§ 44. Агульныя хімічныя ўласцівасці металаў

Па хімічных уласцівасцях металы з’яўляюцца адноўнікамі, паколькі лёгка аддаюць свае электроны атамам неметалаў, ператвараючыся ў дадатна зараджаныя іоны — катыёны.

Здольнасць атамаў металаў аддаваць, а іх катыёнаў — далучаць электроны можа служыць мерай хімічнай актыўнасці металаў. Так, алюміній на паветры вельмі хутка пакрываецца аксіднай плёнкай, а з золатам прыкметных змен не адбываецца. Цынк актыўна ўзаемадзейнічае з салянай кіслатой, а серабро — не. Таму алюміній і цынк можна аднесці да актыўных металаў, а золата і серабро — да неактыўных.

Рад актыўнасці металаў

Хімічную актыўнасць розных металаў лёгка супаставіць, аналізуючы іх паводзіны ў водных растворах солей і кіслот. Напрыклад, калі ў раствор сульфату медзі(II) апусціць цынкавую пласцінку або жалезны цвік, то практычна адразу ж на іх паверхні з’яўляецца чырванаваты налёт медзі. Гэта сведчыць аб тым, што цынк і жалеза выцясняюць медзь з раствору. Гэтыя працэсы можна паказаць з дапамогай наступных ураўненняў:

Zn + CuSО₄ = ZnSО₄ + Сu↓,

Zn⁰ + Сu²⁺ = Zn²⁺ + Cu⁰;

Fe + CuSО₄ = FeSО₄ + Сu↓,

Fe⁰ + Cu²⁺ = Fe²⁺ + Сu⁰.

У гэтых рэакцыях цынк і жалеза акісляюцца, паколькі аддаюць свае электроны іонам медзі. Іоны медзі прымаюць электроны, таму медзь аднаўляецца.

Калі зрабіць наадварот і ў раствор сульфату цынку змясціць медную пласцінку, то на ёй не адбудзецца асаджэння цынку. У чым тут прычына?

Эксперыментальным шляхам, вывучаючы здольнасць адных металаў выцясняць другія з водных раствораў іх солей, рускі вучоны М. М. Бекетаў расставіў металы ў рад. У ім металы, што знаходзяцца лявей, здольныя аднаўляць наступныя з раствораў іх солей. Паколькі такая здольнасць металаў звязана з іх аднаўленчай актыўнасцю, то гэты рад атрымаў назву рад актыўнасці металаў.

Рад актыўнасці металаў

Li K Ba Sr Cа Na Mg Al Be Mn Zn Cr Fe Ti Ni Sn Pb (H₂) Cu Hg Ag Pd Pt Au

Чым лявей у гэтым радзе размешчаны метал, тым большымі аднаўленчымі ўласцівасцямі ў водным растворы ён валодае, гэта значыць лягчэй аддае свае электроны акісляльніка і пераходзіць у выглядзе катыёна ў раствор; тым цяжэй катыён гэтага металу аднаўляецца. Цынк і жалеза лягчэй аддаюць свае электроны, чым медзь, і таму аднаўляюць Cu²⁺ з раствору.

Па становішчы цынку ў радзе актыўнасці можна прагназаваць, што гэты метал здольны аднавіць з раствору іоны волава, медзі і серабра:

Zn⁰ + Sn²⁺ = Zn²⁺ + Sn⁰;

Zn⁰ + Сu²⁺ = Zn²⁺ + Cu⁰;

Zn⁰ + 2Ag⁺ = Zn²⁺ + 2Ag⁰.

У той жа час медзь будзе аднаўляць толькі іоны серабра, але не адновіць іоны волава:

Cu⁰ + 2Ag⁺ = Cu²⁺ + 2Ag⁰.

Гэта азначае, што цынк валодае большай аднаўленчай здольнасцю. Ён лягчэй аддае электроны, чым волава, медзь і серабро. Таму цынк лічыцца больш актыўным металам, чым гэтыя металы. У сваю чаргу, медзь — больш актыўны метал, чым серабро.

Рад актыўнасці металаў дазваляе не толькі прагназаваць паводзіны металаў у рэакцыях з растворамі солей, але і параўноўваць іх адносіны да вады, раствораў кіслот, а таксама да неметалаў і шэрага іншых рэчываў.

Так, злева ад вадароду размешчаны металы, якія выцясняюць вадарод з вады і кіслот (гэта значыць аднаўляюць іоны вадароду Н⁺). Металы, размешчаныя справа ад вадароду, такой аднаўленчай актыўнасці ў рэакцыях з растворамі кіслот не праяўляюць. Напрыклад, цынк рэагуе з салянай кіслатой, выцясняючы вадарод:

Zn + 2НСl = ZnCl₂ + Н₂↑,

Zn⁰ + 2Н⁺ = Zn²⁺ + ,

а серабро вадарод не выцясняе.

Узаемадзеянне металаў з простымі і складанымі рэчывамі

Да агульных хімічных уласцівасцей металаў адносяць іх рэакцыі з неметаламі, вадой, кіслотамі, солямі. Для некаторых металаў таксама характэрны рэакцыі з растворамі шчолачаў. Частка металаў уступае ў рэакцыі з арганічнымі рэчывамі. Многія пералічаныя ўзаемадзеянні вам вядомы з папярэдніх раздзелаў. Акрамя таго, вы вывучалі хімічныя ўласцівасці металаў у 9-м класе. Таму на дадзеным этапе навучання мы сістэматызуем вядомыя вам уласцівасці, склаўшы табліцу 31.

