Самый активный металл — это какой?

Как получают вольфрам?

В природе чистый вольфрам не встречается. Он входит в состав горных пород в виде триоксида, а также вольфрамитов железа, марганца и кальция, реже меди или свинца. По оценкам ученых содержание вольфрама в земной коре в среднем составляет 1,3 грамма на одну тонну. Это достаточно редкий элемент по сравнению с другими видами металлов. Содержание вольфрама в руде после добычи обычно не превышает 2%. Поэтому добытое сырье отправляется на обогатительные фабрики, где методом магнитной или электростатической сепарации массовая доля металла доводится до отметки 55-60%.

Процесс его получения разделяется на технологические этапы. На первом этапе выделяют чистый триоксид из добытой руды. Для этого используют метод термического разложения. При температурах от 500 до 800 градусов по Цельсию все лишние элементы расплавляются, а тугоплавкий вольфрам в виде оксида легко можно собрать из расплава. На выходе получается сырье с содержанием оксида шестивалентного вольфрама на уровне 99%.

Полученное соединение тщательно измельчают и проводят восстановительную реакцию в присутствии водорода при температуре 700 градусов по Цельсию. Это позволяет выделить чистый металл в виде порошка. Далее его спрессовывают под высоким давлением и спекают в водородной среде при температурах 1200-1300 градусов по Цельсию. После этого полученная масса отправляется в электрическую плавильную печь, где под воздействием тока нагревается до температуры свыше 3000 градусов. Так вольфрам переходит в расплавленное состояние.

Для окончательной очистки от примесей и получения монокристаллической структурной решетки используется метод зонной плавки. Он подразумевает, что в определенный момент времени расплавленной находится только некоторая зона из общей площади металла. Постепенно двигаясь, эта зона перераспределяет примеси, в результате чего в конечном итоге они скапливаются в одном месте и их легко можно удалить из структуры сплава.

Готовый вольфрам поступает на склад в виде штабиков или слитков, предназначенных для последующего производства нужной продукции. Для получения сплавов вольфрама все составные элементы измельчают и смешивают в виде порошка в необходимых пропорциях. Далее производится спекание и плавка в электрической печи.

Динамика

Всё завязано на радиусе атома. Помня об этом, вы всегда можете показать изменение электроотрицательности, окислительно-восстановительных, металлических/неметаллических свойств.

Посмотрите внимательно на распределение электронов по слоям у первых четырёх элементов первой группы и первых четырёх элементов седьмой группы.

Так уж мир устроен — всё стремится к стабильности

Люди ли это, государства, какие-то химические частицы — неважно. Среди химических элементов своеобразным образцом стабильности являются так называемые «благородные газы» — элементы главной подгруппы восьмой группы

Все остальные химические элементы стремятся этому образцу соответствовать, поэтому химические свойства веществ обусловлены…

Очевидно, что натрию легче отдать один электрон, чтобы достигнуть конфигурации неона, чем присоединить семь электронов и стать «вторым аргоном» — у него и свободных орбиталей-то для этого нет!

Ещё легче с этим решением калию — мало того, что ему так же выгоднее затратить меньшее количество энергии, отдав один электрон вместо присоединения нескольких, так у него ещё и сам валентный электрон далеко — радиус больше, из-за этого его труднее удерживать.

Обратную картину наблюдаем в седьмой группе. Картина, впрочем, объясняется теми же самыми общими закономерностями.

Есть фтор. Ему «впадлу» отдавать семь электронов, когда можно отнять у кого-нибудь один и начать косплеить неон. А есть йод, йоду тоже впадлу — но у него радиус больше, поэтому ему сложнее присоединять присоединить этот несчастный электрон.

Исходя из этих примеров, мы можем вывести некоторые закономерности изменения химических свойств при движении по группам и периодам:

1. Окислительно-восстановительныесвойства — собственно, способность присоединять/отдавать электроны, изменяя степень окисления.

Сверху-вниз по группе — возрастают восстановительные (вспомните натрий и калий), уменьшаются окислительные, слева-направо по периоду — уменьшаются восстановительные (вспомните элементы первой группы и элементы седьмой), увеличиваются окислительные.

