6. Общие свойства металлов. Коррозия

6.1. Теоретическая часть

К металлам относится большинство элементов, входящих в Периодическую систему элементов Д.И. Менделеева: s-элементы (кроме Н и Не), все d- и f-элементы и частично р-элементы (Аl, Gа, In и др.). У типичных металлов на внешнем энергетическом уровне, в основном, от одного до трех электронов.

Металлы − вещества, основной отличительной особенностью которых в конденсированном состоянии является наличие свободных, не связанных с определенными атомами электронов, способных перемещаться по всему объему тела. Эта особенность металлического состояния вещества определяет собою всю совокупность физических свойств металлов: высокую электро- и теплопроводность, пластичность, термоэлектронную эмиссию (т.е. способность испускать электроны при нагревании), магнитные свойства и т.д.

В химическом отношении отличительной особенностью металлов является сравнительная легкость отдачи валентных электронов (малые энергии ионизации и близкое к нулю или отрицательное сродство к электрону), в результате чего они проявляют себя в любых реакциях как восстановители. Металлы образуют только положительно заряженные простые ионы или являются положительными центрами сложных ионов.

Наряду с общими свойствами, каждый металл обладает и собственными, присущими лишь ему свойствами.

Восстановительная способность (активность) различных металлов неодинакова. Она наиболее велика у щелочных металлов. Для реакций в водных растворах она определяется положением металла в ряду напряжений и концентрацией его ионов в растворе.

Сравнительную активность металлов можно установить по вытеснению металлов из их солей другими металлами. Изучение реакций такого типа позволило Н.Н. Бекетову расположить металлы в «вытеснительный ряд металлов», или ряд активности:

Li, K, Ca, Mg, Al, Ti, Zr, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Ni, Mo, Sn, Pb, H, Bi, Cu, Ag, Hg, Pt, Au.

Из приведенного ряда активности вытекает несколько важнейших следствий:

1. Чем левее в данном ряду стоит металл, тем он активнее, тем больше его восстановительная способность, тем легче он сам переходит в ионное состояние и тем труднее его ионы восстанавливаются до свободного металла.

2. Каждый металл вытесняет из растворов солей все металлы, расположенные правее его.

3. Все металлы, расположенные в ряду левее водорода, вытесняют его из растворов кислот, расположенные правее − не вытесняют (исключение – концентрированная H₂SO₄ и HNO₃).

Взаимодействие металлов с кислотами

1. Реакции, сопровождающиеся выделением H₂

Соляная кислота, разбавленная серная, уксусная и другие кислоты (кроме азотной и концентрированной серной) проявляют окислительные свойства за счет ионов Н⁺, поэтому в реакцию с ними вступают металлы, стоящие в ряду активности до водорода. Продуктами реакции в этом случае является соль металла и газообразный водород.

Примеры:

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂­

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂­

Mg + 2CH₃COOH = (CH₃COO)₂Mg + H₂­

Если металл может проявлять несколько степеней окисления (например, Fе⁺², Fe⁺³), то в указанных реакциях образуется соль иона с низшей степенью окисления. Подтвердить это можно качественной реакцией на соответствующий ион (приводятся ниже).