В различных агрессивных средах

для студентов общетехнического факультета

 

 

 

 

Настоящее учебно-методическое пособие составлено с целью оказания помощи студентам общетехнического факультета при самостоятельном изучении курса “Химия”. В пособии изложены основные теоретические вопросы по теме: “КОРРОЗИОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В РАЗЛИЧНЫХ АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ”, приводится перечень контрольных вопросов по теме, приведены опыты лабораторной работы с пояснениями и рекомендациями.

 

 

Содержание

 

 

1. Металлы в периодической системе и их электронное строение ……..4

2. Металлическая связь и свойства, обусловленные ею ………………...5

3. Химические свойства металлов ………………………………………...6

3.1 Отношение металлов к кислороду (воздуху) ………………………7

3.2 Отношение металлов к воде ………………………………………...8

3.3 Отношение металлов к кислотам …………………………………...10

3.4 Поведение металлов в щелочных растворах ……………………….18

3.5 Соединение металлических элементов с неметаллическими. Оксиды и гидроксиды ………………………………………………..19

4. Положение металла в периодической системе и его коррозионные    

     свойства …………………………………………………………………...20

5. Вопросы для самоконтроля ……………………………………………...21

6. Экспериментальная часть ………………………………………………..23

 

МЕТАЛЛЫ В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ И ЭЛЕКТРОННОЕ СТРОЕНИЕ АТОМОВ

 

“Металлы – тела твердые, ковкие, блестящие”. М.В.Ломоносов

 

 

В настоящее время известно 105 химических элементов, из них 82 элемента – металлы, 22 – в подгруппах А, 60 – в подгруппах В.

В зависимости от электронного строения металлы принадлежат к разным электронным семействам. Первая и вторая группы А включают элементы, у которых происходит застройка электронами S – орбиталей.

Например:

 

₁₉K – 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ 4s^{1   ↓}

₁₂ Mg – 1s²2s²2p⁶ 3 s ^{2   ↓}

и т.д.

 

Это металлы S – семейства.

Металлы, у которых  происходит застройка р – орбиталей, относятся к

р – семейству

 

₃Al – 1s²2s²2p⁶ 3s²3p^{2 ↓}

₅₀Sn – 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰ 5s²5p^{2 ↓}

 

Элементы 1 – 8 групп В включают  d – металлы

 

₂₂Гi – 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ 3d²4s^{2    ↓}

₂₄Cr – 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ 3d⁵4s^{1 ↓}

 

Лантаноиды и антиноиды – металлические элементы, у которых электроны застраивают f – орбитали (4 – го и 5 – го электронных уровней).

 

₅₈Ce – 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁵4d¹⁰ 4f^{2 ↓}5s²5p⁶ 6s²

 

Самоконтроль

Напишите электронные формулы элементов с порядковыми номерами 37, 43, 62, 83. К какому электронному семейству принадлежит каждый из перечисленных металлов? Обоснуйте. Подчеркните валентные электроны.

 

2. МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СВОЙСТВА

 

Металлы – вещества, основной отличительной способностью которых в конденсированном состоянии является наличие свободных, не связанных c определенными атомами, электронов, способных перемещаться по всему объему тела:

                   _                    

Me ↔ Mⁿ⁺ + ne

 

Эта способность металлического состояния вещества определяет собою всю совокупность свойства металлов. Связь атомов в твердом и жидком металле, так называемая металлическая связь, основанная на обобществлении наружных электронов, является одним из видов химической связи. Между металлической и ковалентной связью имеется сходство, т.к. оба типа связи основаны на обобществлении валентных электронов. Однако ковалентная связь соединяет только два соседних атома, общие электроны пребывают в непосредственной близости от соседних атомов и прочно с ними связаны. При металлической связи все атомы, присутствующие в данном теле, участвуют в обобществлении валентных электронов. Металлическая связь позволяет осуществлять довольно значительные взаимные смещения атомов без нарушения связи. В твердом состоянии большинство металлов имеют высокосимметричную кристаллическую структуру.

Среди металлов чаще всего встречается три типа решеток. К первым из них относятся кубические объемно – центрированные. Они характерны тем, что атомы в них находятся в вершинах и центре куба. Такие решетки у лития, хрома, ванадия и т.д. Ко второму типу относят решетку кубическую гране – центрированную, атомы в которой расположены в вершинах куба и на его гранях, например у алюминия. меди, свинца, никеля, золота, серебра. Третий тип – это гексагональные, или шестиугольные. Они встречаются у магния, цинка, кадмия, бериллия.