unifiée de ressources pédagogiques numériques (expériences vidéo sur le sujet) ().
Version électronique de la revue « Chemistry and Life » ().

Devoirs

Avec. 195-196 n° 7, A1-A4 du manuel de P.A. Orzhekovsky « Chimie : 9e année » / P.A. Orjekovsky, L.M. Meshcheryakova, M.M. Shalashova. - M. : Astrel, 2013.
Quelles propriétés (oxydantes ou réductrices) l'ion Fe 3+ peut-il avoir ? Illustrez votre réponse avec des équations de réaction.
Comparez le rayon atomique, l'électronégativité et les propriétés réductrices du sodium et du magnésium.

Le but de la leçon : formation d'un système de connaissances sur la position des métaux dans le tableau périodique et leurs propriétés générales.

Objectifs de la leçon:

Éducatif - considérer la position des métaux dans le système d'éléments D.I. Mendeleïev, présente aux étudiants les propriétés fondamentales des métaux, découvre leurs causes, introduit le concept de corrosion des métaux

Du développement – être capable de trouver des métaux dans le tableau PSHE, être capable de comparer des métaux et des non-métaux, expliquer les raisons des propriétés chimiques et physiques des métaux, développer la réflexion théorique des étudiants et leur capacité à prédire les propriétés des métaux en fonction de leur structure.

Éduquer - favoriser le développement de l'intérêt cognitif des étudiants pour les études de chimie

Type de cours : leçon d'apprentissage de nouveau matériel.

Méthodes d'enseignement : verbal et visuel

Pendant les cours :

Calendrier de la leçon.

Organisation du temps(1 minute.)

Actualisation des connaissances (3 min)

Apprendre du nouveau matériel

1.1. Position dans le tableau périodique. (10 minutes)

1.2. Caractéristiques de la structure électronique des atomes (10 min)

1.3. Propriétés réductrices des métaux. (10 minutes)

2.1. Connexion métallique. (5 minutes)

4. Soulagement émotionnel 2 min

2.2. Propriétés physiques. (10 min)

3. Propriétés chimiques. (17 minutes)

4. Corrosion des métaux (5 min)

Consolidation (15 min)

Devoirs (3 minutes)

Résumé de la leçon (1 min)

Organisation du temps

(Salutations mutuelles, enregistrement des personnes présentes).

Actualisation des connaissances. Au début du cours, l’enseignant attire l’attention des élèves sur l’importance nouveau sujet, déterminé par le rôle que jouent les métaux dans la nature et dans toutes les sphères de l'activité humaine. Industrie

Le professeur lit l'énigme :

Je suis dur, malléable et plastique,

Génial, nécessaire à tout le monde, pratique.

Je t'ai déjà donné un indice,

Alors qui suis-je...? et propose d'écrire la réponse dans un cahier comme sujet de la leçon ?

Apprendre du nouveau matériel

Plan de cours.

1. Caractéristiques de l'élément métallique.

1.2. Caractéristiques de la structure électronique des atomes.

1.3. Propriétés réductrices des métaux.

2. Caractéristiques d'une substance simple.

2.1. Connexion métallique.

2.2. Propriétés physiques.

3. Propriétés chimiques.

4. Corrosion des métaux.

1.1. Position dans le tableau périodique.

La frontière conventionnelle entre les éléments métalliques et les éléments non métalliques s'étend le long de la diagonale B (bore) - (silicium) - Si (arsenic) - Te (tellure) - As (astate) (tracez-la dans le tableau de D. I. Mendeleïev).

Les éléments initiaux formentsous-groupe principal du groupe I et sont appelés métaux alcalins . Ils tirent leur nom du nom de leurs hydroxydes correspondants, hautement solubles dans l'eau - les alcalis.

Parmi les éléments des principaux sous-groupes des groupes suivants, les métaux comprennent : dans le groupe IV le germanium, l'étain, le plomb (32,50,82) (les deux premiers éléments sont le carbone et le silicium - non-métaux), dans le groupe V l'antimoine et bismuth (51,83) (les trois premiers éléments sont des non-métaux), dans le groupe VI seul le dernier élément - le polonium (84) - est un métal clairement défini. Dans les principaux sous-groupes des groupes VII et VIII, tous les éléments sont des non-métaux typiques.

Quant aux éléments des sous-groupes secondaires, ce sont tous des métaux.

Les éléments suivant les métaux alcalins qui composentsous-groupe principal du groupe II, Ce sont également des métaux typiques dotés d’un fort pouvoir réducteur (leurs atomes contiennent deux électrons au niveau externe).Parmi ces métaux, le calcium, le strontium, le baryum et le radium sont appelés métaux alcalino-terreux. . Ces métaux ont reçu ce nom parce que leurs oxydes, que les alchimistes appelaient « terres », forment des alcalis lorsqu'ils sont dissous dans l'eau.

Les métaux comprennent également des élémentssous-groupe principal du groupe III, à l'exclusion du bore.

Le groupe 3 comprend les métaux appelés sous-groupe de l'aluminium.

1.2 Caractéristiques de la structure électronique des métaux.

Les étudiants, à partir des connaissances acquises, formulent leur propre définition du « métal ».

Les métaux sont des éléments chimiques dont les atomes abandonnent les électrons de la couche électronique externe (et parfois pré-externe) et se transforment en ions positifs. Les métaux sont des agents réducteurs. Cela est dû au petit nombre d'électrons dans la couche externe et au grand rayon des atomes, de sorte que ces électrons sont faiblement retenus avec le noyau.Les atomes métalliques ont des tailles (rayons) relativement grandes, de sorte que leurs électrons externes sont considérablement éloignés du noyau et faiblement liés à celui-ci. Et la deuxième caractéristique inhérente aux atomes des métaux les plus actifs estla présence de 1 à 3 électrons dans le niveau d'énergie externe.
Les atomes métalliques sont similaires dans la structure de la couche électronique externe, qui est formée d'un petit nombre d'électrons (généralement pas plus de trois).
Cette affirmation peut être illustrée à l’aide des exemples de Na, d’aluminium A1 et de zinc Zn. Lors de l'élaboration de schémas de la structure des atomes, vous pouvez éventuellement créer des formules électroniques et donner des exemples de structure d'éléments de longues périodes, par exemple le zinc.

Du fait que les électrons de la couche externe des atomes métalliques sont faiblement liés au noyau, ils peuvent être « donnés » à d'autres particules, ce qui se produit dans les réactions chimiques :

La propriété des atomes métalliques de céder des électrons est leur propriété chimique caractéristique et indique que les métaux présentent des propriétés réductrices.

1.3 Propriétés réductrices des métaux.

Comment évolue la capacité oxydante des éléments ?IIIpériode?

(Les propriétés oxydantes s'intensifient par périodes et les propriétés réductrices s'affaiblissent. La raison du changement de ces propriétés est une augmentation du nombre d'électrons dans la dernière orbitale.)

Comment évoluent les propriétés oxydantes des éléments du groupe 4 du sous-groupe principal ?(de bas en haut, les propriétés oxydantes augmentent. La raison du changement de ces propriétés est une diminution du rayon de l'atome (c'est plus facile à accepter qu'à donner)

Sur la base de la position des métaux dans le tableau périodique, quelle conclusion peut-on tirer sur les propriétés rédox des éléments métalliques ?

(Les métaux sont des agents réducteurs dans les réactions chimiques car ils cèdent leurs électrons de valence)

Les étudiants répondent que la force de la liaison entre les électrons de valence et le noyau dépend de deux facteurs :l'ampleur de la charge nucléaire et le rayon de l'atome. .

