Общий обзор металлов

Pb + 2HCl = PbCl₂¯ + H₂

Pb + H₂SO₄ = PbSO₄¯ + H₂

Sn + HCl + H₂O = SnOHCl¯ + H₂

3Ca + 2H₃PO₄ = Ca₃(PO₄)₂¯ + 3H₂

Некоторые малоактивные металлы, не взаимодействующие с разбавленными  растворами кислот - слабых окислителей, взаимодействуют с концентрированными растворами этих же кислот. В частности, медь не взаимодействует с разбавленными  растворами соляной кислоты, но растворяется в ее концентрированных растворах  за счет процесса комплексообразования:

2Cu + 4HCl = 2H[CuCl₂] + H₂

j°_[CuCl2]^-_/Cu⁺_+2Cl^- = -0,17 В.

Ряд металлов, для которых  характерны устойчивые соединения в  высшей степени окисления образуют анионные комплексы, например:

Zr (Ti) + 6HF = H₂[ZrF₆] + 2H₂

ОТНОШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ К КИСЛОТАМ - СИЛЬНЫМ ОКИСЛИТЕЛЯМ

а). Отношение металлов к  концентрированной H₂SO₄ .

Окислителем в концентрированных  растворах H₂SO₄ является S в ионах HSO₄^-, SO₄^2-. В зависимости от активности металла он может восстанавливаться до H₂S ( ), S или до SO₂ (см. схему).

Кроме этих соединений, во всех трех случаях основными продуктами реакции также являются соответствующая  соль (сульфат или гидросульфат) и вода:

4Mg + 5H₂SO_4(к) = 4MgSO₄ + H₂S + 4H₂O

3Zn + 4H₂SO_4(к) = 3ZnSO₄ + S + 4H₂O

Cu + 2H₂SO_4(к) = CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

Pb + 3H₂SO_4(к) = H₂[Pb(SO₄)₂] + SO₂ + 2H₂O

или Pb(HSO₄)₂

Некоторые металлы взаимодействуют  с концентрированными и разбавленными  растворами H₂SO₄ неодинаково. Так, олово с разбавленной H₂SO₄ образует соль катионного типа, повышая свою степень окисления до (+2):

Sn + H₂SO_4(р) = SnSO₄ + H₂ ,

а с концентрированной H₂SO₄ образует соль, в которой олово находится в высшей степени окисления (+4):

Sn + 4H₂SO₄ = Sn(SO₄)₂ + 2SO₂ + 2H₂O

В концентрированных растворах H₂SO₄ пассивируются на холоду Al, Cr, Fe, Co, Ni, Ti, Zr, Hf, Mo, W и др.

Не взаимодействуют с H₂SO₄: Pt, Au, Ru, Rh, Ir, и др.

б). Отношение металлов к  разбавленной HNO₃.

Окислителем в растворах HNO₃ является нитрат-ион: NO₃^-. Как и в предыдущем случае, состав основных продуктов реакции определяется активностью металла (см. схему), участвующего во взаимодействии:

Пассивация - торможение (или  полное прекращение) химического процесса за счет продуктов взаимодействия (образование  труднорастворимых оксидных, гидроксидных, солевых и иных пленок на поверхности металла).

4Ca + 10HNO₃ = 4Ca(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

5Ni + 12HNO₃ = 5Ni(NO₃)₂ + N₂ + 6H₂O

3Ag + 4HNO₃ = 3AgNO₃ + NO + H₂O

Пассивируются в разбавленных растворах HNO₃ (на холоду) Al, Mo, W и др. Не взаимодействуют: Pt, Au, Ru, Rh, Ir.

в). Отношение металлов к  концентрированной HNO₃.

В отличие от взаимодействия металлов с разбавленной HNO₃ в данном случае состав продуктов реакции менее разнообразен. В большинстве случаев нитрат-ион восстанавливается до NO₂. Часто процесс протекает при нагревании:

Ba + 4HNO_3(к) = Ba(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Hg + 4HNO_3(к) = Hg(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Ряд элементов, имеющих высокие (+4 и более) степени окисления  при взаимодействии с концентрированной HNO₃ образует гидроксиды (оксиды) в данной степени окисления:

Sn + 4HNO_3(к) = H₂SnO₃ + 4NO₂ + H₂O

2Sb + 10HNO_3(к) = Sb₂O₅ + 10NO₂ + 5H₂O

Os + 8HNO_3(к) = OsO₄ + 8NO₂ + 4H₂O

3Re + 7HNO_3(к) = 3HReO₄ + 7NO₂ + 2H₂O

Пассивируются в концентрированных растворах HNO₃ (на холоду) Be, Al, Cr, Fe, Co, Ni, Ti, Zr, Hf, Pb, Bi но при нагревании ряд металлов начинает активно взаимодействовать с HNO₃. Не взаимодействуют: Pt, Au, Ir, Ru, Rh, Nb, Ta.

г) Отношение металлов к  смесям кислот.

Ряд малоактивных металлов (Au, Ru, Os) не растворяется (или очень плохо) в перечисленных выше кислотах - сильных окислителях. Однако, в смесях кислот, в частности, HNO₃ + 3HCl (“царская водка”) эти металлы растворяются:

Au + HNO₃ + 4HCl = H[AuCl₄] + NO₂ + 2H₂O

Вместо HCl при растворении ряда металлов (Ti, Zr, Nb, Pt и др.) предпочтительнее использовать HF (плавиковая кислота):

3Э + 4HNO₃ + 18HF = 3H₂[ЭF₄] + 4NO₂+ 8H₂O Э = Ti, Zr, Hf, Pt, Pd, Ru.

