S-, p- металлы. Лекция

1.

Лекция
s-, p- металлы

2.

Положение металлов в периодической системе
химических элементов
1
2
3
4
5
7
6
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
1
1
1
2
H
(H)
He
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
3
11
12
13
14
15
16
17
18
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
4
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
5
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
6
55
56
57
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
Cs
Ba
La*
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
7
87
88
89
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
Fr
Ra
Ac**
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Ds
Rg
Cn
Nh
Fl
Mc
Lv
Ts
Og
58
*
Лантаноиды
Ce
*
Актиноиды
Th
90
59
60
Pr
Nd
91
92
Pa
U
61
Pm
93
Np
62
Sm
94
Pu
63
Eu
95
Am
64
Gd
96
Cm
65
Tb
97
Bk
66
Dy
98
Cf
67
Ho
99
Es
68
Er
100
Fm
69
Tm
101
Md
70
71
Yb
Lu
102
103
No
Lr
На долю
металлов
приходится
более 80% из
118 химических
элементов,
открытых на
сегодняшний
день.

3.

Положение металлов в периодической системе
химических элементов
1
2
3
4
5
7
6
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
1
1
1
2
H
(H)
He
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
3
11
12
13
14
15
16
17
18
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
4
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
5
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
6
55
56
57
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
Cs
Ba
La*
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
7
87
88
89
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
Fr
Ra
Ac**
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Ds
Rg
Cn
Nh
Fl
Mc
Lv
Ts
Og
S- элементы
58
Ce
90
Th
d- элементы
59
60
Pr
Nd
91
92
Pa
U
61
Pm
93
Np
62
Sm
94
Pu
63
Eu
95
Am
64
Gd
96
Cm
65
Tb
97
Bk
66
Dy
98
Cf
67
Ho
99
Es
68
Er
100
Fm
69
Tm
101
Md
70
71
Yb
Lu
102
103
No
р- элементы
Lr
f- элементы

4.

s- и p-металлы
Общие свойства металлов
1. Небольшое число электронов на внешнем
энергетическом уровне
2. Сравнительно большие атомные радиусы
3. Низкая энергия ионизации
4. Тип кристаллической решетки – металлическая
5. Электропроводность, теплопроводность,
металлический блеск.
В узлах кристаллической решетки находятся
атомы и ионы металла

5.

Изменение свойств
Li
Be
Na
Mg
K
Ca
Rb
Sr
Sn
Cs
Ba
Pb
Степени
окисления +1
+2
Увеличение радиуса атома
Al
Уменьшение энергии ионизации и
электроотрицательности
+3 +2; +4
Усиление основных свойств оксидов
и гидроксидов
NaOH – сильное основание
Mg(OH)2 – слабое основание
Al(OH)3 – амфотерный
гидроксид

6.

Физические свойства
Цвет металлов
Осмий
Алюминий
Барий
Титан
Золото
Медь

7.

Твердость металлов по шкале Мооса
6,5
6
5,5
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Наибольшей твёрдостью
обладают d металлы;
самый твёрдый металл —
вольфрам, он царапает
стекло, самые мягкие
металлы — щелочные, их
легко можно разрезать
ножом.

8.

Плотность металлов
ρ, г/см3
24
22,6
22
21,5
20
Щелочные и щелочноземельные
металлы
19,3
Li - 0,53 г/см3
18
16
14
12
11,3
10,5
10
Ве
1,9 г/см3
8,96
8
7,29
7,87
6
4
2,7
2
0
1,74
0,53
Li
0,97
Na
Mg
Al
Sn
Fe
Cu
Ag
Pb
Au
Pt
Os
Mg
1,7 г/см3
Al
2,7 г/см3

9.

Температура плавления металлов
3420
3500
tпл ,°C
3000
2500
t пл. Cs= 28 0C
2000
1539
1500
961
1000
1063
1083
Au
Cu
Постпереходные металлы
660
500
39
30
98
Hg
Ga
Na
0
232
Sn
327
Pb
420
Zn
Al
Ag
Щелочные и щелочноземельные
металлы
Fe
W
Металлы делят на легкоплавкие, имеющие
температуру плавления менее 1000 °С, и тугоплавкие
- с температурой плавления выше 1000 °С.
Sn
Pb
327 0С
t ˂ 130С
«оловянная чума»
Sn(бел)
Sn(сер)

10.

Электропроводность
металлов
Коэффициент
теплопроводности
Вт/(м*К)
430
450
400
Hg
Pb
Sn
Fe
Zn
W
Na
Al
Au
Cu
Ag
350
401
320
300
250
200
150
100
50
0
0
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95100
% (отн. Ag)
202
107
92
70
67
35,3
21,9
0,022
0

11.