Табліца 31. Агульныя хімічныя ўласцівасці металаў

Рэагенты і ўраўненні рэакцый	Асаблівасці ўзаемадзеяння з металамі
Неметалы	Утвараюць бінарныя злучэнні: аксіды, гідраксіды, нітрыды, галагеніды. Рэакцыі працякаюць як пры звычайных умовах, так і пры награванні
Вада	Шчолачныя і шчолачназямельныя (Са, Sr, Ва, Ra) металы ўтвараюць вадарод і шчолач пры звычайных умовах.
	Металы сярэдняй актыўнасці, рэагуючы з парамі вады, утвараюць аксіды.
	Утвараюць нерастваральныя асновы: магній рэагуе з вадой, што кіпіць; алюміній рэагуе з вадой, калі з паверхні выдалена плёнка аксіду, напрыклад алюміній амальгаміраваны
Кіслоты	Шчолачныя металы рэагуюць з кіслотамі-акісляльнікамі HNO3(канц), H2SO4(канц) з выбухам. Pb пасівіруецца ў разбаўленых HCl, H2SO4. Нагадаем, што пры ўзаемадзеянні металаў з кіслотаміакісляльнікамі HNO3(канц) і H2SO4(канц) вадарод не вылучаецца, а ўтвараюцца прадукты аднаўлення азоту і серы
Солі	У водных растворах металы s-элементаў, валодаючы моцнымі аднаўленчымі ўласцівасцямі, выцясняюць з вады вадарод, а не іоны менш актыўных металаў з солей. Астатнія металы рэагуюць у адпаведнасці са становішчам у радзе актыўнасці
Растворы шчолачаў	У такія рэакцыі ўступаюць цынк, алюміній, берылій

Актыўныя металы (Na, K) уступаюць у рэакцыі з карбонавымі кіслотамі, спіртамі, феноламі.

Пытанні, заданні, задачы

1. Назавіце характэрныя для металаў фізічныя ўласцівасці.

2. Пералічыце p-элементы, якія адносяцца да элементаў металаў.

3. Расстаўце каэфіцыенты ва ўраўненні рэакцыі метадам электроннага балансу:

Cu + HNO_3(разб) → Cu(NO₃)₂ + NO↑ + H₂O.

4. Складзіце ўраўненні магчымых хімічных рэакцый з улікам таго, што медзь акісляецца да ступені акіслення +2:

• а) Ag + НСl →;
• б) Сu + Hg(NО₃)₂ → ;
• в) Mg + H₂SО_4(pазб) →;
• г) Ni + NaCl → ;
• д) Zn + АgNО₃ → ;
• е) Au + H₂O → .

5. Складзіце ўраўненні рэакцый узаемадзеяння цынку з неметаламі (O₂, P), кіслотамі (разбаўленымі HCl, H₂SO₄), з растворамі шчолачаў (NaOH, KOH), з солямі (AgNO₃, Pb(NO₃)₂).

6. Цынк масай 1,3 г растварылі ў канцэнтраваным растворы гідраксіду натрыю. Разлічыце аб’ём газу, які вылучыўся.

7. Складзіце ўраўненні рэакцый, якія могуць працякаць на паверхні актыўнага металу, напрыклад літыю, на паветры.

8. Пакажыце, як зменіцца маса цынкавай пласцінкі (павялічыцца, паменшыцца, застанецца нязменнай) пры апусканні яе на невялікі час у раствор:

• а) сернай кіслаты;
• б) гідраксіду натрыю;
• в) сульфату магнію;
• г) сульфату медзі(II);
• д) нітрату серабра(I).

9. Вызначце аб’ём вадароду, які вылучыцца пры ўзаемадзеянні 260 г цынку з растворам сернай кіслаты аб’ёмам 250 см³. Масавая доля H₂SO₄ роўная 15 %, шчыльнасць — 1,1 г/см³.

10. Жалезную пласцінку масай 90 г пагрузілі ў раствор меднага купарвасу. Праз нейкі час яе дасталі, прамылі, высушылі і ўзважылі. Маса стала роўная 92,4 г. Вызначце масу жалеза, якое прарэагавала, і масу медзі, якая асела на пласцінцы.

*Самакантроль

1. У парадку павелічэння аднаўленчай актыўнасці металы размешчаны ў радзе:

• а) Mg, Ca, Na;
• б) Cu, Ag, Hg;
• в) Cа, K, Cs;
• г) Zn, Al, Pb.

2. Рэагуюць з растворамі шчолачаў:

• а) Zn;
• б) Ca;
• в) Al;
• г) Be.

3. Рэагуючы з парамі вады, утвараюць аксіды:

• а) Li;
• б) Ag;
• в) Fe;
• г) Zn.

4. Маса цынкавай пласцінкі павялічыцца пры апусканні яе ў раствор:

• а) Hg(NO₃)₂;
• б) Cu(NO₃)₂;
• в) AgNO₃;
• г) HNO₃.

5. На растварэнне 13 г цынку патрабуецца раствор, які ўтрымлівае гідраксід натрыю масай (г):

• а) 40;
• б) 20;
• в) 16;
• г) 4.