Общие свойства металлов

Общие свойства металлов

Металлы отличаются от неметаллов перечнем свойств, о которых ниже и пойдёт речь.

В настоящее время известно 118 химических элементов, из которых 92 являются металлами.

В короткой Периодической таблице металлы находятся в начале периодов, а также в побочных подгруппах. Все элементы побочных подгрупп являются металлами. Условной границей, отделяющей металлы от неметаллов, служит диагональ бор — астат, левее и ниже которой все элементы относятся к металлам. Элементы, находящиеся вблизи диагонали, имеют двойственную природу.

Строение кристаллической решётки металлов

Для металлов и их сплавов характерна металлическая кристаллическая решётка. Металлическая кристаллическая решетка — это структура, которая состоит из ионов и атомов металла, а между ними свободно передвигаются электроны.

Между атомами в составе кристаллической решётки возникает металлическая химическая связь.

Сравнивая энергию различных типов химических связей, можно сделать вывод о прочности металлической связи:

Чем больше энергия, тем связь прочнее → металлическая является одной из самых прочных. Это обуславливает некоторые физические и химические свойства металлов.

Строение электронных оболочек металлов

У металлов сравнительно большие радиусы атомов. На внешнем электронном слое у большинства металлов находится небольшое число электронов (от 1 до 3). Их наружный слой далёк до завершения. Металлам характерны низкие значения электроотрицательности (

Для того, чтобы приобрести электронную конфигурацию ближайшего инертного газа (а все элементы к этому и стремятся), металлам необходимо отдать один или два электрона, в зависимости от периода, в котором находится металл:

Li: [He]2s¹ Ca: [Ar]3s² Al: [Ne]3s²3p¹ Mg: [Ne] 3s 2 K: [Ar] 4s 1 Fe: [Ar] 3d 6 4s 2 Zn: [Ar] 3d 10 4s 2

Внешний энергетический уровень металла обуславливает его окислительно-восстановительные свойства, как и то, какую степень окисления металл способен принимать. Например, Li ⁺¹ Ca⁺² Al⁺ 3

Физические свойства металлов

1. Отсутствие цвета и характерный металлический блеск. Это объясняется высокой подвижностью электронов, имеющих разную скорость и энергию → электроны способны поглощать всю линию спектра (не окрашены). При снятии возбуждения электрона происходит излучение света (блеск).

2. Металлы обладают высокой электропроводностью и теплопроводностью. Это хорошо объясняется высокой подвижностью электронов, находящихся в составе металлической кристаллической решётки.

3. Вследствие большой прочности металлической связи металлы обладают высокими температурами плавления и значительной твёрдостью. (В металлах с низкой валентностью прочность связи ниже → эти металлы легкоплавкие и мягкие. Например, литий.)

4. Пластичность. Благодаря особенностям кристаллической решётки металлы в результате механического воздействия способны не разрушаться, образуя порошок, а менять форму.

5. Магнетизм. Создается неравномерным распределением электронов в атомах некоторых металлических элементов. Неравномерное вращение и движение, вызванное этим неравномерным распределением электронов, перемещает заряд внутри атома вперед и назад, создавая магнитные диполи.

Химические свойства металлов

Благодаря тому, что металлам проще лишиться электронов на своём внешнем энергетическом слое, в реакциях металлы-простые вещества будут выступать исключительно в роли восстановителей.

В зависимости от активности, металлы традиционно подразделяют на три группы: Li, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al – активные металлы; Mn, Zn, Cr, Cd, Co, Ni, Pb – металлы средней активности; H2, Cu, Ag, Hg, Au, Pt – малоактивные металлы.
Чем активнее металл, тем проще он будет отдавать электроны → будет проявлять более сильные восстановительные свойства и первым взаимодействовать с окислителем.

4Li + O₂ → 2Li₂O (оксид)

2Na + O₂ → Na₂O₂ (пероксид)

K + O₂ → KO₂ (надпероксид)

с водой

C жидкой водой взаимодействуют активные металлы. Результатом этой ОВР является образование щелочей.

2Na + H₂O → 2NaOH + H₂

Cu + H₂O ↛

Металлы правее водорода (не активные) не вступают в реакцию с водой.