2. Металлические/неметаллические свойства — то же самое, что и в первом свойстве — отдача/принятие электронов, следовательно — закономерности будут аналогичны.

3. Электроотрицательность — способность присоединять электронные пары при образовании химической связи. Снова присоединение/отдача электронов => аналогично первым двум свойствам.

А вот со следующими двумя свойствами рекомендую быть максимально осторожным.

4. Кислотно-основные свойства ОКСИДОВ И ГИДРОКСИДОВ — в группе (сверху вниз) увеличиваются основные свойства, уменьшаются кислотные, по периоду (слева направо) — наоборот, кислотные увеличиваются, а основные — уменьшаются.

5. А однажды моему знакомому встретилось такое задание:

«Тематический тренинг» В. Н. Доронькина

Как вы видите, под цифрой 2 просят указать элементы в порядке возрастания кислотных свойств водородных соединений. Которые он, очевидно, принял за кислотные свойства оксидов и гидроксидов, поэтому там написан неправильный ответ и недоумевающий знак вопроса.

С кислотными свойствами водородных соединений всё с точностью до наоборот… Хотя, нет, ладно, не всё. Наполовину.

Давайте просто вспомним, что вообще такое кислотные свойства. Если очень коротко и упрощённо:

А какая разница, протон, электрон — ведь всё опять возвращается на круги своя, к атомному радиусу!

Чем больше он, тем больше длина связи. Чем больше длина связи, тем легче отдавать те или иные частицы. Значит, по группе (сверху вниз) кислотные свойства водородных соединений УСИЛИВАЮТСЯ. Это, кстати, объясняет, почему плавиковую кислоту (HF) считают слабее, чем её соседей с нижних этажей — HCl, HBr, HI.

Пятое свойство упоминается не так часто, как четвёртое, но оно имеет место быть в том числе и в заданиях ЕГЭ. Будьте внимательны.

На сегодня всё, не забудьте определить ЧИСЛО НЕЙТРОНОВ ХЛОРА, в следующей статье мы рассмотрим детальнее этот вопрос (а заодно обсудим изотопы, атомную массу и многие другие интересные вещи) и проверим, правы ли вы в своих рассуждениях, поэтому не забудьте поставить лайк и подписаться на канал!

Крайне занятная таблица. Но если вы школьник, то учить её не стоит, одолейте хотя бы классику 🙂

Самые дорогие редкоземельные металлы

На сегодняшний день в группу редкоземельных элементов входит всего 17 элементов Периодической таблицы химических элементов Д.И. Менделеева. Их объединяют общие физико-химические свойства.

Прежде всего, все они металлы, имеющие серебристо-белый цвет, а самые редкие из них ещё и высокую стоимость на международном рынке.

Та страна, в недрах которой залегает хотя бы один из самых редких металлов этой группы, обладает поистине великим сокровищем, ведь цена килограмма таких металлов может составлять тысячи долларов. Итак, какие же металлы входят в группу редкоземельных.

Редкоземельные металлы — дефицитный товар

В природе в свободном виде европий не встречается

А выделяется из таких минералов, как лопарит и моноцит. Европий практически самый редкий из редкоземельных металлов и один из самых редких элементов Периодической таблицы. Вот поэтому его цена и является столь высокой на международном рынке. Неодим дороже серебра в несколько раз. Он широко используется в ядерной энергетике, в производстве лазерных материалов, в электронике, медицине и производстве люминофор.

Лютеций В виде оксида лютеций был открыт в 1907 году сразу 3-мя учёными Вельсбахом, Урбеном и Джеймсом. Название элементу дал француз Жорж Урбен, который произвёл его от латинского названия Парижа.

Впервые чистый лютеций был выделен в 60-х годах прошлого века. Получают лютеций из минералов путем ионного обмена, экстракции и восстановления с помощью кальция из фторида лютеция.

Лютеций – метал серебристого цвета, самый тяжёлый в своей группе. Он легко поддаётся обработке. На воздухе этот металл покрывается плотной пленкой из оксида лютеция. Взаимодействует со многими неметаллами и неорганическими кислотами.

