Общая и Неорганическая химия с примерами решения задач

«царской водке») и термической устойчивостью. Ведутся работы по замене серебра в светочувствительных композициях. Новейшие сведения в этой области химии в рамках нового научного направления представлены в нашей монографии (см. список литературы).

ЛЕКЦИЯ 14

ОБЩИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

И ИХ СОЕДИНЕНИЙ

ПЕРСПЕКТИВЫ ЗАМЕНЫ МЕТАЛЛОВ

План:

1.Расположение в таблице, нахождение в природе, получение и химические свойства металлов. Технологии обработки металлов.

Пластики и полимеры.

Новые методы синтеза.

Заключение.

1. Расположение в периодической системе.

1 – щелочные

nS1

C.O+1S-металлы

II – Ве, Мо, щелочно-

nS2

+2

земельные

III – Al , п/ер,

nS2np 1

+3

nS2np 2

+2,+4

IV – п – гр. Уе

nS2np 3

+3,+5

V – Sb, Bi

nS2(n-1)d1-10

+2

до Comax = N гр D

III-VIII -II B

nS2(n-1)d1(n14-2)f1-14

+3

до +7 – f металлы

2. Нахождение в природе.

Аl(8,45 % по массе)-Fе (4,4 %-Са(3,3 %)-Nа(2,6 %)-К(2,5%)-Mg(2,1 %).

Благородные – в самородном состоянии; остальные в виде руд:

оксиды – Fe 3O4, Al2O3, TiO2, MnO2 сульфиды – Cu2S, ZnS, FeS2, PbS

3. Способы получения.

Пирометаллургические:

I. Собственно пирометаллургия

1. обжиг      2Сu S + 3O2 = 2CuO + 2SO2

2. восстановление      СиО + C = Cu ↑ + CO (карботермия)

CuO + CO = Cu + CO2

CuO + H2 = Cu + H2O (гидротермия)

3СuO + 2Al = 3Cu + Al2O3 (металлометрия)

II. Пироэлектрометаллургия

K(-)А13+ + 3ē → Аl° (расплав).

III. Хлорная металлургия: ТiС14 + 2Мg = 2MgCl2 + Ti

IV. Термический диссоциация летучих соединений

Ni(CO)4 = Ni + 4CO; TiJ4 = Ti° + 2J2

Гидрометаллургические:

I. Химический способ

Ag2S + 4KCN = 2K[Ag(CN )2] + K2S

2K [Ag(CN )2] + Zn = K2[Zn(CN )4] + 2Ag

II. Пироэлектрометаллургия

К(-)Ni2+ + 2ē → Ni°(раствор)

Физические свойства.

I. Три типа кристаллических решеток:

гексагональная (к.ч. = 12)

кубическая гранецентрированная (к.ч. = 12)

кубическая объемноцентрированная (к.ч. = 8)

Электропроводность (Ag – Hg)

Отражение света и радиоволн (Ag)

Ковкость пластичность (Au, Cu )

Твердость (твердые (Cr), мягкость (Cs)

Плотность (легкие с ρ < 5 г/см3, Be, Mg, Аl, Тi,)

тяжелые с ρ > 5 г/см3, W, Os

7. Плавкость (тугоплавкие с tпл> 1500° С с W, Mo, Nb, Ta легкоплавкие с tпл < 1000° С c S-металлы)

5. Химические свойства.

Все металлы – восстановители: M° – nē → Mn+ Отношение к агрессивным средам (окислителям) определя-

ется:

φ°, B – станд.электр.лотенциалом

«J», кДж/моль энергией ионизации

Наличием на поверхности металла защитной оксидной пленки

Агрессивные среды

1. Неметаллы – Э (галогены, кислород)

Mo – nē + Эо → Мn+ + Эn-

Вода (М с φ° < 0)

+ n НОН = Me(OH ) n + n/2(H2)

Кислоты

• кислоты не окислители (Мe, φ° <0)

HCl, H2SO4 разб.

М° + НА → МА + n/2(H2)

n + → min C.O.

• к-ты окислители (все М)

HNO3, H2SO4 конц.

M со С.О. ≥ 4 с HNO3 образуют свои кислоты С.О. мах)

3Rе + 7HNO3 = 3HReO4 + 7NO + 2H2O

царская водка:

3 об. HCl конц. + I об. HNO3 конц.

А + 3НСl + HNO3 = АuСl3 + NO + 2H2O HCl + AuCl3 = H[AuCl4]

(Пассивирование металлов – HNO3, H2SO4 к)

4. Щелочи (для амфотерных металлов)

M + H2O + KOH – KX [M(OH )У ] + n/2(H2)

Cоединения металлов

хим. активны

неактивны

твердые, тугоплавкие

карбиды

электропроводны

ацетилениды

WC, W2C, TaB

CaC2+2H2O=Ca(OH)2+C2H2

не действуют даже

метаниды

сильные окислители

Be2C+4HCl=2BeCl2+CH4

коррзионностойкие

Кислотно-основные свойства кислородных соединений

с ростом С.О. основные

амфотерные

кислотные

СrO

Cr2O3

C2O3

Cr(OH)2

Cr(OH)3

H2CrO4

Окислительно-восстановительные свойства соединений

соединения со С.О мин.

– восстановители

со С.О макс.

– окислители

Mn+2

со С.О. пром. – и восстановители и окислители

– восстановитель

Mn+7

– окислитель

Mn+4

– восстановитель и окислитель

ПЛАСТИКИ И ПОЛИМЕРЫ

Простые элемент – ИДЫ)

М+Э – Мn+ + Эn-(«ЭО»)

Гидриды (Н-) Галиды (Г-) Оксиды (О-2) Нитриды (N-3) Карбиды (С– 4) Бориды (В-3)

Комплексные

4FeCl3+3K4[Fe(CN)4]=Fe4 [Fe(CN)6]3 + 12KCl

3FeCl2+2K3[Fe(CN)6]=Fe3[Fe(CN)6]2+6KCl

Природные полимеры распространены достаточно широко, это, например, белки и целлюлозы. Полимеры представляют собой соединения с длинными молекулами, построенными как последовательность повторяющихся идентичных химических единиц, связанных в цепи ковалентными связями. Возможно, основные сведения о способах синтеза полимеров химии приобрели, пытаясь получить синтетический аналог натурального каучука» Сегодня химики создали так много полимеров столь разнообразного целевого назначения, что уже трудно пред-ставить себе современное общество лишенным возможности

Ионные

Ковалентные

Интерметаллиды

(Δ«ЭО» – max)

( «ЭО» – min)

(d-металлы)

(S – металлы,

(р-металлы)

донорно-акцепторная

хим.св.-ионная

ковалентная

со структурой

кристал.

атомная

внедрения

Реш.– ионная)

пользоваться полимерными материалами» Ярким свидетельством важности полимеров является 100-кратный рост их производства в США за последствие 40 лет. В объемных показателях их производится больше, чем стали, выпуск которой за тот же период увеличился лишь вдвое. Совершенно ясно, какие экономические выводы следуют из этого сравнения.