Хімічні властивості простих речовин металів і неметалів.
Загальні властивості металів.
Наявність слабко пов'язаних з ядром валентних електронів обумовлює загальні хімічні властивості металів. У хімічних реакціях вони завжди виступають в ролі відновника, прості речовини метали ніколи не виявляють окисних властивостей.
Отримання металів:
- відновлення з оксидів вуглецем (С), чадним газом (СО), воднем (Н2) або більш активним металом (Al, Ca, Mg);
- відновлення з розчинів солей більш активним металом;
- електроліз розчинів або розплавів сполук металів - відновлення найбільш активних металів (лужних, лужноземельних металів і алюмінію) за допомогою електричного струму.
У природі метали зустрічаються переважно у вигляді сполук, тільки малоактивні метали зустрічаються у вигляді простих речовин (самородні метали).
Хімічні властивості металів.
1. Взаємодія з простими речовинами неметаллами:
Більшість металів можуть бути окислені такими неметалами як галогени, кисень, сірка, азот. Але для початку більшості таких реакцій потрібно попереднє нагрівання. Надалі реакція може йти з виділенням великої кількості тепла, що призводить до займання металу.
При кімнатній температурі можливі реакції тільки між найактивнішими металами (лужними і лужноземельними) і найактивнішими неметаллами (галогенами, киснем). Лужні метали (Na, K) в реакції з киснем утворюють пероксиди і надпероксида (Na2O2, KO2).
2. Взаємодія зі складними речовинами:
а) взаємодія металів з водою.
При кімнатній температурі з водою взаємодіють лужні і лужноземельні метали. В результаті реакції заміщення утворюються луг (розчинна підставу) і водень: Метал + Н2О = Ме (ОН) + Н2
При нагріванні з водою взаємодіють інші метали, які стоять в ряду активності лівіше водню. Магній реагує з киплячою водою, алюміній - після спеціальної обробки поверхні, в результаті утворюються нерозчинні підстави - гідроксид магнію або гідроксид алюмінію - і виділяється водень. Метали, що знаходяться в ряду активності від цинку (включно) до свинцю (включно) взаємодіють з парами води (тобто вище 100 С), при цьому утворюються оксиди відповідних металів і водень.
Метали, що стоять в ряду активності правіше водню, з водою не взаємодіють.
б) взаємодія з оксидами:
активні метали взаємодіють з реакції заміщення з оксидами інших металів або неметалів, відновлюючи їх до простих речовин.
в) взаємодія з кислотами:
Метали, розташовані в ряду активності лівіше водню, вступають в реакцію з кислотами з виділенням водню і утворенням відповідної солі. Метали, що стоять в ряду активності правіше водню, з розчинами кислот не взаємодіють.
Особливе місце займають реакції металів з азотної і концентрованої сірчаної кислотами. Всі метали, крім благородних (золото, платина), можуть бути окислені цими кислотами-окислювачами. В результаті цих реакцій завжди будуть утворюватися відповідні солі, вода і продукт відновлення азоту або сірки відповідно.
г) з лугами
Метали, що утворюють амфотерні сполуки (алюміній, берилій, цинк), здатні реагувати з розплавами (при цьому утворюються середні солі алюмінати, берилати або цинкати) або розчинами лугів (при цьому утворюються відповідні комплексні солі). У всіх реакціях буде виділятися водень.
д) Відповідно до положення металу в ряду активності можливі реакції відновлення (витіснення) менш активного металу з розчину його солі іншим більш активним металом. В результаті реакції утворюється сіль більш активного і проста речовина - менш активний метал.
Загальні властивості неметалів.
Неметалів набагато менше, ніж металів (22 елемента). Однак хімія неметалів набагато складніше за рахунок більшої заповнювання зовнішнього енергетичного рівня їх атомів.
Фізичні властивості неметалів різноманітніші: серед них є газоподібні (фтор, хлор, кисень, азот, водень), рідини (бром) і тверді речовини, сильно відрізняються один від одного по температурі плавлення. Більшість неметалів не проводять електричний струм, але кремній, графіт, германій мають напівпровідниковими властивостями.
Газоподібні, рідкі і деякі тверді неметали (йод) мають молекулярну будову кристалічної решітки, інші неметали мають атомної кристалічною решіткою.
Фтор, хлор, бром, йод, кисень, азот і водень в звичайних умовах існують у вигляді двохатомних молекул.
Багато елементів-неметали утворюють кілька аллотропних модифікацій простих речовин. Так кисень має дві аллотропние модифікації - кисень О2 та озон О3, сірка має три аллотропние модифікації - ромбічну, пластичну і моноклинную сірку, фосфор має три аллотропние модифікації - червоний, білий і чорний фосфор, вуглець - шість аллотропних модифікацій - сажа, графіт, алмаз , карбін, фулерен, графен.
На відміну від металів, що проявляють тільки відновні властивості, неметали в реакціях з простими і складними речовинами можуть виступати як в ролі відновника, так і в ролі окислювача. Відповідно до своєї активності неметали займають певне місце в ряду електронегативності. Найактивнішим неметаллом вважається фтор. Він проявляє тільки окисні властивості. На другому місці за активністю - кисень, на третьому - азот, далі галогени і інші неметали. Найменшою електронегативні серед неметалів має водень.
Хімічні властивості неметалів.
1. Взаємодія з простими речовинами:
Неметали взаємодіють з металами. У таких реакція метали виступають в ролі відновника, неметали - в ролі окислювача. В результаті реакції з'єднання утворюються бінарні сполуки - оксиди, пероксиди, нітриди, гідриди, солі безкисневих кислот.
У реакціях неметалів між собою більш електронегативний неметалл проявляє властивості окислювача, менш електронегативний - властивості відновника. В результаті реакції з'єднання утворюються бінарні сполуки. Необхідно пам'ятати, що неметали можуть проявляти змінні ступеня окислення в своїх з'єднаннях.
2. Взаємодія зі складними речовинами:
а) з водою:
У звичайних умовах з водою взаємодіють тільки галогени.
б) з оксидами металів і неметалів:
Багато неметали можуть реагувати при високих температурах з оксидами інших неметалів, відновлюючи їх до простих речовин. Неметали, що стоять в ряду електронегативності лівіше сірки, можуть взаємодіяти і з оксидами металів, відновлюючи метали до простих речовин.
в) з кислотами:
Деякі неметали можуть бути окислені концентрованими сірчаною або азотної кислотами.
г) з лугами:
Під дією лугів деякі неметали можуть піддаватися дисмутації, будучи одночасно і окислювачем і відновником.
Наприклад в реакції галогенів з розчинами лугів без нагрівання: Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O або при нагріванні: 3Cl2 + 6NaOH = 5NaCl + NaClO3 + 3H2O.
д) з солями:
При взаємодії, які є сильними окислювачами, проявляють відновні властивості.
Галогени (крім фтору) вступають в реакції заміщення з розчинами солей галогеноводородних кислот: більш активний галоген витісняє з розчину солі менш активний галоген.