Химические свойства металлов, их разнообразие

Автор Тамара August 11, 2014

Всего в природе существует 92 химических элемента (это не считая тех, которые синтезируются искусственным путем). Все они подразделяются на неметаллы и металлы. Последних заметно больше, чем первых.

Определение термина

Металлы в химии — это элементы, встречающиеся в природе в виде простых веществ и обладающие похожими физическими свойствами. Среди них, в зависимости от их особенностей и от того, в состав каких соединений они могут входить, выделяют щелочные, щелочноземельные, переходные, легкие, полуметаллы, лантаноиды и актиноиды. Химические свойства металлов всех групп похожи. Следует также отметить, что бериллий и магний не входят ни в одну из групп.

Физические свойства

Несмотря на то что химические свойства металлов мало чем отличаются, физические довольно разнятся. Для всех веществ данной группы характерен металлический блеск. Лучше всех металлов свет способны отражать серебро и алюминий, что позволяет использовать их в производстве зеркал. Плотность металла может быть различной. По этому критерию выделяют легкие и тяжелые. К первым можно отнести те, плотность которых составляет не более 5 г/см³. Такими являются литий, натрий, кальций, алюминий, магний. Первый — самый легкий из всех, его плотность почти в два раза меньше, чем у воды, а именно 0,53 г/см³. К тяжелым принадлежат железо, цинк, никель, свинец, хром, золото, серебро и другие. Самый тяжелый металл в природе — осмий. Его плотность составляет 22,6 г/см³. Также среди физических свойств металлов выделяют твердость. Существует шкала Мооса, по которой и определяется данный показатель.

Самые мягкие металлы: калий, цезий, натрий, рубидий — их можно разрезать ножом. Твердость натрия по шкале Мооса составляет 0,4. Самым твердым металлом, которым можно порезать стекло, является хром (9 по шкале Мооса). Следующий критерий, по которому можно охарактеризовать вещество данной группы, — пластичность. Самым высоким показателем в этом плане обладают золото, серебро, медь; средним — олово; низким — свинец, цинк, железо. Также металлы различаются по своей тугоплавкости. К легкоплавким относятся те, которые начинают превращаться в жидкость при температуре менее +1000 градусов по шкале Цельсия. Такими являются калий, натрий, свинец, олово, магний, цинк, алюминий, кальций. Самый легкоплавкий металл в природе — ртуть — она становится жидкой при температуре -39 градусов Цельсия. К тугоплавким относятся медь, золото, тантал, платина, железо, никель, молибден. Самая высокая температура плавления у вольфрама — +3410 градусов. По теплопроводности металлы также различаются. Железо, вольфрам, алюминий, золото, медь, серебро — вот последовательность в порядке увеличения теплопроводности. По возрастанию электропроводности также металлы можно расположить в ряд: он будет таким же, как и предыдущий, то есть самый низкий показатель — у железа, самый высокий — у серебра и меди.

Химические свойства металлов

Здесь необходимо учесть то, что все они делятся на активные и неактивные. Первые стоят в электрохимическом ряду левее водорода, вторые — правее. Химические свойства металлов, которые обладают высокой активностью, не характерны для вторых.

Реакции замещения

Они свойственны только активным металлам. Такой процесс происходит при добавлении последних к кислоте. Вследствие этого образуется соль данного металла и водород, который выделяется в виде газа. Выразить это можно с помощью такого уравнения: 2К + 2НСІ = 2КСІ + Н₂. Кроме того, такого типа реакции происходят между металлами и солями. Для этого металл, который добавляют в раствор, должен быть активнее, чем тот, который входит в состав соли. В этом случае образуется новая соль, а металл из предыдущей выпадет в виде осадка. Примером подобного рода химического взаимодействия может служить следующее уравнение: 2К + СаСІ₂ = 2КСІ + Са.

Металл плюс кислород

Для таких реакций необходимо нагреть реагенты до высокой температуры. В этом процессе образуется оксид. Пример уравнения: 2Са + О₂ = 2СаО. Однако в случае с калием реакция происходит без нагревания. Ее уравнение выглядит так: 4К + О₂ = 2К₂О. Поэтому данный металл необходимо хранить в специальных условиях, иначе на его срезе моментально образуется пленка из оксида.

Реакции с галогенами

Это такие вещества, как СІ₂, Br₂, І₂ и др. При подобного рода взаимодействиях образуется соль, например, хлорид. 2К + СІ₂ = 2КСІ.

Металлы и другие простые вещества

По типу описанной выше реакции может происходить и взаимодействие с другими химическими соединениями, состоящими из одного элемента. Для этого необходимо нагревание. Это могут быть такие вещества, как сера, фосфор, азот, водород. Вследствие реакций образуются сульфиды, фосфиды, нитриды и гидриды соответственно. Во взаимодействие с водородом вступают только металлы первой и второй групп периодической системы. Уравнения: 3Са + 2Р = Са₃Р₂; 2К + Н₂ = 2КН.

Что будет, если добавить к металлу воду?

В реакции с этим веществом также вступают только активные металлы, а также обладающие средней активностью при нагревании. Вследствие этого образуется либо гидроксид (в первом случае), либо оксид (во втором) и водород. Примеры уравнений: 2К + 2Н₂О = 2КОН + Н₂; Zn + Н₂О = ZnO + Н₂.

Кислоты и неактивные металлы

К таким относятся висмут, медь, серебро и др.

Они могут взаимодействовать только с концентрированными растворами серной и азотной кислот. При этом образуется сульфат/нитрат металла, диоксид сульфура/нитрогена и вода.