(enregistrer la conclusion dans les cahiers des élèves) dans les périodes où la charge nucléaire augmente, les propriétés réductrices diminuent.

Les éléments - métaux des sous-groupes secondaires - ont des propriétés légèrement différentes.

L'enseignant propose de comparer l'activité des éléments du sous-groupe secondaire.Cu, Ag, Au – activitéb éléments - métaux - chutes. Cette tendance est également observée dans les éléments du deuxième sous-groupe secondaireZn, CD, Hg.Augmentation des électrons au niveau externe donc les propriétés réductrices s’affaiblissent

Pour les éléments des sous-groupes latéraux - ce sont des éléments de 4 à 7 périodes 31-36, 49-54 - avec une augmentation de l'élément d'ordre, le rayon des atomes change peu et la valeur de la charge nucléaire augmente considérablement, donc le la force de la liaison des électrons de valence avec le noyau augmente, les propriétés réductrices s'affaiblissent.

2.1. Connexion métallique.

La liaison métallique se produit par l’attraction mutuelle d’ions atomiques et d’électrons relativement libres.

Image 1.
Structure du réseau cristallin des métaux

Dans les métaux, les électrons de valence sont extrêmement faiblement retenus par les atomes et sont capables de migrer. Les atomes laissés sans électrons externes acquièrent une charge positive. Ils forment un réseau cristallin métallique.

Un ensemble d'électrons de valence socialisés (électrons gazeux), chargés négativement, retient des ions métalliques positifs en certains points de l'espace - les nœuds d'un réseau cristallin, par exemple le métal argent.

Les électrons externes peuvent se déplacer librement et de manière chaotique, c'est pourquoi les métaux se caractérisent par une conductivité électrique élevée (notamment l'or, l'argent, le cuivre et l'aluminium).

Une liaison chimique présuppose un certain type de réseau cristallin. La liaison chimique métallique favorise la formation de cristaux avec un réseau cristallin métallique. Aux nœuds du réseau cristallin se trouvent des atomes métalliques et entre eux se trouvent des électrons en mouvement libre. Une liaison métallique diffère d'une liaison ionique car il n'y a pas d'anions, bien qu'il y ait des cations. Il diffère également du covalent, car les paires d'électrons partagés ne se forment pas.

Soulagement émotionnel

L'absence de quel métal a été décrite par l'académicien A.E. Fersman ?

Il y aurait l'horreur de la destruction dans les rues : il n'y aurait ni rails, ni wagons, ni locomotives, ni voitures, même les pavés se transformeraient en poussière d'argile, et les plantes commenceraient à se faner et à mourir sans ce métal. La destruction par un ouragan se serait produite sur toute la Terre et la mort de l'humanité serait devenue inévitable. Cependant, une personne n'aurait pas vécu pour voir ce moment, car ayant perdu trois grammes de ce métal dans son corps et son sang, elle aurait cessé d'exister avant que les événements décrits ne se déroulent (Réponse : Tous les gens seraient morts, privés de fer Dans le sang)

Nommez les contrefacteurs de métaux

Le nom du métal a été donné par les conquistadors espagnols qui, au milieu du XVIe siècle. rencontré pour la première fois en Amérique du Sud(sur le territoire de la Colombie moderne) avec un nouveau métal qui ressemblait à de l'argent. Le nom du métal signifie littéralement « petit argent », « petit argent ».

Cette appellation désobligeante s'explique par le caractère réfractaire exceptionnel du métal, qui ne pouvait être fondu, pendant longtemps n'a pas trouvé d'utilité et était évalué à la moitié du prix de l'argent. Ils utilisaient ce métal pour fabriquer de fausses pièces de monnaie.

Aujourd’hui, ce métal, utilisé comme catalyseur et en bijouterie, est l’un des plus chers.

Il n’existe pas dans la nature sous sa forme pure. Platine natif est généralement un alliage naturel avec d'autres métaux nobles (palladium, iridium, rhodium, ruthénium, osmium) et de base (fer, cuivre, nickel, plomb, silicium). Pour l'obtenir, les pépites sont chauffées dans des chaudrons avec de l'eau régale (un mélange d'acide nitrique et chlorhydrique) puis « finies » par de nombreuses réactions chimiques, chauffage et fusion.

Ainsi, le réseau cristallin dépend et est déterminé par le type liaison chimique, mais c'est en même temps la raison des propriétés physiques.

2.2. Propriétés physiques.

L'enseignant souligne que propriétés physiques les métaux sont déterminés précisément par leur structure.

UN)dureté – tous les métaux sauf le mercure, dans des conditions normales solides. Les plus doux sont le sodium et le potassium. Ils peuvent être coupés avec un couteau ; Le chrome le plus dur raye le verre

b)densité. Les métaux sont divisés en métaux mous (5 g/cm³) et lourds (moins de 5 g/cm³).

V)fusibilité. Les métaux sont divisés en fusibles et réfractaires.

G)conductivité électrique, conductivité thermique Les métaux sont déterminés par leur structure. Des électrons se déplaçant de manière chaotique sous l'influence tension électrique acquérir un mouvement directionnel, entraînant la génération de courant électrique.

À mesure que la température augmente, l'amplitude de mouvement des atomes et des ions situés aux nœuds du réseau cristallin augmente fortement, ce qui interfère avec le mouvement des électrons et la conductivité électrique des métaux diminue.

Il convient de noter que pour certains non-métaux, la conductivité électrique augmente avec l'augmentation de la température, par exemple pour le graphite, tandis qu'avec l'augmentation de la température, certains d'entre eux sont détruits. des liaisons covalentes, et le nombre d’électrons libres en mouvement augmente.

d)éclat métallique – les électrons remplissant l’espace interatomique réfléchissent les rayons lumineux, et ne les transmettent pas comme le verre. Ils tombent sur les nœuds du réseau cristallin. Par conséquent, tous les métaux à l’état cristallin ont un éclat métallique. Pour la plupart des métaux, tous les rayons de la partie visible du spectre sont diffusés de manière égale, ils ont donc une couleur blanc argenté. Seuls l’or et le cuivre absorbent dans une large mesure les courtes longueurs d’onde et réfléchissent les longues longueurs d’onde du spectre lumineux. jaune. Les métaux les plus brillants sont le mercure, l'argent et le palladium. Tous les métaux sont en poudre saufAlEtMg, perdent leur éclat et ont une couleur noire ou gris foncé.

e)Plastique

L'action mécanique sur un cristal avec un réseau métallique ne provoque que le déplacement de couches d'atomes et ne s'accompagne pas d'une rupture de liaison, et le métal est donc caractérisé par une plasticité élevée.

3. Propriétés chimiques.

Selon leur propre propriétés chimiques tous les métaux sont des agents réducteurs, ils abandonnent tous relativement facilement des électrons de valence, se transforment en ions chargés positivement, c'est-à-dire qu'ils s'oxydent . L'activité de réduction d'un métal dans les réactions chimiques se produisant dans des solutions aqueuses se reflète par sa position dans la série électrochimique des tensions métalliques (découverte et compilée par Beketov)

Plus un métal est situé à gauche dans la série électrochimique des tensions métalliques, plus l'agent réducteur est fort ; l'agent réducteur le plus puissant est le lithium métallique, l'or est le plus faible et, à l'inverse, l'ion or (III) est l'ion oxydant le plus puissant. agent, le lithium (I) est le plus faible.

Chaque métal est capable de réduire des sels en solution les métaux qui se trouvent dans la série de contraintes qui le suit ; par exemple, le fer peut déplacer le cuivre des solutions de ses sels. Cependant, n’oubliez pas que les métaux alcalins et alcalino-terreux réagissent directement avec l’eau.

