Общие свойства металлов

Определение. Металлы

Металлы — это элементы, которые в основном отдают электроны и образуют катионы, характеризующиеся специфическим металлическим строением и свойствами.

Физические свойства металлов

Все металлы объединяет набор общих свойств:

• Блеск — отражают свет (блеск металла)
• Пластичность — деформируются без разрушения (можно вытянуть в проволоку)
• Ковкость — легко разбиваются в тонкие листы
• Электропроводность — проводят электрический ток (благодаря свободным электронам)
• Теплопроводность — проводят тепло
• Плотность — обычно плотнее, чем неметаллы
• Температура плавления — обычно высокая (кроме Hg, которая жидкая)

Электронное строение

Атомы металлов на внешней оболочке имеют 1–3 (реже 4) валентных электрона. Эти электроны образуют «электронный газ» — свободные электроны, которые перемещаются по кристаллической решётке. Именно свободные электроны обеспечивают электропроводность и теплопроводность.

Ряд активности металлов

Активность металлов уменьшается слева направо:

$Li, K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Au$

Левая часть (Li, K, Na, Mg, Al) — очень активные; правая часть (Cu, Ag, Au) — малоактивные (благородные).

Формула

Реакции с водой

Щелочные металлы (Li, Na, K) реагируют бурно даже с холодной водой:

$2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow$

Щёлочноземельные металлы (Ca, Sr) реагируют медленнее:

$Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2\uparrow$

Менее активные металлы (Fe, Zn) реагируют только с паром:

$3Fe + 4H_2O(пар) \xrightarrow{t} Fe_3O_4 + 4H_2$

Малоактивные металлы (Cu, Ag) не реагируют ни с водой, ни с паром.

Реакции с кислотами

Активные металлы вытесняют водород из разбавленных кислот:

$Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2\uparrow$

$2Al + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2\uparrow$

Реакции с кислородом (окисление)

Все металлы горят или окисляются в кислороде (но с разной скоростью):

$2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$ (яркое горение)

$2Cu + O_2 \xrightarrow{t} 2CuO$ (медленное окисление, требует нагревания)

$4Ag + O_2 \rightarrow 2Ag_2O$ (очень медленное, требует нагревания)

Вытеснение металлов из растворов солей

Более активный металл вытесняет менее активный:

$Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$

$Zn + 2AgNO_3 \rightarrow Zn(NO_3)_2 + 2Ag$

Пример 1

Какой металл вытеснит железо из раствора FeSO₄?

Дано: Металл + FeSO₄ → ?

Формула: Железо в ряду активности находится перед медью. Более активные (левее в ряду): Li, K, Ca, Na, Mg, Al, Zn. Любой из них вытеснит Fe.

Подстановка: Алюминий (Al) более активен, чем Fe. $Al + FeSO_4 \rightarrow$ невозможно (неправильная валентность). Правильно: $2Al + 3FeSO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3Fe$ (коэффициенты для баланса).

Ответ: Любой металл левее Fe в ряду активности (например, Zn, Al, Mg, Na, K).

Пример 2

Напишите уравнение реакции натрия с водой.

Дано: Na + H₂O → ?

Формула: Щелочной металл реагирует с водой, образуя гидроксид и водород.

Подстановка: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ (реакция бурная, выделяется водород).

Ответ: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑. Реакция сильно экзотермична (выделяет много тепла).

Важно!

⚠️ Безопасность с щелочными металлами: Натрий и калий — очень активны и опасны! Хранятся под минеральным маслом (не под водой!). При работе используйте стальные щипцы, никогда не касайтесь руками. Остатки кладут в спирт или наливают на песок, а затем утилизируют. Водород, образующийся при реакции, может самовоспламеняться (реагирует с кислородом воздуха).