Взаимодействие металлов с простыми веществами — неметаллами

       Металлы при определенных условиях взаимодействуют с не­металлами, например с кислородом образуют оксиды:

       2Mg + 0₂ = 2MgO                    4А1 + 30₂ = 2А1₂0₃

 

       Из щелочных металлов только литий сгорает на воздухе с об­разованием оксида:

                   4Li + 0₂ = 2Li₂0

                               оксид лития

       Основной продукт окисления натрия — пероксид:

             2Na + 0₂ = Na₂0₂

                                        пероксид

                                          натрия

       При горении других щелочных металлов образуются супер­оксиды, например:

                          +1 -1 0 0 -1 +1

    2К + 20₂  =  К₂0₄ (К-О-О-О-О—К)

                                         супероксид

                                             калия

       Оксиды натрия и калия могут быть получены при нагрева­нии смеси пероксида с избытком металла в отсутствие кисло­рода:

       Na₂0₂ + 2Na = 2Na₂0

       На реакции пероксида натрия с оксидом углерода (1V) основа­на регенерация воздуха в изолированных помещениях (напри­мер, на подводных лодках):

       2Na₂О₂ + 2СО₂ = 2Na₂CО₃ + О₂

       При нагревании металлы реагируют с другими неметаллами:

Mg + Br2 = MgBr2	4А1 + 3С = А14С3
бромид	карбид
магния	алюминия
2А1 + N2 = 2A1N	3Fe + С = Fe3C
нитрид	карбид
алюминия	железа
3Са + 2Р = Са3Р2	Са + 2С = СаС2
фосфид	карбид
кальция	кальция
Сu + S = CuS	2Mg + Si = Mg2Si
сульфид	силицид

         меди (II)                                        магния

       Если металл проявляет переменную степень окисления, то активные неметаллы (фтор, хлор, бром, кислород) окисляют его до более высокой степени окисления, в которой он образует устойчивое в данных условиях соединение, а менее актив­ные — до более низкой степени окисления. Так, железо про­являет в соединениях степени окисления +2 и +3 (иногда +6), из них +3 наиболее устойчива. В связи с этим при взаимодей­ствии железа с хлором, бромом оно окисляется до степени окисления +3, а при взаимодействии с серой или иодом — до степени окисления +2:

       2Fe + ЗС1₂ = 2 FeCl₃              Fe + S = FeS

       Щелочные и щелочно-земельные металлы при нагревании всту­пают в реакцию с водородом, образуя гидриды. Атомы водорода в данных соединениях имеют отрицательную степень окисления:

       2Na + Н₂ = 2NaH            Ва + Н₂ = BaH₂

                                  гидрид                                           гидрид

                                  натрия                                            бария

       Гидриды представляют собой кристаллические тугоплавкие солеобразные вещества белого цвета. Они активные восстанови­тели за счет водорода в минимальной степени окисления (-1). Так, гидриды горят в атмосфере хлора, кислорода, энергично раз­лагаются водой с образованием щелочи и выделением водорода:

       КН + С1₂ = КС1 + НС1                                  СаН₂ + 0₂ = Са(ОН)₂

       ВаН₂ + 2Н₂0 = Ва(ОН)₂ + 2Н₂

       Гидриды применяют для получения водорода в полевых условиях (для водородной сварки), восстановления металлов из их оксидов, а также в органическом синтезе.

Взаимодействие металлов со сложными веществами

       Если химические реакции протекают в водных растворах, то восстановительная активность металла определяется его положением в электрохимическом ряду на­пряжений.

А). Взаимодействие с водой

       С водой при обычной температуре реагируют металлы, ко­торые в ряду напряжений стоят до водорода (металл вытесняет водород из воды) и гидроксиды которых растворимы в воде (на поверхности металла не образуется защитная пленка). К таким металлам относятся щелочные и щелочно-земельные металлы:

       2Na + 2Н₂0 = 2NaOH + Н₂

       Fe + Н₂0       (так как Fe(OH)₂ нерастворим в воде)

 

       При нагревании с водой или парами воды взаимодействуют металлы от магния до олова. Реакция протекает с образование» гидроксидов или оксидов и выделением водорода:

       Mg + 2Н₂0 = Mg(OH)₂ + Н₂    3Fe + 4Н₂0 = Fe₃0₄ + 4H₂

Б). Взаимодействие с щелочами

       С растворами щелочей взаимодействуют металлы, которые в ряду напряжений стоят до водорода (металл вытесняет водород из воды), а их оксиды и гидроксиды амфотерны (оксидные и гидроксидные пленки растворяются в растворе щелочи). К таким металлам относятся цинк, алюминий, олово, бериллий, свинец и некоторые другие. Процесс протекает в три стадии:

       1) растворение в щелочи пленки амфотерного оксида, кото­рая покрывает поверхность металла;

       2) взаимодействие металла, освобожденного от защитной ок­сидной пленки, с водой с образованием нерастворимого амфотер­ного гидроксида;

       3) растворение образовавшейся пленки гидроксида в раство­ре щелочи.

Рассмотрим пример:

       А1₂0₃ + 2NaOH + ЗН₂0 = 2Na[Al(OH)₄]

   амфотерный

       2А1 + 6Н₂0 = 2А1(0Н)₃  + ЗН₂

                                       амфотерный

       2А1(ОН)₃ + 2NaOH = 2Na[Al(OH)₄)

         амфотерный

       (В результате второй реакции образовалось 2 моль А1(ОН)₃, поэтому в уравнении третьей реакции записываем тоже 2 моль А1(ОН)₃.)

       Если просуммировать два последних уравнения, то получим уравнение реакции алюминия с раствором щелочи:

       2А1 + 2NaOH + 6Н₂0 = 2Na[Al(OH)₄) + ЗН₂

       Таким образом, при взаимодействии металла с раствором щелочи роль последней сводится к снятию с поверхности ме­талла оксидной и гидроксидной пленки, а металл взаимодей­ствует с водой.

       Эти же металлы реагируют со щелочами при нагревании:

       Zn + 2NaOH = Na₂Zn0₂ + Н₂

                                         тв.

       Металлы, высшие оксиды которых обладают амфотерными или кислотными свойствами, реагируют с щелочными расплава ми окислителей. В качестве окислителей используют нитраты калия или натрия, хлорат калия и др.

       При взаимодействии с щелочными расплавами окислителей металлы образуют соли анионного типа, в которых, как прави­ло, проявляют высшую степень окисления, например:                               +6

       Fe + 3KN0₃ + 2КОН = K₂Fe0₄ + 3KN0₂ + Н₂0

                                               феррат калия

       Аналогичные продукты образуются и при взаимодействии щелочных расплавов окислителей с оксидами металлов, в кото­рых металлы проявляют промежуточную степень окисления:      +3                                                       +6

                                          Fe₂0₃ + КСЮ3 + 4КОН = 2K₂Fe0₄ + КС1 + 2Н₂0