с растворами кислот

Те металлы, которые стоят в ряду активности левее водорода, способны вытеснять его, образуя с кислотным остатком соль.

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

3Fe + 4H₃PO₄ → Fe₃(PO₄)₄ + 6H₂

Кислоты HNO₃ и H₂SO₄ являются сильными окислителями за счет кислотного остатка и с металлами будут реагировать специфичнее (например, окислять неактивные металлы).

с кислотами-окислителями

В разбавленном виде серная кислота является окислителем за счёт протона.
Продукты восстановления серной кислоты зависят от активности металла, с которым она реагирует.

+ активный Me (Li-Zn) → Соль + H₂S⁻² + H₂O

+ металл средней активности (Cd-Pb) → Соль + S⁰ + H₂O

+ неактивный металл (после H₂ и Fe) → Соль + S⁺⁴O₂ + H₂O

Более подробно о реакциях металлов с серной кислотой можно прочитать в статье.

И разбавленные, и концентрированные растворы азотной кислоты являются окислителями за счёт атома N⁺⁵

Концентрированная азотная кислота даёт один продукт, для разбавленной тенденция образования продуктов реакции аналогична серной кислоте.

HNO₃(конц) + Me(независимо от активности) → Соль + NO₂ + H₂O

+ активный Me (Li-Zn) → Соль + N₂⁰ + H₂O

+ металл средней активности (Fe-Pb) → Соль + N₂⁺¹O + H₂O

+ неактивный металл (после H₂ и Fe) → Соль + N⁺²O + H₂O

HNO₃(оч разб) + активный Me (Li-Zn) → Соль + N⁻³H₄NO₃ + H₂O

Более подробно о реакциях металлов с азотной кислотой можно прочитать в статье.

с солями

Металлы способны вступать в реакцию с солями, вытесняя менее активный металл и образуя с кислотным остатком новую соль.

Ca + ZnCl₂ → CaCl₂ + Zn

K + CuI → KI + Cu

с щелочами

Особенностью амфотерных металлов (Be, Al, Zn и др) является их способность взаимодействовать как с кислотами, так и с щелочами с образованием комплексов.

2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂

Be + 2NaOH + 2H₂O → Na2[Be(OH)₄] + H₂

Zn + 2NaOH + H₂O → Na₂[Zn(OH)₄] + H₂

При нагревании комплексы не образуются.

2Al + 2NaOH + 2H₂O → 3H₂ + 2NaAlO₂ (алюминат натрия)

Be + 2KOH → H₂ + 2NaAlO₂ (бериллат калия)

Zn + 2KOH → 2H₂ + K₂ZnO₂ (цинкат калия)

Онлайн-учебник по химии

• Строение вещества
• Строение атома
• Химические связи
• Валентность
• Степень окисления
• Кристаллические решетки
• Неорганическая химия
• Классификация неорганических соединений. Правила номенклатуры и тривиальные названия
• Гидролиз солей в водном растворе
• Общие свойства металлов
• Щелочные металлы
• Оксиды и гидроксиды щелочных металлов
• Серная кислота
• Азотная кислота
• Щелочноземельные металлы
• Медь Серебро и их соединения
• Хром и его соединения
• Железо
• Марганец и его соединения
• Водород и кислород
• Галогены
• Халькогены. Сера и селен.
• Азот
• Фосфор
• Углерод и кремний
• Органическая химия
• Основы органической химии
• Классификация органических соединений
• Номенклатура углеводородов
• Алканы. Химические свойства и получение
• Алкены
• Циклоалканы и циклоалкены
• Алкадиены
• Алкины
• Арены
• Номенклатура органических функциональных производных
• Спирты
• Альдегиды
• Кетоны
• Сложные эфиры
• Амины
• Аминокислоты
• 33 задача по химии в ЕГЭ.
• Общая химия
• Типы химических реакций в неорганической химии
• Скорость химической реакции
• Химическое равновесие. Факторы, влияющие на смещение химического равновесия.
• Химическое равновесие. Задачи на реакторы.
• Гидролиз
• Растворимость: теория и задачи 26 и 34
• Химическая технология
• Классическая термодинамика