Хімічні властивості металів
Оксиди і гідроксиди заліза
Залізо в з'єднаннях проявляє кілька ступенів окислення, найбільш характерними з яких є +2 і +3.
Залізо (II) оксид FeO - це порошок чорного кольору, погано розчинний у воді. Цей оксид має основні властивості і реагує з кислотами з утворенням солей двовалентного заліза:
Залізо (III) оксид Fe2 O3 - порошок темно-червоного або коричневого кольору, практично не розчинний у воді. Він зустрічається в природі у вигляді мінералу гематиту. Цей оксид має амфотерні властивості. Він реагує з кислотами з утворенням солей тривалентного заліза:
З лугами ферум (III) оксид взаємодіє при сплаву, утворюючи ферати:
Існує змішаний оксид Fe3 O4 (FeO · Fe2 O3), який є порошком чорного кольору.
Залізо (II) гідроксид Fe (OH) 2 є нерозчинної речовиною білого кольору, яка при контакті з повітрям набуває зеленого кольору. Він утворюється у вигляді осаду по реакції обміну при взаємодії розчинів солей двовалентного заліза з лугами, наприклад:
Залізо (II) гідроксид має основні властивості і легко розчиняється в кислотах:
На повітрі ферум (II) гідроксид поступово окислюється до ферум (III) гідроксиду:
Залізо (III) гідроксид Fe (OH) 3 є нерозчинної речовиною бурого кольору. Його можна добути реакції обміну між солями тривалентного заліза і лугами в розчині:
Залізо (III) гідроксид проявляє амфотерні властивості і може взаємодіяти з кислотами і лугами.
Залізо (II) гідроксид і ферум (III) гідроксид при нагріванні розкладаються з утворенням відповідного оксиду і води:
Fe (OH) 2 FeO + Н2О.
Найважливішими солями заліза є залізний купорос FeSO4 · 7Н2 О і ферум (III) хлорид FeCl3. Залізний купорос застосовують в сільському господарстві для боротьби з шкідниками рослин, для очищення промислових стічних вод, для виготовлення барвників. Залізо (III) хлорид застосовують при фарбуванні тканин як протравлення і при виготовленні друкованих плат методом хімічного травлення.
Залізо: будова атома, поширення в природі. Фізичні та хімічні властивості заліза. застосування заліза
Залізо - металевий елемент побічної підгрупи VІІІ групи 4 періоду періодичної системи хімічних елементів. Він є представником d-елементів. На зовнішньому енергетичному рівні атома заліза знаходиться два s-електрони, а на передзовнішньому енергетичному рівні відбувається заповнення d-підрівні. У своїх з'єднаннях Ферум здатний виявляти ступеня окислення +2 і +3.
Масова частка заліза в земній корі становить 5%. Він займає четверте місце за поширеністю в природі. Найважливішими залізними рудами є: магнетит Fе3 О4. гематит Fe2 О3. лимонита - Fe2 O3 · nH2 O, сидерит FеСО3. пірит FеS2.
Залізо є біологічно важливим елементом. Він міститься в організмах всіх тварин і в рослинах. Залізо входить до складу цитоплазми рослин, бере участь в процесі фотосинтезу. В організмі дорослої людини міститься близько 4 г заліза. Він накопичується в основному в печінці, кістковому мозку, селезінці. Але основна частина заліза входить до складу гемоглобіну - червоного пігменту крові, який виконує функцію перенесення кисню від легенів до тканин, а в зворотному напрямку - вуглекислого газу. Нестача заліза призводить до небезпечної хвороби - недокрів'я. Тому обов'язково треба вживати харчові продукти, багаті Ферум: петрушку, печінку, телятину, гречку, курагу і т.п ..
Чисте залізо - сріблясто-білий блискучий метал з температурою плавлення +1535 º С і щільністю 7,87 г / см3. Від інших металів залізо відрізняється магнітними властивостями. Залізо є дуже пластичним металом і легко піддається обробці.
