g9k-4.1· Глава 4: Металлы· ~13 мин

Общая характеристика металлов и их получение

Положение в периодической таблице, свойства, получение из руд.

Металлы занимают в основном левую и нижнюю часть периодической таблицы — эту область отделяют от неметаллов металлоиды (бор B, кремний Si, германий Ge, мышьяк As, сурьма Sb, теллур Te). Металличность возрастает в группе сверху вниз, потому что с увеличением атомного радиуса внешние электроны слабее удерживаются ядром. В то же время в периоде слева направо металличность уменьшается: по мере роста заряда ядра внешние электроны удерживаются прочнее. По физическим свойствам металлы обладают металлическим блеском, высокой электро- и теплопроводностью, пластичностью. В промышленности металлы получают из руд главным образом методами пирометаллургии (восстановление при высокой температуре), гидрометаллургии (химическое осаждение в растворе) и электрометаллургии (электролиз). Во всех этих методах основной процесс — превращение катиона металла в нейтральный атом путём присоединения электронов: Mⁿ⁺ + ne⁻ → M⁰.

📌Пример

Например, для получения железа из железной руды — гематита (Fe₂O₃) — используют CO, образующийся при сгорании кокса в доменной печи: Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂.

Графики

Ряд активности металлов: слева направо активность убывает; металл слева вытесняет металл справа из соли
Ряд активности металлов: слева направо активность убывает; металл слева вытесняет металл справа из соли

Ключевые термины

Металлы — Элементы, расположенные в основном в левой и нижней части периодической таблицы, обладающие металлическим блеском, высокой электро- и теплопроводностью, пластичностью.
Металлоиды — Элементы с промежуточными свойствами, отделяющие металлы от неметаллов в периодической таблице: бор (B), кремний (Si), германий (Ge), мышьяк (As), сурьма (Sb), теллур (Te).
Металлические свойства — Способность элемента легко отдавать внешние электроны. В группе возрастает сверху вниз (с увеличением радиуса атома электроны слабее связаны с ядром), в периоде убывает слева направо (с ростом заряда ядра электроны удерживаются сильнее).
Пирометаллургия — Способ получения металлов из руд при высокой температуре с помощью восстановителей (например, угарного газа CO).
Гидрометаллургия — Способ получения металлов из руд путём химического осаждения в растворе.
Электрометаллургия — Способ получения металлов из руд с помощью электролиза.
Металлоидные элементы, отделяющие металлы от неметаллов
ЭлементСимвол
БорB
КремнийSi
ГерманийGe
МышьякAs
СурьмаSb
ТеллурTe

Эти шесть элементов расположены по диагональной линии между металлами и неметаллами в периодической таблице и играют роль границы.

✎Получение железа из гематитовой руды пирометаллургическим способом
  1. 1Руда: Гематит: Fe2O3\mathrm{Fe_2O_3}
  2. 2Восстановитель: Угарный газ (CO\mathrm{CO}), образующийся при горении кокса (углерода) в кислороде в доменной печи.
  3. 3Химическая реакция: Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2\mathrm{Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2} — угарный газ восстанавливает гематит до свободного железа.
  4. 4Общий принцип: Во всех трёх способах металлургии основной процесс одинаков — катион металла принимает электроны и превращается в нейтральный атом: Fe3++3e−→Fe0\mathrm{Fe^{3+} + 3e^{-} \rightarrow Fe^0}.
🚫Частая ошибка

Металлические свойства в группе сверху вниз ВОЗРАСТАЮТ, а не убывают! Ученики чаще всего путают эту тенденцию. Причина: с увеличением радиуса атома внешние электроны слабее связаны с ядром, поэтому их легче отдать — металлические свойства усиливаются.

💡Заметка

Пирометаллургия, гидрометаллургия и электрометаллургия — все три основаны на одном и том же процессе: Mn++ne−→M0M^{n+} + ne^{-} \rightarrow M^0. Они различаются лишь тем, как осуществляется это восстановление (высокой температурой, осаждением в растворе или электрическим током). На экзамене на вопрос «что общего у этих способов» ожидается именно этот ответ.

Правила

  1. 1Металлы находятся в левой и нижней части периодической таблицы; металлоиды (B, Si, Ge, As, Sb, Te) отделяют металлы от неметаллов.
  2. 2Металличность возрастает в группе сверху вниз и уменьшается в периоде слева направо.
  3. 3Физические свойства металлов: металлический блеск, электро-/теплопроводность, пластичность (ковкость).
  4. 4Металлы получают из руд путём восстановления катионов: Mⁿ⁺ + ne⁻ → M⁰ (пирометаллургия, гидрометаллургия, электрометаллургия).
  5. 5Самая распространённая ошибка: указывать направление тренда металличности наоборот — при движении вниз по группе металличность возрастает, а не уменьшается.

Тренировка

10 лёгких · 10 средних · 10 сложных

В каждом тесте — 10 случайных вопросов

ЛёгкийСреднийСложныйМикс