Les métaux situés dans la série de tensions à gauche de l'hydrogène sont capables de le déplacer des solutions d'acides dilués et de s'y dissoudre.

L'activité réductrice d'un métal ne correspond pas toujours à sa position dans le tableau périodique, car lors de la détermination de la place d'un métal dans une série, non seulement sa capacité à donner des électrons est prise en compte, mais aussi l'énergie dépensée pour la destruction du métal. le réseau cristallin du métal, ainsi que l'énergie dépensée pour l'hydratation des ions.

Interaction avec des substances simples

AVECoxygène La plupart des métaux forment des oxydes - amphotères et basiques :

4Li+O 2 = 2Li 2 Ô,

4Al + 3O 2 = 2Al 2 Ô 3 .

Les métaux alcalins, à l'exception du lithium, forment des peroxydes :

2Na+O 2 = Na 2 Ô 2 .

AVEChalogènes les métaux forment des sels d'acides halohydriques, par exemple,

Cu+Cl 2 = CuCl 2 .

AVEChydrogène les métaux les plus actifs forment des hydrures ioniques - des substances semblables à du sel dans lesquelles l'hydrogène a un état d'oxydation de -1.

2Na+H 2 = 2NaH.

AVECgris les métaux forment des sulfures - sels d'acide sulfure d'hydrogène :

Zn + S = ZnS.

AVECazote Certains métaux forment des nitrures ; la réaction se produit presque toujours lorsqu'ils sont chauffés :

3Mg+N 2 = mg 3 N 2 .

AVECcarbone des carbures se forment :

4Al + 3C = Al 3 C 4 .

AVECphosphore – les phosphures :

3Ca + 2P = Ca 3 P. 2 .

Les métaux peuvent interagir les uns avec les autres, formantcomposés intermétalliques :

2Na + Sb = Na 2 Sb,

3Cu + Au = Cu 3 Au.

Les métaux peuvent se dissoudre les uns dans les autres lorsque haute température sans interaction, formant des alliages.

Relation des métaux aux acides.

Le plus souvent dans la pratique chimique, des acides forts tels que l'acide sulfurique sont utilisés 2 DONC 4 , HCl chlorhydrique et azote HNO 3 .

AvecHCl

Les ions hydrogène H formés dans ce processus + agir comme un agent oxydant, oxydantmétaux situés dans la série d'activités à gauche de l'hydrogène . L'interaction se déroule selon le schéma suivant :

Moi + HCl - sel + H 2

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H 2

2│Al 0 – 3 e - → Al 3+ - oxydation

3│2H + + 2 e - →H 2 - récupération

La « vodka royale » (auparavant les acides étaient appelés vodkas) est un mélange d'un volume d'acide nitrique et de trois à quatre volumes d'acide chlorhydrique concentré, qui possède une activité oxydante très élevée. Un tel mélange est capable de dissoudre certains métaux peu actifs qui ne réagissent pas avec l'acide nitrique. Parmi eux se trouve le « roi des métaux » : l’or. Cet effet de la « vodka royale » s'explique par le fait que Acide nitrique oxyde l'acide chlorhydrique avec libération de chlore libre et formation de chlorure d'azote (III), ou chlorure de nitrosyle - NOCl :

Les réactions d'oxydation de l'or se déroulent selon les équations suivantes :

Au + HNO3 + 4 HCl → H + NON + 2H2O

Si les acides peuvent interagir avec des bases et des oxydes basiques et que l’élément clé de leur composition est un métal, alors est-il possible que les métaux interagissent avec les acides ? Vérifions cela expérimentalement.

Le magnésium réagit avec l'acide dans des conditions normales, le zinc - lorsqu'il est chauffé, le cuivre - n'interagit pas.

Un certain nombre de tensions sont utilisées en pratique pour une évaluation comparative de l'activité chimique des métaux dans les réactions avec des solutions aqueuses de sels et d'acides et pour l'évaluation des processus cathodiques et anodiques lors de l'électrolyse :

Les métaux à gauche sont des agents réducteurs plus puissants. que les métaux situés à droite :ils déplacent les dernières solutions salines . Les métaux dans la rangée à gauche de l'hydrogène déplacent l'hydrogène lorsqu'ils interagissent avec des solutions aqueuses d'acides non oxydants ; les métaux les plus actifs (jusqu'à l'aluminium inclus) - et lors de l'interaction avec l'eau.

Les métaux de la série à droite de l'hydrogène n'interagissent pas avec les solutions aqueuses d'acides non oxydants dans des conditions normales.

Lors de l'électrolyse, les métaux à droite de l'hydrogène sont libérés à la cathode ; la réduction des métaux moyennement actifs s'accompagne de la libération d'hydrogène ; Les métaux les plus actifs (jusqu'à l'aluminium) ne peuvent pas être isolés des solutions aqueuses salines dans des conditions normales.

4. Corrosion des métaux – interaction physico-chimique ou chimique entre un métal (alliage) et l’environnement, entraînant une détérioration des propriétés fonctionnelles du métal (alliage), de l’environnement ou du système technique qui le contient.

Le mot corrosion vient du latin « corrodo » - « ronger » (le latin tardif « corrosio » signifie « corrosion »).

La corrosion est causée réaction chimique métal avec des substances environnement circulant à l'interface entre le métal et le milieu. Le plus souvent, il s'agit de l'oxydation du métal, par exemple par l'oxygène de l'air ou les acides contenus dans les solutions avec lesquelles le métal est en contact. Les métaux situés dans la série de tension (série d'activité) à gauche de l'hydrogène, y compris le fer, y sont particulièrement sensibles.

En raison de la corrosion, le fer rouille. Ce processus est très complexe et comprend plusieurs étapes. Il peut être décrit par l’équation récapitulative :

4Fe + 6H 2 O (humidité) + 3O 2 (air) = 4Fe(OH) 3

L'hydroxyde de fer (III) est très instable, perd rapidement de l'eau et se transforme en oxyde de fer (III). Ce composé ne protège pas la surface du fer d’une oxydation ultérieure. En conséquence, l’objet en fer peut être complètement détruit.

Pour ralentir la corrosion, des vernis et des peintures, des huiles minérales et des lubrifiants sont appliqués sur la surface métallique. Les structures souterraines sont recouvertes d'une épaisse couche de bitume ou de polyéthylène. Les surfaces internes des tuyaux et des réservoirs en acier sont protégées par des revêtements de ciment bon marché.

Pour les produits en acier, les convertisseurs de rouille contenant de l'acide orthophosphorique (H 3 RO 4 ) et ses sels. Ils dissolvent les oxydes résiduels et forment un film de phosphates dense et durable, qui peut protéger la surface du produit pendant un certain temps. Ensuite, le métal est recouvert d'une couche d'apprêt, qui doit bien adhérer à la surface et avoir des propriétés protectrices (on utilise généralement du minium ou du chromate de zinc). Ce n'est qu'après cela que le vernis ou la peinture peuvent être appliqués.

Consolidation (15 min)

Professeur:

Maintenant, pour consolider, faisons un test.

Décider tâches de test

1.Sélectionnez un groupe d'éléments contenant uniquement des métaux :

UN) Al, As, P;B) Mg, Ca, Si;DANS) K, Ca, Pb

2. Sélectionnez un groupe qui contient uniquement des substances simples - non-métaux :

UN)K 2 O SO 2 , SiO 2 ; B)H 2 ,Cl 2 ,JE 2 ; DANS)Ca, Ba, HCl;

3. Indiquez les caractéristiques communes dans la structure des atomes de K et Li :

A) 2 électrons dans la dernière couche électronique ;

B) 1 électron dans la dernière couche électronique ;

C) le même nombre de couches électroniques.