Лютеций применяется в производстве лазерных материалов, магнитных сплавов для космической техники, для создания жаропрочной проводящей керамики, в ядерной энергетике. С добавлением лютеция производят сплавы с высокотемпературной сверхпроводимостью, а также составы для легирования жаростойких материалов.

Редкоземельные металлы являются востребованными в настоящее время, но многие их свойства пригодятся и для производства технологий будущего. Вот поэтому учёные многих стран мира проводят исследования по изучению их свойств. Какими ещё необычными свойствами обладают эти металлы, покажет время.

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:

− 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):

4Mg + 10HNO_{3(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:

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:

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:

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

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.

Основные виды сплавов

Самые многочисленные виды сплавов металлов изготавливаются на основе железа. Это стали, чугуны и ферриты.

Сталь — это вещество на основе железа, содержащее не более 2,4% углерода, применяется для изготовления деталей и корпусов промышленных установок и бытовой техники, водного, наземного и воздушного транспорта, инструментов и приспособлений. Стали отличаются широчайшим диапазоном свойств. Общие из них — прочность и упругость. Индивидуальные характеристики отдельных марок стали определяются составом легирующих присадок, вводимых при выплавке. В качестве присадок используется половина таблицы Менделеева, как металлы , так и неметаллы. Самые распространенные из них — хром, ванадий, никель, бор, марганец,  фосфор.

Легированная сталь

Если содержание углерода более 2,4% , такое вещество  называют чугуном. Чугуны более хрупкие, чем сталь. Они применяются там, где нужно выдерживать большие статические нагрузки при малых динамических. Чугуны используются при производстве станин больших  станков и технологического оборудования, оснований для рабочих столов, при отливке оград, решеток и предметов декора. В XIX и в начале XX века чугун широко применялся в строительных конструкциях. До наших дней в Англии сохранились мосты из чугуна.

Чугунные радиаторы

Вещества с большим содержанием углерода, имеющие выраженные магнитные свойства, называют ферритами. Они используются при производстве трансформаторов и катушек индуктивности.

Сплавы металлов на основе меди, содержащие от 5 до 45% цинка, принято называть латунями. Латунь мало подвержена коррозии и широко применяется как конструкционный материал в машиностроении.

Желтая латунь

Если вместо цинка к меди добавить олово, то получится бронза. Это, пожалуй, первый сплав, сознательно полученный нашими предками несколько тысячелетий назад. Бронза намного прочнее и олова, и меди и уступает по прочности только хорошо выкованной стали.

Вещества на основе свинца широко применяются для пайки проводов и труб, а также в электрохимических изделиях, прежде всего, батарейках и аккумуляторах.

Двухкомпонентные материалы на основе алюминия, в состав которых вводят кремний, магний или медь, отличаются малым удельным весом и высокой обрабатываемостью. Они используются в двигателестроении, аэрокосмической промышленности и производстве электрокомпонентов и бытовой техники.

Что такое коррозия металла

Окисление металлов часто приводит к их разрушению. Разрушение металлов под действием окружающей среды называется коррозией.

• Запишите в тетрадь определение коррозии.

Коррозия металлов происходит под влиянием кислорода, влаги и углекислоты, а также окислов азота и пр. Коррозия, вызванная непосредственным взаимодействием металла с веществом окружающей его среды, называется химической, или газовой, коррозией.

Например, на химических производствах металл иногда контактирует с кислородом, хлором, окислами азота и т. д., в результате чего образуются соли и окислы металла:

2Сu + О2 = 2СuО

Кроме газовой, или химической, коррозии, существует еще электрохимическая коррозия, которая встречается гораздо чаще. Для того чтобы понять схему электрохимической коррозии, рассмотрим гальваническую пару цинк — медь.