Залізо належить до металів середньої активності. Хімічно чисте залізо стійко до корозії. Однак незначні частки домішок позбавляють його цього властивості.
Залізо згоряє в кисні. Продукт цієї реакції - залізна ожаріна:
Залізо реагує і з іншими неметалами - галогенами, сіркою, вуглецем. При взаємодії з сильними окислювачами, наприклад, хлором утворюються сполуки заліза зі ступенем окислення +3:
а при взаємодії з менш активними окислювачами утворюються сполуки зі ступенем окислення заліза +2:
При високій температурі залізо реагує з водяною парою. В результаті реакції утворюються залізна ожаріна і водень:
3Fe + 4H2 O Fe3 O4 + 4H2 ↑.
Залізо реагує з розчинами кислот з утворенням солей і виділенням газувати водню:
Під дією концентрованих сірчаної та азотної кислот на поверхні заліза утворюється щільна оксидна плівка; тому ці концентровані кислоти можна зберігати і транспортувати в сталевих цистернах.
Залізо заміщає менш активні метали при взаємодії з розчинами їх солей:
На вологому повітрі залізо піддається корозії. Її продуктом є іржа. Внаслідок своєї пористості іржа не перешкоджає доступу кисню і вологи до металу, що призводить до подальшого руйнування металу.
Залізо - найважливіший метал сучасної техніки. У чистому вигляді залізо майже не використовується, але приблизно 90% металів, використовуваних людством - це сплави на основі заліза. Заліза виплавляється в світі дуже багато, приблизно в 50 разів більше, ніж алюмінію, не кажучи вже про інші метали. На основі заліза створюють сплави, здатні витримувати вплив високих і низьких температур, вакууму і високого тиску, агресивних середовищ і т.д. Сплави заліза широко застосовують як конструкційні та художні матеріали.
Алюміній: будова атома, поширення в природі. Фізичні та хімічні властивості алюмінію. застосування алюмінію
Алюміній - металевий елемент головної підгрупи III групи 3 періоду періодичної системи хімічних елементів. Електронна конфігурація зовнішнього енергетичного рівня його атома 3s 2 3p 1. При хімічних взаємодіях в збудженому стані він здатний утворювати три ковалентних зв'язку або повністю віддавати свої три електрона, проявляючи в своїх з'єднаннях ступінь окислення +3. Отже, Алюміній є активним відновником.
Алюміній по поширеності займає третє місце серед інших елементів. Масова частка алюмінію в земній корі становить 8,5%. У природі він зустрічається тільки у вигляді сполук. Він входить до складу алюмосилікатів, до яких відносяться: глини, слюди, польові шпати, зокрема каолін. Промислово важливим алюмінієвої рудою є боксит Al2 O3 · NН2 О. Алюміній входить до складу мінералу корунду, який є кристалічним алюміній оксидом Al2 O3. Різні домішки здатні надавати корундові різних кольорів. зеленого, жовтого, помаранчевого, фіолетового та інших кольорів і відтінків. Його синя різновид називають сапфіром, а червоний - рубіном. І рубіни, і сапфіри є коштовним камінням.
Проста речовина алюміній - блискучий сріблясто-білий метал. Він має високу здатність відбивати світлові і теплові промені, а також високі тепло-і електропровідність. Температура плавлення алюмінію 660 ° С. Це досить легкий і пластичний метал. З нього можна робити тонкий дріт і фольгу.
Хімічно алюміній дуже активний. На повітрі він швидко окислюється і покривається тонкою плівкою алюмінію оксиду. Оксидна плівка є досить міцною і зумовлює корозійну стійкість алюмінію. При нагріванні на повітрі або в кисні алюміній згорає, утворюючи також алюміній оксид:
Алюміній активно реагує з іншими неметалами. При звичайних умовах він взаємодіє з хлором і бромом, утворюючи солі, наприклад, алюміній хлорид:
Реакція алюмінію з йодом відбувається, якщо до суміші алюмінієвого порошку з йодом додати кілька крапель води, яка виконує роль каталізатора:
При нагріванні алюміній реагує з сіркою, азотом, вуглецем, наприклад:
У звичайному стані алюміній покритий захисною оксидною плівкою і стійкий до впливу води навіть при нагріванні. Якщо плівка алюміній оксиду буде зруйнована, то алюміній буде активно реагувати з водою з виділенням газувати водню:
Алюміній реагує з розчинами кислот з утворенням солей і водню, наприклад:
Концентровані сірчана і нітратна кислоти пасивують алюміній, тобто збільшують міцність оксидної плівки. Таким чином, алюміній з ними не реагує.