4. Le calcium métallique présente les propriétés suivantes :

A) agent oxydant ;

B) agent réducteur ;

C) un agent oxydant ou un agent réducteur, selon les conditions.

5. Les propriétés métalliques du sodium sont plus faibles que celles du -

A) magnésium ; B) potassium ; B) lithium.

6. Les métaux inactifs comprennent :

A) aluminium, cuivre, zinc ; B) mercure, argent, cuivre ;

C) calcium, béryllium, argent.

7. Quelle propriété physique n’est pas commune à tous les métaux :

A) conductivité électrique, B) conductivité thermique,

B) état solide d'agrégation dans des conditions normales,

D) éclat métallique

8. Lorsqu'ils interagissent avec des non-métaux, les métaux présentent les propriétés suivantes :

a) oxydant ;

b) réparateur ;

c) à la fois oxydant et réducteur ;

d) ne participent pas aux réactions redox.

9. Dans le tableau périodique, les métaux typiques sont situés

a) le haut

b) partie inférieure

dans le coin supérieur droit

d) coin inférieur gauche

Partie B. La réponse aux tâches de cette partie est un ensemble de lettres qui doivent être écrites

Correspondre.

Avec une augmentation du numéro ordinal d'un élément dans le sous-groupe principal du groupe II du système périodique, les propriétés des éléments et des substances qu'ils forment changent comme suit :

1) nombre d'électrons dans le niveau externe

A) augmente

3) électronégativité

4) propriétés réparatrices

B) diminue

B) ne change pas

(Réponses : 1 –G, 2 –A, 3 –B, 4-B, 5-G)

TÂCHES D'AFFECTATION

№1. Complétez les équations des réactions pratiquement réalisables, nommez les produits de réaction

Li+H 2 O=

Cu+H 2 O=Cu( OH) 2 +H 2

Ba+H 2 O=

Mg+H 2 O=

Ca+HCl=

2 Na+2 H 2 DONC 4 ( À)= N / A 2 DONC 4 + DONC 2 + 2H 2 Ô

HCl + Zn =

H 2 DONC 4 ( À)+Cu=CuSO 4 + DONC 2 +H 2 Ô

H 2 S+Mg=MgS+H 2

HCl + Cu =

Devoirs: inscriptions dans des cahiers, rapports sur l'utilisation des métaux.

L'enseignant suggère de créer un syncwine sur le sujet.

Ligne 1 : Nom (un sur le sujet) (Métaux)

Ligne 2 : deux adjectifs

Ligne 3 : trois verbes

Ligne 4 : quatre mots combinés dans une phrase

Ligne 5 : un mot exprimant l’essence de ce sujet.

Résumé de la leçon

Professeur : Ainsi, nous avons examiné la structure et les propriétés physiques des métaux, leur position dans le tableau périodique des éléments chimiques D.I. Mendeleïev.

Introduction

Les métaux sont des substances simples qui, dans des conditions normales, ont des propriétés caractéristiques : une conductivité électrique et thermique élevée, la capacité de bien réfléchir la lumière (ce qui provoque leur brillance et leur opacité) et la capacité de prendre la forme souhaitée sous l'influence de forces extérieures ( plasticité). Il existe une autre définition des métaux : ce sont des éléments chimiques caractérisés par la capacité de donner des électrons externes (de valence).

Parmi tous les éléments chimiques connus, environ 90 sont des métaux. La plupart des composés inorganiques sont des composés métalliques.

Il existe plusieurs types de classification des métaux. La plus claire est la classification des métaux en fonction de leur position dans le tableau périodique des éléments chimiques - classification chimique.

Si dans la version « longue » du tableau périodique, nous traçons une ligne droite passant par les éléments bore et astatine, alors les métaux seront situés à gauche de cette ligne et les non-métaux à droite de celle-ci.

Du point de vue de la structure atomique, les métaux sont divisés en intransition et transition. Les métaux non de transition sont situés dans les principaux sous-groupes du tableau périodique et se caractérisent par le fait que dans leurs atomes les niveaux électroniques s et p sont remplis séquentiellement. Les métaux non de transition comprennent 22 éléments des principaux sous-groupes a : Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb. , Sb, Bi, Po.

Les métaux de transition sont situés dans des sous-groupes secondaires et se caractérisent par le remplissage des niveaux d'électrons d ou f. Les éléments d comprennent 37 métaux des sous-groupes secondaires b : Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Sc, Y, La, Ac, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Mn, Tc, Re, Bh, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Hs, Mt.

Les éléments f comprennent 14 lanthanides (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Du, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) et 14 actinides (Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr).

Parmi les métaux de transition, on distingue également les métaux des terres rares (Sc, Y, La et lanthanides), les métaux du platine (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt), les métaux transuraniens (Np et éléments de masse atomique plus élevée).

En plus de la classification chimique, il existe également, bien que cela ne soit pas généralement accepté, une classification technique établie de longue date des métaux. Ce n'est pas aussi logique que le chimique - il est basé sur l'une ou l'autre caractéristique pratiquement importante du métal. Le fer et ses alliages sont classés comme métaux ferreux, tous les autres métaux sont classés comme non ferreux. Il existe des métaux légers (Li, Be, Mg, Ti...) et lourds (Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Hg, Sn, Pb...), ainsi que des groupes de métaux réfractaires. (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Re), précieux (Ag, Au, métaux platine) et radioactifs (U, Th, Np, Pu, etc.). En géochimie, on distingue également les métaux traces (Ga, Ge, Hf, Re, etc.) et rares (Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Re, etc.). Comme vous pouvez le constater, il n’y a pas de frontières claires entre les groupes.

Référence historique

Malgré le fait que la vie de la société humaine sans métaux est impossible, personne ne sait exactement quand et comment les gens ont commencé à les utiliser. Les écrits les plus anciens qui nous sont parvenus parlent d'ateliers primitifs dans lesquels on fondait le métal et on en fabriquait des produits. Cela signifie que l’homme maîtrisait les métaux avant d’écrire. Lors des fouilles d'anciennes colonies, les archéologues découvrent des outils de travail et de chasse que les gens utilisaient à cette époque lointaine - couteaux, haches, pointes de flèches, aiguilles, hameçons et bien plus encore. Plus les colonies étaient anciennes, plus les produits des mains humaines étaient grossiers et primitifs. Les produits métalliques les plus anciens ont été découverts lors de fouilles dans des colonies qui existaient il y a environ 8 000 ans. Il s’agissait principalement de bijoux en or et en argent, ainsi que de pointes de flèches et de lances en cuivre.

Le mot grec « metallon » signifiait à l’origine mines, d’où le terme « métal ». Dans l’Antiquité, on croyait qu’il n’existait que 7 métaux : l’or, l’argent, le cuivre, l’étain, le plomb, le fer et le mercure. Ce nombre était en corrélation avec le nombre de planètes connues à cette époque - le Soleil (or), la Lune (argent), Vénus (cuivre), Jupiter (étain), Saturne (plomb), Mars (fer), Mercure (mercure) ( voir figure). Selon les idées alchimiques, les métaux sont nés dans les entrailles de la terre sous l'influence des rayons des planètes et se sont progressivement améliorés pour se transformer en or.