Возьмем цинковую и медную пластинки и опустим их в раствор серной кислоты, которая, как нам известно, содержится в растворе в виде ионов:

H2SO4 = 2Н+ + SO2₄—

Соединив цинковую и медную пластинки через гальванометр, мы обнаружим наличие в цепи электрического тока. Это объясняется тем, что атомы цинка, отдавая электроны, в виде ионов переходят в раствор:

Zn — 2е— → Zn+2

Электроны через проводник переходят на медь, а с меди — на ионы водорода:

Н+ + е— → Н

Водород в виде нейтральных атомов выделяется на медной пластинке, а цинк постепенно растворяется. Таким образом, медь, как бы оттягивая электроны с цинка, заставляет последний быстрее растворяться, т. е. способствует окислению. В то же время совершенно чистый цинк может некоторое время находиться в кислоте, совершенно не подвергаясь ее действию.

Рис. 75. Схема образова­ния гальванической пары при электрохимической коррозии. 1 — цинк; 2 — медь; 3 — пузырь­ки водорода на медном элек­троде; 4 — гальванометр

По такой же схеме происходит коррозия такого металла, как железо, только электролитом на воздухе является угольная кислота, а примеси к железу играют роль второго электрода гальванической пары. Эти пары микроскопические, поэтому разрушение металла идет гораздо медленнее.

Разрушению обычно подвергается более активный металл. Таким образом, электрохимическая коррозия — это окисление металла, сопровождающееся возникновением гальванических пар. Коррозия металлов причиняет большой ущерб народному хозяйству.

12. Дайте определение коррозии. 11. Можно ли считать коррозией то, что натрий на воздухе быстро окисляется, взаимодействие цинка с соляной кислотой, взаимодействие алюминия с окисью железа при термитной сварке, получение водорода при взаимодействии железа с перегретым водяным паром.

13. Какая разница между химической и электрохимической коррозией? Для борьбы с коррозией существует много способов. Металлы (в частности, железо) покрывают масляной краской, образующей на поверхности металла плотную пленку, не пропускающую кислород и пары воды. Можно покрывать металлы, например медную проволоку, лаком, который одновременно защищает металл от коррозии и служит изолятором.

Взаимодействие с простыми веществами

На внешнем электронном уровне у большинства металлов небольшое количество электронов (1-3), поэтому они в большинстве реакций выступают как восстановители (то есть «отдают» свои электроны).

Реакции с простыми веществами

С кислородом реагируют все металлы, кроме золота и платиновых металлов. Реакция с серебром происходит при высоких температурах, но оксид серебра(II) практически не образуется, так как он термически неустойчив. В зависимости от металла на выходе могут оказаться оксиды, пероксиды, надпероксиды:

4Li+O2=2Li2O{\displaystyle {\mathsf {4Li+O_{2}=2Li_{2}O}}}оксид лития

2Na+O2=Na2O2{\displaystyle {\mathsf {2Na+O_{2}=Na_{2}O_{2}}}}пероксид натрия

K+O2=KO2{\displaystyle {\mathsf {K+O_{2}=KO_{2}}}}надпероксид калия

Чтобы получить из пероксида оксид, пероксид восстанавливают металлом:

Na2O2+2Na=2Na2O{\displaystyle {\mathsf {Na_{2}O_{2}+2Na=2Na_{2}O}}}

Со средними и малоактивными металлами реакция происходит при нагревании:

3Fe+2O2=Fe3O4{\displaystyle {\mathsf {3Fe+2O_{2}=Fe_{3}O_{4}}}}

2Hg+O2=2HgO{\displaystyle {\mathsf {2Hg+O_{2}=2HgO}}}

2Cu+O2=2CuO{\displaystyle {\mathsf {2Cu+O_{2}=2CuO}}}

С азотом реагируют только самые активные металлы, при комнатной температуре взаимодействует только литий, образуя нитриды:

6Li+N2=2Li3N{\displaystyle {\mathsf {6Li+N_{2}=2Li_{3}N}}}

При нагревании:

2Al+N2=2AlN{\displaystyle {\mathsf {2Al+N_{2}=2AlN}}}

3Ca+N2=Ca3N2{\displaystyle {\mathsf {3Ca+N_{2}=Ca_{3}N_{2}}}}

С серой реагируют все металлы, кроме золота и платины.