Нахождение в природе
Сильвинит NaCl • KCl
Известняк CaCO3
Гипс CaSO4 • 2H2O
Мирабилит Na2SO4 • 10H2O
Магний и алюминий
Магнезит MgCO3
Фосфорит Ca3 (PO4 )2
Асбест 3MgO • 2SiO2 • 2H2O
Al2O3 - глинозем
Бокситы: Al2O3 •xH2O
Полевой шпат: K2O• Al2O3 •6SiO2
Каолин: Al2O3 •2SiO2 •2H2O
Корунд Al2O3

12.

Бериллий
Олово и свинец
Касситерит SnO
Берилл 3BeO•Al2O3 •6SiO2
Галенит PbS

13.

Ряд активности металлов
E0 < 0
Men+ + nē → Me
E0 > 0
Восстановительная активность металлов
(способность отдавать электроны) уменьшается

14.

Получение металлов
Электрометаллургия
Щелочные и щелочноземельные металлы, Be, Mg, Al:
Электролиз расплава
Na
Расплав NaCl: на катоде Na+ + 1e → Na
Пирометаллургия
SnO2 + C → Sn + CO
Al
Al2O3 в расплавленном
криолите Na3AlF6
Обжиг:
PbS + O2 → PbO + SO2
PbO + CO → Pb + CO2

15.

Химические свойства металлов
Реагируют с водой
при обычных условиях
Реагируют с водой
при повышенных
температурах

16.

Взаимодействие
с водой в обычных условиях:
Na + H2O NaOH + H2
Ca + H2O Ca(OH)2 + H2
Взаимодействие магния с водой при
нагревании раствора:
Mg + H2O Mg(OH)2 + H2
Взаимодействие олова с водяным
паром:
Sn + H2O SnO2 + H2
Алюминий реагирует с водой только
при удалении защитной пленки:
Al + Hg(NO3)2 Hg + Al(NO3)3
Al –Hg амальгама
Al + H2O Al(OH)3 + H2

17.

Реакции с неметаллами
С кислородом
Щелочные металлы (кроме лития) с кислородом образуют пероксиды и
надпероксиды
Na + O2 Na2O2
2Na2O2 + 2СO2 = 2Na2CO3 + O2
K + O2 KO2
Ca + O2 CaO
Получение оксида:
Mg + O2 MgO
2Na + Na2O2 Na2O

18.

Олово
Sn + O2 SnO2
Свинец
Pb + O2 PbO + O2 Pb3O4 (2PbO•PbO2)

19.

С водородом
Li + H2 LiH
LiH + H2O LiOH + H2
С галогенами
С кремнием
Sn + 2Br2 SnBr4
С серой
Pb + S PbS
С углеродом
4Al +3 C Al4C3
Ca + 2C CaC2
2Mg + Si Mg2Si

20.

Реакции с кислотами
Be + H2SO4 раст. BeSO4 + H2
Sn + H2SO4 раст. SnSO4 + H2
Pb + H2SO4 раст.
пассивируется, т.к. обр-ся
малораств. PbSO4
(медленно)

21.

Реакции с кислотами - окислителями
На холоду конц. H2SO4 и HNO3 пассивируют Al
С разб. HNO3 :
Al + HNO3 Al(NO3)3 + N2O + H2O
Sn
Pb
+ HNO NO + H O +
3
30%
2
SnO2 x H2O
Pb(NO3)2
(осадок гидроксида олова (IV)
- оловянная кислота

22.

Реакции с растворами щелочей
Be + NaOH + H2O Na2[Be(OH)4] + H2
Al + NaOH + H2O Na [Al(OH)4] + H2
Sn + KOH + H2O K2[Sn(OH)4] + H2 (медленно)

23.

Восстановительные свойства металлов
Mg + CO2 MgO + C
Магнийтермическое восстановление:
SiO2 + 2Mg = Si + 2MgO
Алюмотермия:
Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3

24.

Химические свойства соединений
Гидроксиды и карбонаты щелочных металлов плавятся без
разложения.
Реакции щелочного плавления и окислительно-щелочного плавления:
PbO + NaOH Na2PbO2 + H2O
Cr2O3 + KClO3 + KOH K2CrO4 + KCl + + H2O
SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2

25.

Амфотерные свойства соединений
Э: Be, Al, Sn, Pb
HCl
Э(OH)2
PbO2 + NaOH + H2O → Na2[Pb(OH)6]
NaOH
HCl
SnO2·xH2O
ЭCl2
NaOH
Na2[Э(OH)4]
SnCl4
Na2[Sn(OH)6

26.

ОВР соединений Sn и Pb
Pb(IV) - сильные окислители
PbO2 + HCl → PbCl2 + Cl2 + H2O
Sn(II) - сильные восстановители
SnCl2 + K2Cr2O7 + HCl SnCl4 + CrCl3 + KCl +H2O