L'homme a d'abord maîtrisé les métaux natifs - l'or, l'argent, le mercure. Le premier métal produit artificiellement était le cuivre, puis il a été possible de maîtriser la production d'un alliage de cuivre par nuit - le bronze et seulement plus tard - le fer. En 1556, le livre du métallurgiste allemand G. Agricola « Sur l'exploitation minière et la métallurgie » a été publié en Allemagne - le premier guide détaillé pour l'obtention de métaux qui nous soit parvenu. Certes, à cette époque, le plomb, l’étain et le bismuth étaient encore considérés comme des variétés du même métal. En 1789, le chimiste français A. Lavoisier, dans son manuel de chimie, a donné une liste de substances simples, qui comprenaient tous les métaux alors connus - antimoine, argent, bismuth, cobalt, étain, fer, manganèse, nickel, or, platine. , plomb, tungstène et zinc. À mesure que les méthodes de recherche chimique se développaient, le nombre de métaux connus commença à augmenter rapidement. Au XVIIIe siècle 14 métaux ont été découverts au 19ème siècle. - 38, au 20ème siècle. - 25 métaux. Dans la première moitié du XIXe siècle. Des satellites de platine ont été découverts et des métaux alcalins et alcalino-terreux ont été obtenus par électrolyse. Au milieu du siècle, le césium, le rubidium, le thallium et l'indium furent découverts par analyse spectrale. L'existence de métaux prédits par D.I. Mendeleev sur la base de sa loi périodique (il s'agit du gallium, du scandium et du germanium) a été brillamment confirmée. Découverte de la radioactivité à la fin du XIXème siècle. conduit à la recherche de métaux radioactifs. Enfin, par la méthode des transformations nucléaires au milieu du XXe siècle. des métaux radioactifs qui n'existent pas dans la nature, notamment des éléments transuraniens, ont été obtenus.

Propriétés physiques et chimiques des métaux.

Tous les métaux sont des solides (à l'exception du mercure, qui est liquide dans des conditions normales) ; ils diffèrent des non-métaux par un type particulier de liaison (liaison métallique). Les électrons de Valence sont faiblement liés à un atome particulier, et à l’intérieur de chaque métal se trouve ce qu’on appelle un gaz d’électrons. La plupart des métaux ont une structure cristalline et le métal peut être considéré comme un réseau cristallin « rigide » d’ions positifs (cations). Ces électrons peuvent plus ou moins se déplacer autour du métal. Ils compensent les forces répulsives entre les cations et les lient ainsi en un corps compact.

Tous les métaux sont hautement conducteurs d'électricité (c'est-à-dire qu'ils sont conducteurs par opposition aux non-métaux qui sont diélectriques), en particulier le cuivre, l'argent, l'or, le mercure et l'aluminium ; La conductivité thermique des métaux est également élevée. Une propriété distinctive de nombreux métaux est leur ductilité (malléabilité), grâce à laquelle ils peuvent être roulés en feuilles minces (feuille) et étirés en fil (étain, aluminium, etc.), cependant, il existe également des métaux assez cassants ( zinc, antimoine, bismuth).

Dans l'industrie, on utilise souvent non pas des métaux purs, mais des mélanges de ceux-ci appelés alliages. Dans un alliage, les propriétés d’un composant complètent généralement avec succès les propriétés de l’autre. Ainsi, le cuivre a une faible dureté et ne convient pas à la fabrication de pièces de machines, tandis que les alliages de cuivre et de zinc, appelés laiton, sont déjà assez durs et sont largement utilisés en construction mécanique. L'aluminium a une bonne ductilité et une légèreté suffisante (faible densité), mais il est trop mou. Sur cette base, un alliage d'ayuralum (duralumin) contenant du cuivre, du magnésium et du manganèse est préparé. Le duralumin, sans perdre les propriétés de son aluminium, acquiert une dureté élevée et est donc utilisé dans la technologie aéronautique. Les alliages de fer avec du carbone (et des additifs d'autres métaux) sont la fonte et l'acier bien connus.

La densité des métaux varie considérablement : pour le lithium, elle est près de la moitié de celle de l'eau (0,53 g/cm3), et pour l'osmium, elle est plus de 20 fois supérieure (22,61 g/cm3). Les métaux diffèrent également par leur dureté. Les métaux alcalins sont les plus mous : ils peuvent être facilement coupés avec un couteau ; Le métal le plus dur, le chrome, coupe le verre. Il existe une grande différence dans les points de fusion des métaux : le mercure est liquide dans des conditions normales, le césium et le gallium fondent à la température du corps humain, et le métal le plus réfractaire, le tungstène, a un point de fusion de 3380°C. Les métaux dont le point de fusion est supérieur à 1 000 °C sont classés comme métaux réfractaires, et ceux ci-dessous sont appelés métaux fusibles. À haute température, les métaux sont capables d'émettre des électrons, qui sont utilisés dans l'électronique et les générateurs thermoélectriques pour convertir directement l'énergie thermique en énergie électrique. Le fer, le cobalt, le nickel et le gadolinium, après les avoir placés dans un champ magnétique, sont capables de maintenir en permanence un état de magnétisation.

Les métaux possèdent également certaines propriétés chimiques. Les atomes métalliques cèdent relativement facilement des électrons de valence et deviennent des ions chargés positivement. Les métaux sont donc des agents réducteurs. C’est en fait leur propriété chimique principale et la plus générale.

De toute évidence, les métaux en tant qu'agents réducteurs réagiront avec divers agents oxydants, qui peuvent inclure des substances simples, des acides, des sels de métaux moins actifs et certains autres composés. Les composés de métaux avec des halogènes sont appelés halogénures, avec des sulfures de soufre, avec des nitrures d'azote, avec des phosphures de phosphore, avec des carbures de carbone, avec des siliciures de silicium, avec des borures de bore, avec des hydrures d'hydrogène, etc. Beaucoup de ces composés trouvé des applications importantes dans les nouvelles technologies. Par exemple, les borures métalliques sont utilisés en radioélectronique ainsi que dans l'ingénierie nucléaire comme matériaux de régulation et de protection contre les rayonnements neutroniques.

Sous l'influence d'acides oxydants concentrés, un film d'oxyde stable se forme également sur certains métaux. Ce phénomène est appelé passivation. Ainsi, dans l'acide sulfurique concentré, les métaux tels que Be, Bi, Co, Fe, Mg et Nb sont passivés (et ne réagissent pas avec lui), et dans l'acide nitrique concentré les métaux Al, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb, Th et U.

Plus un métal est situé à gauche dans cette rangée, plus il possède de propriétés réductrices, c'est-à-dire qu'il est plus facile de s'oxyder et de passer en solution sous forme de cation, mais il est plus difficile de le réduire du cation à l'état libre. .

Un non-métal, l'hydrogène, est placé dans la série de tension, puisque cela permet de déterminer si ce métal va réagir avec des acides non oxydants en solution aqueuse (plus précisément, être oxydé par les cations hydrogène H+). Par exemple, le zinc réagit avec l'acide chlorhydrique, puisque dans la série de tensions il se trouve à gauche (avant) l'hydrogène. Au contraire, l'argent n'est pas transféré en solution par l'acide chlorhydrique, puisqu'il se trouve dans la série de tensions à droite (après) l'hydrogène. Les métaux se comportent de la même manière dans l’acide sulfurique dilué. Les métaux de la série de tension après l'hydrogène sont dits nobles (Ag, Pt, Au, etc.)

Une propriété chimique indésirable des métaux est leur corrosion électrochimique, c'est-à-dire la destruction active (oxydation) du métal au contact de l'eau et sous l'influence de l'oxygène qui y est dissous (corrosion par l'oxygène). Par exemple, la corrosion des produits en fer dans l’eau est largement connue.

Le lieu de contact de deux métaux différents - la corrosion de contact peut être particulièrement corrosif et dangereux. Un couple galvanique se produit entre un métal, comme Fe, et un autre métal, comme Sn ou Cu, placé dans l'eau. Le flux d'électrons va du métal le plus actif, qui se trouve à gauche dans la série de tensions (Fe), vers le métal le moins actif (Sn, Cu), et le métal le plus actif est détruit (corrodé).