Железо взаимодействует с серой при нагревании, образуя сульфид:

Fe+S=FeS{\displaystyle {\mathsf {Fe+S=FeS}}}

С водородом реагируют только самые активные металлы, то есть металлы IA и IIA групп, кроме Be. Реакции осуществляются при нагревании, при этом образуются гидриды. В реакциях металл выступает как восстановитель, степень окисления водорода −1:

2Na+H2=2NaH{\displaystyle {\mathsf {2Na+H_{2}=2NaH}}}

Mg+H2=MgH2{\displaystyle {\mathsf {Mg+H_{2}=MgH_{2}}}}

С углеродом реагируют только наиболее активные металлы. При этом образуются ацетилениды или метаниды. Ацетилениды при взаимодействии с водой дают ацетилен, метаниды — метан.

2Na+2C=Na2C2{\displaystyle {\mathsf {2Na+2C=Na_{2}C_{2}}}}

Na2C2+2H2O=2NaOH+C2H2{\displaystyle {\mathsf {Na_{2}C_{2}+2H_{2}O=2NaOH+C_{2}H_{2}}}}

Самый стойкий металл

Самым стойким металлом считается иридий — его невозможно растворить ни в одной кислоте. Из-за стойкости, этот металл используется в Международном бюро мер и весов — из него создан эталон килограмма. Этот цилиндр из иридия необходим для того, чтобы у всех стран было единое представление о том, сколько именно должен весить килограмм

Это важно, потому что любое отклонение может стать причиной неисправности в самолётах и кораблях и, впоследствии, серьезной катастрофы

Иридий — показатель того, сколько должен весить килограмм

Также иридий используется при изготовлении денег. Например, в африканской стране Руанде была выпущена иридиевая монета номиналом 10 руандийских франков. Можно сказать, что это самая устойчивая к химическому воздействию монета. Повредить ее можно разве что кину в сосуд со фтором — сильнейшим окислителем. Но разрушительная реакция начнется только при нагревании до 450 градусов Цельсия.

Алюминий

Если же брать самый крепкий и легкий металл, то им принято считать алюминий. Его плотность составляет 2,7 грамм на сантиметр кубический. Этот металл достаточно распространен в природе и получил широкое применение в промышленности. Многие сплавы алюминия прочнее стали и при этом гораздо легче нее. Уже сейчас использование алюминиевых конструкций в строительной сфере вышло на новый уровень.

К тому же этот элемент гораздо более стойко переносит воздействие коррозии и не требует для этого дополнительной закалки. Алюминий входит в состав авиационных сплавов, из которых изготавливают обшивку самолетов. Некоторые ученые предполагают, что в будущем его сплавы смогут полностью вытеснить сталь.

К тому же не прекращаются опыты по выделению новых элементов, сочетающих в себе положительные черты существующих веществ, но лишенные их природных недостатков. Так что возможно вскоре будет открыт новый самый легкий и прочный металл, который заявит о себе во всеуслышание.

Общая характеристика металлов

Все химические элементы делятся на металлы и неметаллы. В основе такого деления лежит различие в строении атомов элементов.

Неметаллы в таблице Периодической системы Менделеева занимают правый верхний угол (желтые ячейки на рисунке внизу):

Все остальные, не желтые ячейки плюс водород и гелий — занимают металлы. Таким образом, неметаллы и металлы в Периодической таблице разделены условной диагональю бор-астат.

Химические элементы, расположенные в непосредственной близости от этой диагонали (алюминий, титан, галлий, германий, сурьма, теллур, астат), имеют двойственные свойства, реагируя в некоторых случаях, как металлы, а в других — как неметаллы.

Закономерности расположения элементов в периодах (слева-направо):

• Радиус атома — уменьшается;
• Заряд ядра — увеличивается;
• Электроотрицательность — увеличивается;
• Кол-во электронов на внешнем слое — увеличивается;
• Прочность связи внешних электронов с ядром атома — увеличивается;
• Способность отдавать электроны — уменьшается.

Исходя из вышеуказанных закономерностей, нетрудно догадаться, что металлы находятся в начале каждого периода (слева), а неметаллы — в конце (справа).

