Отношение металлов к кислороду (воде)

Большинство металлов и изделия из них эксплуатируются в атмосферных условиях, т.е. на металл воздействует кислород, который выступает в роли окислителя. По отношению к кислороду все металлы можно разделить на

4 группы:

Металлы, которые не выдерживаю контакта с воздухом, мгновенно окисляются (разрушаются). Это щелочные и щелочно – земельные металлы (Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba)

  e

4Li + O₂ = 2Li₂O

2Na + O₂ = Na₂O₂ (пероксид натрия)

2Сa + O₂ = 2CaO

 

Эти металлы хранят под слоем керосина, вазелинового масла.

Металлы, которые при стандартных условиях взаимодействуют с кислородом, однако на поверхности таких металлов образуются защитные оксидные пленки.

Например:

     

  e

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

4Fe + 3O₂ = 2Fe₂O₃

2Ni + O₂ = 2NiO

 

 

Металлы, которые взаимодействуют с кислородом при высоких температурах: Pb, Bi, Cu, Hg

                     _t

2Cu + O₂ = 2CuO

 

Металлы, которые не могут быть окислены кислородом:

 

- Ag, Au, Pt.

 

В амфотерных условиях на металл часто воздействует сумма факторов, за счет чего металл разрушается.

Например, медные изделия покрываются зеленным налетом основного карбоната меди

 

2Cu + O₂ + H₂O + CO₂ = (CuOH)₂CO₃

 

или серебряные изделия чернеют при их эксплуатации за счет воздействия на металл одновременно кислорода и сероводорода.

 

4Ag + 2H₂S + O₂ = 2Ag₂S  + 2H₂O

 

При свободном доступе кислорода, воды и двуокиси углерода сравнительно быстро разрушается свинец.

Протекающие при этом реакции можно выразить следующим уравнениеми:

 

2Pb + O₂ = 2PbO

PbO + CO₂ = PbCO₃

PbCO₃ + CO₂ + H₂O = Pb(HCO₃)₂

 

 

В сухом же кислороде свинец начинает окисляться только при температуре ≈ 130 ^оС.

 

Отношение металлов к воде

 

Реакция взаимодействия металла с водой может быть выражена следующей схемой:

   _

ne

   

Me + OH → Me(OH)_x + H₂

 

т.е. металл вытесняет водород из воды.

Эта реакция возможна при условии, если потенциал металла

 

φ_Me/Meⁿ < - 0,0414B

 

Наиболее энергично эта реакция протекает при взаимодействии воды с щелочными и щелочноземельными металлами

 

2K + 2H₂O = 2KOH + H₂

K^o – e → K⁺ | 2 окисление

2H⁺ + 2e → H₂|1 восстановление

 

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂

Na^o – e → Na⁺ | 2 окисление

2H⁺ + 2e → H₂ | 1 восстановление

 

Ba + 2H₂O = Ba(OH)₂ + H₂

Ba^o - 2e → Ba²⁺ | 1

2H⁺ + 2e → H₂ | 1

 

Многие металлы, потенциал которых меньше – 0.414, не вытесняют водород из воды (магний, цинк, алюминий и т.д.). Это объясняется тем, что они образуют плохо растворимые в воде гидроксиды, которые оседают на поверхности и создают на ней прочные защитные пленки.

 

Mg + 2H₂O = ↓ Mg(OH)₂ + H₂

Zn + 2H₂O = ↓ Zn(OH)₂ + H₂

 

При действии водяных паров на раскаленное железо протекает процесс:

 

3Fe + 4H₂O ↔ Fe₃O₄ + 4H₂

 

Металлы, потенциал которых φ > - 0.414 не способны вытеснять водород из воды.