3Э + 5HNO₃ + 21HF = 3H₂[ЭF₆] + 5NO₂ + 10H₂O Э = V, Nb, Ta.

ОТНОШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ К СМЕСЯМ ОКИСЛИТЕЛЕЙ

Для решения ряда технологических  вопросов, связанных с получением или обработкой некоторых металлов, иногда приходится использовать в качестве окислителей различные смеси  сложных веществ. В качестве примеров можно привести процессы окисления  ряда металлов в щелочной среде:

а) нитратами:

б) гипохлоритами:

в) хлоратами:

г) пероксидами (H₂O₂, Na₂O₂ и др.):

Возможно использование  и других окислительных смесей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Сплавы металлов

В промышленности металлы  применяются в основном в виде сплавов: черных (чугун, сталь) и цветных (бронза, латунь, дюралюминий и др.)

Сталь и чугун — это  сплавы железа с углеродом. Но в стали  содержание углерода немного меньше, чем в чугуне.

В чугуне содержится от 2 до 4% углерода. В состав чугуна входят также кремний, марганец, фосфор и  сера. Чугун — хрупкий твердый  сплав. Поэтому его используют в  тех изделиях, которые не будут  подвергаться ударам. Например, из чугуна отливают радиаторы отопления, станины  станков и другие изделия.

Сталь, как и чугун, имеет  примеси кремния, фосфора, серы и  других элементов, но в меньшем количестве.

Сталь не только прочный, но и пластичный металл. Благодаря этому  она хорошо поддается механической обработке. Сталь бывает мягкой и  твердой.

Более твердая сталь используется для изготовления проволоки, гвоздей, шурупов, заклепок и других изделий.

Из очень твердой стали  делают металлические конструкции (конструкционная сталь) и режущие  инструменты (инструментальная сталь). Инструментальная сталь имеет большую, чем конструкционная, твердость  и прочность.

Добавление в сталь  таких элементов, как хром, никель, вольфрам, ванадий, позволяет получить сплавы с особыми физическими  свойствами — кислотостойкие, нержавеющие, жаропрочные и т. д.

Чугун выплавляют из железной руды в доменных печах. Руду вместе с коксом (специально обработанным углем, который дает при горении  высокую температуру) загружают  в доменную печь сверху. Снизу в  домну все время вдувают чистый горячий воздух, чтобы кокс лучше  горел. Внутри печи образуется высокая  температура, руда плавится, и полученный чугун стекает на дно печи. Расплавленный  металл вытекает из отверстия домны  в ковши. Из смеси чугуна со стальным ломом в мартеновских печах, конверторах и электропечах получают сталь.

Из цветных сплавов  наиболее широко применяются бронза, латунь и дюралюминий.

Бронза — желто-красный  сплав на основе меди с добавлением  олова, алюминия и других элементов. Отличается высокой прочностью, стойкостью против коррозии. Из бронзы отливают художественные изделия, делают сантехническую арматуру, трубопроводы, детали, работающие в  условиях трения и повышенной влажности.

Латунь — сплав меди с цинком, желтого цвета. Имеет  высокую твердость, пластичность, коррозийную  стойкость. Выпускается в виде листов, проволоки, шестигранного проката  и применяется чаще всего для  изготовления деталей, работающих в  условиях повышенной влажности.

Дюралюминий — сплав алюминия с медью, цинком, магнием и другими  металлами, серебристого цвета. Обладает высокими антикоррозийными свойствами, хорошо обрабатывается. Дюралюминий  широко применяют в авиастроении, машиностроении и строительстве, где  требуются легкие и прочные конструкции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В жизни нашей страны, в развитии ее хозяйства огромную роль играют производство и обработка  металлов.

Металлы служат основным конструкционным материалом в машиностроении и приборостроении. Металлы взаимодействуют с элементарными окислителями с большой электроотрицательностью (галогены, кис­лород, сера и др.) и поэтому при рассмотрении общих свойств металлических элементов нужно учитывать их химическую активность по отношению к неметаллам, типы их соединений и формы химической связи.

 Успехи научного исследования металлов имеют огромное практическое значение, так как позволяют правильно решать вопросы о способах обработки металлов и их использовании для различных целей.

Правильно выбрать металлы  и сплавы для различных целей  и определить их качество помогает нам наука о металлах - металловедение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы.

Хомченко Г.П. Пособие по химии для поступающих в вузы. – 3-е издание-М.: ООО «Издательство Новая Волна», ЗАО «Издательский Дом ОНИКС», 1999.-464 с.

А.С.Егорова. Химия. Пособие  для поступающих в Вузы- 2-е  издание – Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 1999. – 768 с.

Фролов В.В. Химия: Учебное  пособие для машиностроительных специальных вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1986.-543 с.

Лидин Р.А. Химия. Для школьников старших классов и поступающих в вузы: Теоретические основы. Вопросы. Задачи. Тесты: Учеб. Пособие/2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2002. – 576 с.

Ю.А.Золотов. Химия. Школьная энциклопедия.М.:- Дрофа, «Большая Российская энциклопедия»., 2003. – 872 с.