Атомы металлов:

• как правило, на внешнем электронном слое имеют 1-3 электрона (4 электрона у Ge, Sn, Pb; 5 — у Sb, Bi; 6 — у Po);
• имеют больший размер атома и меньший заряд его ядра, по сравнению с неметаллами своего периода;
• имеют высокопрочную связь внешних электронов с ядром атома;
• легко расстаются с валентными электронами, превращаясь в катионы.

При н.у. все металлы (за исключением ртути) являются твердыми веществами, обладающими прочной кристаллической решеткой, образованной за счет металлических связей. Между узлами кристаллической решетки находятся свободные электроны, которые могут переносить теплоту и проводить электрический ток. Поэтому, в отличие от неметаллов, металлы хорошо проводят тепло и обладают высокой электропроводностью.

Физические свойства металлов:

• твердые вещества (кроме ртути);
• обладают характерным металлическим блеском;
• обладают высокой электро- и теплопроводностью;
• обладают высокими механическими качествами: упругостью, пластичностью, прочностью.

Самыми мягкими металлами являются калий и натрий (их можно резать ножом), самый твердый металл — хром (царапает стекло).

Самый легкоплавкий металл ртуть (-38,9°C), самый тугоплавкий — вольфрам (3380°C).

Самая низкая плотность у лития (0,59 г/см3), самая высокая — у осмия (22,48 г/см3).

Еще одной характерной особенностью металлов является их способность намагничиваться:

• ферромагнетики обладают высокой способностью намагничиваться даже под действием незначительного магнитного поля (железо, никель);
• парамагнетики проявляются слабую способность к намагничиванию (алюминий, хром);
• диамагнетики не намагничиваются (олово, медь).

Реакции замещения

Они свойственны только активным металлам. Такой процесс происходит при добавлении последних к кислоте. Вследствие этого образуется соль данного металла и водород, который выделяется в виде газа. Выразить это можно с помощью такого уравнения: 2К + 2НСІ = 2КСІ + Н₂. Кроме того, такого типа реакции происходят между металлами и солями. Для этого металл, который добавляют в раствор, должен быть активнее, чем тот, который входит в состав соли. В этом случае образуется новая соль, а металл из предыдущей выпадет в виде осадка. Примером подобного рода химического взаимодействия может служить следующее уравнение: 2К + СаСІ₂ = 2КСІ + Са.

Microlattice — никелевая «кость»

Американские ученые по заказу авиаконцерна Boeing создали новый сверхлегкий металлический материал. Он получил название Microlattice (ultralight metallic microlattice) — ультралегкая металлическая губка. Материал этот, в прямом смысле слова, невесомый: если положить его на одуванчик, то цветок останется невредим. Однако при всей кажущейся хрупкости Microlattice может выдерживать огромные по сравнению со своим весом нагрузки. Причина в его необычном строении — на 99,99% материал полый, и, по сути, состоит из воздуха, что напоминает строение другого прочного «материала» — человеческой кости.

Основа Microlattice — это переплетенные между собой трубки, их толщина в тысячу раз меньше толщины человеческого волоса. При этом и сами трубки изнутри полые. Первые образцы нового материала были сделаны из сплава фосфора и никеля, нанесенного на полимерную губчатую основу. Возможности применения Microlattice практически безграничны. В частности, появление материала было на «ура» встречено авиационной промышленностью, ведь изготовленные из ультралегкого материала компоненты самолета сократят общую массу лайнера, что поможет существенно сэкономить на топливе.

Химические свойства металлов

Металлы легко отдают электроны, т. е. являются восстановителями. Поэтому они легко реагируют с окислителями.

Вопросы

1. Какие атомы являются окислителями?
2. Как называются простые вещества, состоящие из атомов, которые способны принимать электроны?

Таким образом, металлы реагируют с неметаллами. В таких реакциях неметаллы, принимая электроны, приобретают обычно НИЗШУЮ степень окисления.