Оксидна плівка легко розчиняється в лугах і алюміній реагує з розчинами лугів з виділенням водню:
Алюміній відновлює метали з їх оксидів при нагріванні (Алюмінотермія), наприклад:
Алюміній добувають шляхом електролізу глинозему розчиненого в розплавленому кріоліті Na3 [AlF6].
Широке застосування алюмінію обумовлено його властивостями. Поєднання легкості з досить високою електропровідністю дозволяє застосовувати алюміній як провідник електричного струму. Алюміній і його сплави використовують практично у всіх галузях сучасної техніки: в авіаційній та автомобільній промисловості, залізничному і водному транспорті, машинобудуванні і т.д. Завдяки високій корозійної стійкості алюміній широко застосовують при виготовленні апаратури для виробництва харчових продуктів і деяких хімічних речовин. З полірованого алюмінію виготовляють дзеркала і поверхні нагрівальних і освітлювальних рефлекторів. Алюміній використовують як розкіснік сталей та інших сплавів. Їм відновлюють метали з їх оксидів.
Оксид і гідроксид кальцію, їх властивості та застосування
Найважливішими сполуками кальцію є кальцій оксид і кальцій гідроксид.
Кальцій оксид СаО - біла тугоплавка кристалічна речовина. Його отримують розкладанням вапняку при нагріванні до 1000 º С:
Кальцій оксид має основні властивості. Він активно взаємодіє з водою, утворюючи кальцій гідроксид:
За цією реакцією кальцій оксид отримав побутова назва - "негашене вапно". При його взаємодії з водою (так званому гасінні) виділяється багато теплової енергії, яка переводить воду в водяну пару. Під її дією і утворюється пухкий порошок кальцій гідроксиду, який називають "гашеним вапном".
Взаємодія з кислотними оксидами призводить до утворення солей, наприклад, при взаємодії з вуглекислим газом утворюється кальцій карбонат:
Кальцій оксид легко взаємодіє з вологою і вуглекислим газом повітря, тому його зберігають в щільно закритому посуді.
При взаємодії кальцій оксиду з кислотами утворюються солі, наприклад кальцій хлорид:
Використовують кальцій оксид в промисловості головним чином для отримання кальцій гідроксиду.
Кальцій гідроксид Са (ОН) 2 (гашене вапно) - сіруватий мало розчинний у воді порошок. При змішуванні надлишку гашеного вапна з водою утворюється суспензія - так зване "вапняне молоко". Після фільтрації вапняного молока отримують прозорий розчин кальцій гідроксиду, який називають вапняною водою.
Кальцій гідроксид є лугом, тому фенолфталеин в його розчині набуває малинового забарвлення. Кальцій гідроксид вступає в реакції нейтралізації, наприклад, з соляною кислотою:
Маючи основні властивості, кальцій гідроксид реагує з кислотними оксидами. При пропущенні карбон (IV) оксиду через вапняну воду утворюється осад кальцій карбонату:
Ця реакція є якісною для виявлення вуглекислого газу.
Гашене вапно входить до складу багатьох будівельних сумішей. Після змішування з водою і піском під дією вуглекислого газу такий будівельний розчин поступово твердне. Гашене вапно використовують також при виробництві скла, для вапнування кислих ґрунтів, для пом'якшення води. Вапняне молоко використовують у виробництві цукру, при виготовленні сумішей для побілки дерев і боротьби з хворобами рослин. Вапняну воду використовують в лабораторній практиці для виявлення вуглекислого газу