C'est pour cette raison que la surface étamée des canettes (fer recouvert d'étain) rouille lorsqu'elle est stockée dans une atmosphère humide et manipulée avec négligence (le fer s'effondre rapidement après l'apparition même d'une petite rayure, permettant au fer d'entrer en contact avec l'humidité). Au contraire, la surface galvanisée d'un seau en fer ne rouille pas longtemps, car même s'il y a des rayures, ce n'est pas le fer qui se corrode, mais le zinc (un métal plus actif que le fer).

La résistance à la corrosion d'un métal donné augmente lorsqu'il est recouvert d'un métal plus actif ou lorsqu'il est fondu ; Ainsi, revêtir le fer de chrome ou fabriquer des alliages de fer et de chrome élimine la corrosion du fer. Le fer chromé et les aciers contenant du chrome (aciers inoxydables) présentent une résistance élevée à la corrosion.

Méthodes générales d'obtention des métaux :

Électrométallurgie, c'est-à-dire production de métaux par électrolyse de masses fondues (pour les métaux les plus actifs) ou de solutions de leurs sels ;

Pyrométallurgie, c'est-à-dire la réduction des métaux de leurs minerais à haute température (par exemple, production de fer par le procédé des hauts fourneaux) ;

Hydrométallurgie, c'est-à-dire la séparation des métaux des solutions de leurs sels par des métaux plus actifs (par exemple, production de cuivre à partir d'une solution CuSO4 en remplaçant le zinc, le fer

ou aluminium).

Dans la nature, les métaux se trouvent parfois sous forme libre, par exemple le mercure natif, l'argent et l'or, et le plus souvent sous forme de composés (minerais métalliques). Bien entendu, les métaux les plus actifs ne sont présents dans la croûte terrestre que sous forme liée.

Lithium (du grec Lithos - pierre), Li, un élément chimique du sous-groupe Ia du système périodique ; numéro atomique 3, masse atomique 6, 941 ; fait référence aux métaux alcalins.

La teneur en lithium de la croûte terrestre est de 6,5 à 10 à 3 % en masse. On le trouve dans plus de 150 minéraux, dont environ 30 sont des minéraux de lithium. Les principaux minéraux sont le spodumène LiAl, la lépidolite KLi1.5 Al1.5(F.0H)2 et la pétalite (LiNa). La composition de ces minéraux est complexe ; beaucoup d’entre eux appartiennent à la classe des aluminosilicates, très répandus dans la croûte terrestre. Les sources prometteuses de matières premières pour la production de lithium sont les saumures (saumures) des gisements salins et les eaux souterraines. Les plus grands gisements de composés de lithium se trouvent au Canada, aux États-Unis, au Chili, au Zimbabwe, au Brésil, en Namibie et en Russie.

Il est intéressant de noter que le minéral spodumène se présente dans la nature sous la forme de gros cristaux pesant plusieurs tonnes. Un cristal en forme d'aiguille de 16 m de long et pesant 100 tonnes a été découvert à la mine Etta aux USA.

Les premières informations sur le lithium remontent à 1817. Le chimiste suédois A. Arfvedson, en analysant le minéral pétalite, y découvrit un alcali inconnu. Le professeur d'Arfvedson, J. Berzelius, lui a donné le nom de « lithion » (du grec liteos - pierre), car contrairement aux hydroxydes de potassium et de sodium, obtenus à partir de cendres végétales, un nouvel alcali a été découvert dans le minéral. Il a également nommé le métal qui constitue la « base » de cet alcali, le lithium. En 1818, le chimiste et physicien anglais G. Davy obtient du lithium par électrolyse de l'hydroxyde de LiOH.

Propriétés. Le lithium est un métal blanc argenté ; m.p. 180,54 °C, point d'ébullition. 1340 "C ; le plus léger de tous les métaux, sa densité est de 0,534 g/cm - il est 5 fois plus léger que l'aluminium et presque deux fois moins léger que l'eau. Le lithium est doux et ductile. Les composés du lithium donnent à la flamme une belle couleur rouge carmin. Cette méthode très sensible est utilisée dans l’analyse qualitative pour la détection du lithium.

Configuration de la couche électronique externe de l'atome de lithium 2s1 (élément s). Dans les composés, il présente un état d'oxydation de +1.

Le lithium est le premier de la série électrochimique des tensions et déplace l'hydrogène non seulement des acides, mais aussi de l'eau. Cependant, de nombreuses réactions chimiques du lithium sont moins vigoureuses que celles d’autres métaux alcalins.

Le lithium ne réagit pratiquement pas avec les composants de l'air en l'absence totale d'humidité à température ambiante. Lorsqu'il est chauffé dans l'air à une température supérieure à 200 °C, l'oxyde de Li2O se forme comme produit principal (seules des traces de peroxyde de Li2O2 sont présentes). Dans l'air humide, il produit principalement du nitrure de Li3N ; lorsque l'humidité de l'air est supérieure à 80 %, il produit de l'hydroxyde de LiOH et du carbonate de Li2CO3. Le nitrure de lithium peut également être obtenu en chauffant le métal dans un courant d'azote (le lithium est l'un des rares éléments à se combiner directement avec l'azote) : 6Li + N2 = 2Li3N

Le lithium s’allie facilement à presque tous les métaux et est très soluble dans le mercure. Se combine directement avec les halogènes (avec l'iode lorsqu'il est chauffé). À 500 °C, il réagit avec l'hydrogène, formant de l'hydrure LiH, lorsqu'il interagit avec l'eau - l'hydroxyde de LiOH, avec des acides dilués - les sels de lithium, avec l'ammoniac - l'amide LiNH2, par exemple :

2Li + H2 = 2LiH

2Li + 2H2O = 2LiOH + H2

2Li + 2НF = 2LiF + Н2

2Li + 2NH3 = 2LiNH2 + H2

Hydrure LiH - cristaux incolores ; utilisé dans divers domaines de la chimie comme agent réducteur. Lorsqu'il interagit avec l'eau, il libère une grande quantité d'hydrogène (2820 l de H2 sont obtenus à partir de 1 kg de LiH) :

LiH + H2O = LiOH + H2

Cela permet d'utiliser le LiH comme source d'hydrogène pour le remplissage des ballons et du matériel de sauvetage (bateaux gonflables, ceintures, etc.), ainsi que comme une sorte d'« entrepôt » pour le stockage et le transport de l'hydrogène inflammable (il faut protéger LiH de la moindre trace d'humidité).

Les hydrures mixtes de lithium sont largement utilisés en synthèse organique, par exemple l'hydrure de lithium et d'aluminium LiAlH4, un agent réducteur sélectif. Il est obtenu en faisant réagir LiH avec du chlorure d'aluminium AlCl3

L'hydroxyde de LiOH est une base forte (alcali), ses solutions aqueuses détruisent le verre et la porcelaine ; Le nickel, l’argent et l’or y résistent. LiOH est utilisé comme additif à l'électrolyte des piles alcalines, ce qui augmente leur durée de vie de 2 à 3 fois et leur capacité de 20 %. À base de LiOH et d'acides organiques (notamment stéarique et palmitique), des graisses résistantes au gel et à la chaleur (lithols) sont produites pour protéger les métaux de la corrosion dans la plage de température de -40 à +130 "C.

L'hydroxyde de lithium est également utilisé comme absorbant du dioxyde de carbone dans les masques à gaz, les sous-marins, les avions et les engins spatiaux.