Рассмотрим пример. Пусть алюминий реагирует с серой:

Вопрос. Какой из этих химических элементов способен только отдавать электроны? Сколько электронов?

Алюминий — металл, имеющий на внешнем уровне 3 электрона (III группа!), поэтому он отдаёт 3 электрона:

Поскольку атом алюминия отдает электроны, атом серы принимает их.

Вопрос. Сколько электронов может принять атом серы до завершения внешнего уровня? Почему?

У атома серы на внешнем уровне 6 электронов (VI группа!), следовательно, этот атом принимает 2 электрона:

Таким образом, полученное соединение имеет состав:

В результате получаем уравнение реакции:

Задание 8.5. Составьте, рассуждая аналогично, уравнения реакций:

• кальций + хлор (Cl₂);
• магний + азот (N₂).

Составляя уравнения реакций, помните, что атом металла отдаёт все внешние электроны, а атом неметалла принимает столько электронов, сколько их не хватает до восьми.

Названия полученных в таких реакциях соединений всегда содержат суффикс ИД:

Корень слова в названии происходит от латинского названия неметалла (см. урок 2.4).

Металлы реагируют с растворами кислот (см. урок 2.2). При составлении уравнений подобных реакций и при определении возможности такой реакции следует пользоваться рядом напряжений (рядом активности) металлов:

Металлы, стоящие в этом ряду до водорода, способны вытеснять водород из растворов кислот:

Задание 8.6. Составьте уравнения возможных реакций:

• магний + серная кислота;
• никель + соляная кислота;
• ртуть + соляная кислота.

Все эти металлы в полученных соединениях двухвалентны.

Реакция металла с кислотой возможна, если в результате её получается растворимая соль. Например, магний практически не реагирует с фосфорной кислотой, поскольку его поверхность быстро покрывается слоем нерастворимого фосфата:

Металлы, стоящие после водорода, могут реагировать с некоторыми кислотами, но водород в этих реакциях не выделяется:

Задание 8.7. Какой из металлов — Ва, Mg, Fе, Рb, Сu — может реагировать с раствором серной кислоты? Почему? Составьте уравнения возможных реакций.

Металлы реагируют с водой, если они активнее железа (железо также может реагировать с водой). При этом очень активные металлы (Li – Al) реагируют с водой при нормальных условиях или при небольшом нагревании по схеме:

где х — валентность металла.

Задание 8.8. Составьте уравнения реакций по этой схеме для К, Nа, Са. Какие ещё металлы могут реагировать с водой подобным образом?

Возникает вопрос: почему алюминий практически не реагирует с водой? Действительно, мы кипятим воду в алюминиевой посуде, — и… ничего! Дело, в том, что поверхность алюминия защищена оксидной пленкой (условно — Al₂O₃). Если её разрушить, то начнётся реакция алюминия с водой, причём довольно активная. Полезно знать, что эту плёнку разрушают ионы хлора Cl–. А поскольку ионы алюминия небезопасны для здоровья, следует выполнять правило: в алюминиевой посуде нельзя хранить сильно солёные продукты!

Вопрос. Можно ли хранить в алюминиевой посуде кислые щи, компот?

Менее активные металлы, которые стоят в ряду напряжений после алюминия, реагируют с водой в сильно измельчённом состоянии и при сильном нагревании (выше 100 °C) по схеме:

Металлы, менее активные, чем железо, с водой не реагируют!

Металлы реагируют с растворами солей. При этом более активные металлы вытесняют менее активный металл из раствора его соли:

Задание 8.9. Какие из следующих реакций возможны и почему:

1. серебро + нитрат меди II;
2. никель + нитрат свинца II;
3. медь + нитрат ртути II;
4. цинк + нитрат никеля II.

Составьте уравнения возможных реакций. Для невозможных поясните, почему они невозможны.

Следует отметить (!), что очень активные металлы, которые при нормальных условиях реагируют с водой, не вытесняют другие металлы из растворов их солей, поскольку они реагируют с водой, а не с солью:

А затем полученная щёлочь реагирует с солью:

Поэтому реакция между сульфатом железа и натрием НЕ сопровождается вытеснением менее активного металла: