Поведение металлов в щелочных растворах

Ряд металлов, стандартный потенциал которых φ^о < 0 и оксиды и гидроксиды их обладают амфотерными свойствами, разрушаются в щелочах (Be, Zn, Al, Sn, Pb).

Механизм разрушения металла в щелочном растворе можно представить следующим образом:

На поверхности таких металлов имеется пленка, которая растворяется в щелочи:

Пример:

Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O = 2Na[Al(OH)₄]

Очищенный от пленки металл взаимодействует с водой:

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂

Гидроксид алюминия растворяется в щелочи:

Al(OH)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄]

Суммарное уравнение:

2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂

Al^o – 3e → Al⁺³ | 2

₊

2N + 2e → H₂^o | 3

Коррозионные разрушения Be, Zn, Al связаны с рН – среды, при рН < 7, т.е. в кислых средах и рН > 7 щелочных средах эти металлы интенсивно разрушаются.

Соединение металлических элементов с неметаллическими

Оксиды и гидроксиды

Среди простейших соединений металлов важнейшее значение имеют оксиды. Свойства оксида в значительной мере зависят от химического характера металла.

По мере уменьшения активности металлов свойства их оксидов изменяется от типично основных через амфотерные к кислотным.

Рассмотрим характер оксидов металлических элементов 4 – го периода (в порядке возрастания их окислительного числа).

_{+1 +2 +3 +4 +5 +6 +7}

K₂O, CaO Se₂O₃, ГiO₂ V₂O₅, CrO₃, Mn₂O₇

основные амфотерные кислотные

оксиды оксиды оксиды

Чем больше радиус частицы и меньше степень окисления, тем данный оксид сильнее проявляет основные свойства.

Аналогичную зависимость можно наблюдать при изменении свойств гидроксидов.

KOH, Ca(OH)₂ Se(OH)₃, Гi(OH)₄ HVO₃, H₂CrO₄, HMnO₄

щелочь основание амфотерные кислоты

малорастворимое соединения

В основных гидроксидах металл с кислородом связан ионной связью, а водород с кислородом – ковалентной. В кислотных гидратах связь кислорода с металлом ковалентная, а с водородом - полярная ионная. Амфотерные гидроксиды обладают промежуточными свойствами.

ПОЛОЖЕНИЕ МЕТАЛЛА В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ И ЕГО КОРРОЗИОННЫЕ СВОЙСТВА

Химические и физические свойства каждого элемента можно охарактеризовать, зная, что место, которое занимает данный элемент в периодической системе, можно заранее сказать, какими химическими,а следовательно и коррозионными свойствами обладает элемент.

Так, в первой группе А расположены металлы, обладающие наименьшей коррозионной стойкостью – литий, натрий, калий, рубидий, цезий. Они мгновенно разрушаются на воздухе. В первой группе В находятся весьма стойкие в коррозионном разрушении металлы: медь, серебро, золото, причем коррозионная стойкость их повышается сверху вниз.

Металлы второй группы А и В также различаются по своей коррозионной стойкости. Бериллий, магний, кальций, стронций, барий – также как и шелочные малоустойчивы. Устойчивость их несколько понижается сверху вниз.

Цинк, кадмий более коррозионностойкие металлы. На их поверхности в присутствии кислорода образуется прочная пленка оксидов, предохраняющая от дальнейшего разрушения.

В третьей группе из технически важных металлов находится алюминий. На его поверхности в атмосферных условиях образуется тонкая пленка стекловидная, обладающая высокими защитными свойствами. Эта пленка разрушается в кислотах (например НCl) и щелочах, поэтому в кислых и щелочных растворах алюминий разрушается.

Из элементов четвертой группы наибольший интерес представляет олово, свинец, титан – стойкость этих металлов объясняется тем, что на их поверхности образуются прочные защитные пленки.

Металлы, расположенные в четных ряда больших периодов в 5,6,8 группах, обладают высокой способностью к пассивации, а значит большой коррозионной устойчивостью. К ним относятся ванадий, хром, молибден, рутений, палладий, вольфрам, осмий, иридий, и платина.

Коррозионная стойкость металлов связана с электропроводностью оксидных пленок, образующихся на поверхности металла. Чем больше пленка оказывает сопротивление протеканию электрического тока, тем тем меньшим коррозионным сопротивлением она обладает.

Вопросы для самоконтроля

1. Как изменяется восстановительная активность металлов по периодам и группам? Обосновать.

2. Как ведут себя на воздухе (кислород) следующие металлы: Ba, Ca, Pb, Cu? Составить уравнение реакций. Сделать заключение.

3. Какой из трех металлов Al, Li, Ca не разрушается в воде? Ответ обоснуйте, составить уравнения реакций.

4. Закончите следующие уравнения реакций:

Fe + H₃PO₄ →?

Al + HCl →?

Pb + H₂SO₄ →?

^разбав

Ag + HCl →?

Обоснуйте.

5. Запишите и разберите окислительно – восстановительные реакции