Réception et demande. La matière première pour la production de lithium est constituée de ses sels, extraits de minéraux. Selon la composition, les minéraux sont décomposés avec de l'acide sulfurique H2SO4 (méthode acide) ou par frittage avec de l'oxyde de calcium CaO et son carbonate CaCO3 (méthode alcaline), avec du sulfate de potassium K2SO4 (méthode au sel), avec du carbonate de calcium et son chlorure CaCl (méthode alcaline). -méthode au sel) . Par la méthode acide, une solution de sulfate Li2SO4 est obtenue [cette dernière est débarrassée des impuretés par traitement avec de l'hydroxyde de calcium Ca(OH)2 et de la soude Na2Co3]. Le gâteau formé par d'autres méthodes de décomposition minérale est lessivé avec de l'eau ; dans ce cas, avec la méthode alcaline, LiOH entre dans la solution, avec la méthode au sel - Li 2SO4, avec la méthode alcali-sel - LiCl. Toutes ces méthodes, sauf alcalines, prévoient l'obtention du produit fini sous forme de carbonate Li2CO3. qui est utilisé directement ou comme source pour la synthèse d’autres composés du lithium.

Le lithium métallique est produit par électrolyse d'un mélange fondu de LiCl et de chlorure de potassium KCl ou de chlorure de baryum BaCl2 avec purification supplémentaire des impuretés.

L’intérêt pour le lithium est énorme. Cela est dû, tout d'abord, au fait qu'il s'agit d'une source de production industrielle de tritium (un nucléide d'hydrogène lourd), qui est le principal composant d'une bombe à hydrogène et le principal combustible des réacteurs thermonucléaires. La réaction thermonucléaire se produit entre le nucléide 6Li et les neutrons (particules neutres de masse numéro 1) ; produits de réaction - tritium 3H et hélium 4He :

63Li + 10n= 31H +42He

De grandes quantités de lithium sont utilisées en métallurgie. Un alliage de magnésium contenant 10 % de lithium est plus résistant et plus léger que le magnésium lui-même. Alliages d'aluminium et de lithium - scleron et aeron, contenant seulement 0,1 % de lithium, en plus de leur légèreté, ont une résistance élevée, une ductilité et une résistance accrue à la corrosion ; ils sont utilisés dans l'aviation. L'ajout de 0,04 % de lithium aux alliages plomb-calcium augmente leur dureté et réduit le coefficient de frottement.

Les halogénures et carbonates de lithium sont utilisés dans la production de verres optiques, résistants aux acides et autres verres spéciaux, ainsi que de porcelaine et céramique résistantes à la chaleur, de divers émaux et émaux.

Les fines particules de lithium provoquent des brûlures chimiques sur la peau et les yeux mouillés. Les sels de lithium irritent la peau. Lorsque vous travaillez avec de l'hydroxyde de lithium, des précautions doivent être prises comme lorsque vous travaillez avec des hydroxydes de sodium et de potassium.

Sodium (de l'arabe, natrun, grec nitron - soude naturelle, élément chimique du sous-groupe Ia du système périodique ; numéro atomique 11, poids atomique 22,98977 ; appartient aux métaux alcalins. Dans la nature, on le trouve sous la forme d'un composé stable nucléide 23 Na.

Même dans les temps anciens, des composés de sodium étaient connus - sel de table (chlorure de sodium) NaCl, alcali caustique (hydroxyde de sodium) NaOH et soude (carbonate de sodium) Na2CO3. Cette dernière substance était appelée « nitron » par les anciens Grecs ; C'est de là que vient le nom moderne du métal - « sodium ». Cependant, au Royaume-Uni, aux États-Unis, en Italie et en France, le mot sodium (du mot espagnol « soda », qui a la même signification qu'en russe) est conservé.

La production de sodium (et de potassium) a été signalée pour la première fois par le chimiste et physicien anglais G. Davy lors d'une réunion de la Royal Society à Londres en 1807. Il a réussi à décomposer les alcalis caustiques KOH et NaOH à l'aide du courant électrique et à isoler des métaux jusqu'alors inconnus. aux propriétés extraordinaires. Ces métaux s'oxydent très rapidement dans l'air et flottent à la surface de l'eau, en libérant de l'hydrogène.

Prévalence dans la nature. Le sodium est l'un des éléments les plus courants dans la nature. Sa teneur dans la croûte terrestre est de 2,64 % en poids. Dans l'hydrosphère, il est contenu sous forme de sels solubles en une quantité d'environ 2,9 % (avec une concentration totale de sels dans l'eau de mer de 3,5 à 3,7 %). La présence de sodium a été établie dans l'atmosphère solaire et l'espace interstellaire. Dans la nature, le sodium se trouve uniquement sous forme de sels. Les minéraux les plus importants sont la halite (sel gemme) NaCl, la mirabilite (sel de Glauber) Na2SO4 *10H2O, la thénardite Na2SO4, le nitrate chélien NaNO3, les silicates naturels, par exemple l'albite Na, la néphéline Na.

La Russie est exceptionnellement riche en gisements de sel gemme (par exemple, Solikamsk, Usolie-Sibirskoye, etc.), d'importants gisements de minerai de fer en Sibérie.

Propriétés. Le sodium est un métal fusible blanc argenté, mp. 97,86 °C, point d'ébullition. 883,15 °C. C'est l'un des métaux les plus légers (il est plus léger que l'eau, densité 0,99 g/cm3 à 19,7 °C). Le sodium et ses composés colorent la flamme du brûleur en jaune. Cette réaction est si sensible qu'elle révèle la présence de la moindre trace de sodium partout (par exemple dans les poussières intérieures ou extérieures).

Le sodium est l'un des éléments les plus actifs du tableau périodique. La couche électronique externe de l’atome de sodium contient un électron (configuration 3s1, le sodium est un élément s). Le sodium abandonne facilement son seul électron de valence et présente donc toujours un état d'oxydation de +1 dans ses composés.

Dans l'air, le sodium s'oxyde activement, formant de l'oxyde de Na2O ou du peroxyde de Na2O2, selon les conditions. Le sodium est donc stocké sous une couche de kérosène ou d’huile minérale. Réagit vigoureusement avec l'eau, déplaçant l'hydrogène :

2Na + H20 = 2NaOH + H2

Cette réaction se produit même avec de la glace à une température de -80°C, et avec de l'eau tiède ou à la surface de contact elle se produit avec une explosion (ce n'est pas pour rien qu'on dit : « Si tu ne veux pas devenir un monstre, ne jetez pas de sodium dans l'eau »).

Le sodium réagit directement avec tous les non-métaux : à 200°C il commence à absorber l'hydrogène, formant un hydrure NaH très hygroscopique ; avec de l'azote dans une décharge électrique produit du nitrure Na3N ou de l'azoture NaN3 ; dans une atmosphère de fluor, il s'enflamme ; dans le chlore, il brûle à température ; réagit avec le brome uniquement lorsqu'il est chauffé :

2Na + H2 = 2NaH

6Na + N2=2Na3N ou 2Na+ 3Na2=2NaN3

2Na+ C12 = 2NaСl

À 800-900 °C, le sodium se combine au carbone pour former du carbure Na2C2 ; lorsqu'il est trituré avec du soufre, il donne du sulfure de Na2S et un mélange de polysulfures (Na2S3 et Na2S4)

Le sodium se dissout facilement dans l'ammoniac liquide, la solution bleue résultante a une conductivité métallique, avec de l'ammoniac gazeux à 300-400 °C ou en présence d'un catalyseur lorsqu'elle est refroidie à -30 °C, elle donne l'amide NaNH2.

