Химические свойства металлов

Строение атомов металлов определяет не только характерные физические свойства простых веществ - металлов, но и общие их химические свойства.

Химические свойства металлов

При большом многообразии все химические реакции металлов относятся к окислительно-восстановительных и могут быть только двух типов: соединение и замещения. Металлы способны при химических реакциях отдавать электроны, то есть быть восстановителями, проявлять в соединениях, образовавшихся только положительную степень окисления.

В общем виде это можно выразить схемой:

Ме0 - ne → Me + n,

где Ме - металл - простое вещество, а Ме0 + n - металл химический элемент в сочетании.

Металлы способны отдавать свои валентные электроны атомам неметаллов, ионам водорода, ионам других металлов, а потому будут реагировать с неметаллами - простыми веществами, водой, кислотами, солями. Однако восстановительная способность металлов различна. Состав продуктов реакции металлов с различными веществами зависит и от окислительной способности веществ и условий, при которых протекает реакция.

При высоких температурах большинство металлов сгорает в кислороде:

2Mg + O2 = 2MgO

Неокисляющиеся в этих условиях только золото, серебро, платина и некоторые другие металлы.

С галогенами многие металлы реагируют без нагрева. Например, порошок алюминия при смешивании с бромом загорается:

2Al + 3Br2 = 2AlBr3

При взаимодействии металлов с водой в некоторых случаях образуются гидроксиды. Очень активно при обычных условиях взаимодействуют с водой щелочные металлы, а также кальций, стронций, барий. Схема этой реакции в общем виде выглядит так:

Е + HOH → Me (OH) n + H2 ↑

Другие металлы реагируют с водой при нагревании: магний при ее кипении, железо в парах воды при красном кипении. В этих случаях получаются оксиды металлов.

Если металл реагирует с кислотой, то он входит в состав соли, которая образуется. Когда металл взаимодействует с растворами кислоты, он может окисляться ионами водорода, имеющимися в этом растворе. Сокращенное ионное уравнение в общем виде можно записать так:

Me + nH + → Men + + H2 ↑

Более сильными окислительными свойствами, чем ионы водорода, обладают анионы таких кислородсодержащих кислот, например, концентрированная серная и азотная. Поэтому с этими кислотами реагируют те металлы, которые не способны окисляться ионами водорода, например, медь и серебро.

При взаимодействии металлов с солями происходит реакция замещения: электроны от атомов замещающего - активного металла переходят к ионам замещаимого - менее активного металла. То есть происходит замещение металла металлом в солях. Данные реакции не обратимы: если металл А вытесняет металл В из раствора солей, то металл В не будет вытеснять металл А из раствора солей.

Металл порядке убывания химической активности, проявляется в реакциях вытеснения металлов друг друга из водных растворов их солей, металлы располагаются в электрохимическом ряду напряжений (активности) металлов:

Li → Rb → K → Ba → Sr → Ca → Na → Mg → Al → Mn → Zn → Cr → → Fe → Cd → Co → Ni → Sn → Pb → H → Sb → Bi → Cu → Hg → Ag → Pd → Pt → Au

Металлы, расположенные в этом ряду левее, более активны и способны вытеснять следующие за ними металлы из растворов солей.

В электрохимический ряд напряжений металлов включен водород, как единственный неметалл, что разделяет с металлами общее свойство - образовывать положительно заряженные ионы. Поэтому водород замещает некоторые металлы в их солях и сам может замещаться многими металлами в кислотах, например

Zn + 2 HCl = ZnCl2 + H2 ↑ + Q

Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до водорода, вытесняют его из растворов многих кислот (соляной, серной и др.), А все следующие за ним, например, медь вытесняют.