Le sodium forme des composés avec d'autres métaux (composés intermétalliques), tels que l'argent, l'or, le cadmium, le plomb, le potassium et quelques autres. Avec le mercure, il produit des amalgames NaHg2, NaHg4, etc. Les plus importants sont les amalgames liquides, qui se forment par l'introduction progressive de sodium dans le mercure situé sous une couche de kérosène ou d'huile minérale.

Le sodium forme des sels avec les acides dilués.

Réception et demande. La principale méthode de production de sodium est l’électrolyse du sel de table fondu. Dans ce cas, du chlore est libéré à l’anode et du sodium à la cathode. Pour réduire le point de fusion de l'électrolyte, d'autres sels sont ajoutés au sel de table : KCl, NaF, CaCl2. L'électrolyse est réalisée dans des électrolyseurs à diaphragme ; les anodes sont en graphite, les cathodes sont en cuivre ou en fer.

Le sodium peut être obtenu par électrolyse de l'hydroxyde de NaOH fondu et de petites quantités par décomposition de l'azide de NaN3.

Le sodium métallique est utilisé pour restaurer les métaux purs à partir de leurs composés - potassium (de KOH), titane (de TiCl4), etc. Un alliage de sodium avec du potassium est un liquide de refroidissement pour les réacteurs nucléaires, car les métaux alcalins n'absorbent pas bien les neutrons et n'absorbent donc pas bien les neutrons. n'empêchera pas la fission des noyaux d'uranium. La vapeur de sodium, qui a une lueur jaune vif, est utilisée pour remplir les lampes à décharge utilisées pour éclairer les autoroutes, les marinas, les gares, etc. Le sodium est utilisé en médecine : le nucléide 24Na produit artificiellement est utilisé pour le traitement radiologique de certaines formes de leucémie et à des fins de diagnostic.

L'utilisation de composés du sodium est beaucoup plus étendue.

Le peroxyde de Na2O2 est constitué de cristaux incolores, un produit technique jaune. Lorsqu'il est chauffé à 311-400 °C, il commence à libérer de l'oxygène et à 540 °C, il se décompose rapidement. Un agent oxydant puissant, grâce auquel il est utilisé pour blanchir les tissus et autres matériaux. Dans l'air, il absorbe le CO2", libère de l'oxygène et forme du carbonate 2Na2O2+2CO2=2Na2Co3+O2). L'utilisation du Na2O2 pour la régénération de l'air dans les espaces clos et les appareils respiratoires isolants (sous-marins, masques à gaz isolants, etc.) repose sur cette propriété.

Hydroxyde de NaOH; le nom obsolète est soude caustique, le nom technique est soude caustique (du latin caustique - caustique, brûlant) ; l'une des fondations les plus solides. Le produit technique, en plus du NaOH, contient des impuretés (jusqu'à 3% Na2CO3 et jusqu'à 1,5% NaCl). Une grande quantité de NaOH est utilisée pour la préparation d'électrolytes pour piles alcalines, la production de papier, de savon, de peintures, de cellulose et pour purifier le pétrole et les huiles.

Parmi les sels de sodium, le chromate Na2CrO4 est utilisé - dans la production de teintures, comme mordant pour la teinture des tissus et comme agent de tannage dans l'industrie du cuir ; sulfite Na2SO3 - un composant des fixateurs et révélateurs en photographie ; hydrosulfite NaHSO3 - un agent de blanchiment pour tissus et fibres naturelles, utilisé pour conserver les fruits, les légumes et les aliments pour plantes ; thiosulfate Na2S2O3 - pour éliminer le chlore lors du blanchiment des tissus, comme fixateur en photographie, antidote aux intoxications aux composés du mercure, à l'arsenic, etc., agent anti-inflammatoire ; le chlorate NaClO3 est un agent oxydant dans diverses compositions pyrotechniques ; Le triphosphate Na5P3O10 est un additif aux détergents synthétiques pour adoucir l’eau.

Le sodium, NaOH et ses solutions provoquent de graves brûlures de la peau et des muqueuses.

En apparence et en propriétés, le potassium est similaire au sodium, mais plus réactif. Réagit vigoureusement avec l'eau et provoque l'inflammation de l'hydrogène. Il brûle dans l’air, formant du superoxyde orange CO2. À température ambiante, il réagit avec les halogènes et sous chauffage modéré, avec l'hydrogène et le soufre. Dans l’air humide, il se recouvre rapidement d’une couche de KOH. Conservez le potassium sous une couche d’essence ou de kérosène.

Les plus grandes applications pratiques sont les composés de potassium - hydroxyde de KOH, nitrate de KNO3 et carbonate de K2CO3.

Hydroxyde de potassium KOH (nom technique - potassium caustique) - cristaux blancs qui se propagent dans l'air humide et absorbent le dioxyde de carbone (K2CO3 et KHCO3 se forment). Très soluble dans l'eau avec un effet exo élevé. La solution aqueuse est très alcaline.

L'hydroxyde de potassium est produit par électrolyse d'une solution de KCl (similaire à la production de NaOH). Le chlorure de potassium original KCl est obtenu à partir de matières premières naturelles (minéraux sylvite KCl et carnallite KMgC13 6H20). KOH est utilisé pour la synthèse de divers sels de potassium, de savons liquides, de colorants, comme électrolyte dans les batteries.

Nitrate de potassium KNO3 (nitrate de potassium minéral) - cristaux blancs, goût très amer, point de fusion bas (fondation = 339 °C). Très soluble dans l'eau (pas d'hydrolyse). Lorsqu'il est chauffé au-dessus du point de fusion, il se décompose en nitrite de potassium KNO2 et en oxygène O2, présentant de fortes propriétés oxydantes. Le soufre et le charbon s'enflamment au contact du KNO3 fondu, et le mélange C + S explose (combustion de « poudre noire ») :

2КNO3 + ЗС(charbon) + S=N2 + 3CO2 + K2S

Le nitrate de potassium est utilisé dans la production de verre et d'engrais minéraux.

Le carbonate de potassium K2CO3 (nom technique - potasse) est une poudre hygroscopique blanche. Il est très soluble dans l'eau, s'hydrolyse fortement au niveau de l'anion et crée un environnement alcalin en solution. Utilisé dans la fabrication du verre et du savon.

La production de K2CO3 repose sur les réactions :

K2SO4 + Ca(OH)2 + 2CO = 2K(HCOO) + CaSO4

2К(НСОО) + O2 = К2С03 + Н20 + С02

Le sulfate de potassium issu de matières premières naturelles (minéraux kainite KMg(SO4)Cl ZH20 et schoénite K2Mg(SO4)2 * 6H20) est chauffé avec de la chaux éteinte Ca(OH)2 dans une atmosphère de CO (sous une pression de 15 atm), formiate de potassium On obtient du K(HCOO) qui est calciné sous courant d'air.

Le potassium est un élément vital pour les plantes et les animaux. Les engrais potassiques sont des sels de potassium, à la fois naturels et leurs produits transformés (KCl, K2SO4, KNO3) ; teneur élevée en sels de potassium dans les cendres végétales.

Le potassium est le neuvième élément le plus abondant dans la croûte terrestre. Contenu uniquement sous forme liée dans les minéraux, l'eau de mer (jusqu'à 0,38 g d'ions K+ dans 1 litre), les plantes et les organismes vivants (à l'intérieur des cellules). Le corps humain contient = 175 g de potassium, les besoins quotidiens atteignent ~4 g. L'isotope radioactif 40K (un mélange de l'isotope stable prédominant 39K) se désintègre très lentement (demi-vie 1 109 ans) ; il contribue, avec les isotopes 238U et 232Th, à