Најважније из лекције
Физичка својства: Кристална структура (осим течне \(\text{Hg}\)), метални сјај, сива боја (изузеци: \(\text{Cu}\) – црвен, \(\text{Au}\) – жут), висока електропроводљивост (\(\text{Ag} > \text{Cu} > \text{Au} > \text{Al}\)), ковност и растегљивост (изузетак: крти \(\text{Bi, Mn}\)).
Хемијска природа: Мала електронегативност и енергија јонизације \(\rightarrow\) граде искључиво позитивне оксидационе бројеве (катјоне). Јони прелазних метала су најчешће обојени.
Реакције:
Алуминотермија и легирање: Истискивање метала из оксида помоћу \(\text{Al}\) (\(2\text{Al} + 3\text{FeO} \rightarrow 3\text{Fe} + \text{Al}_2\text{O}_3\)); комбиновањем метала у легуре подешавају се њихова физичка и хемијска својства.
Хемијска природа: Мала електронегативност и енергија јонизације \(\rightarrow\) граде искључиво позитивне оксидационе бројеве (катјоне). Јони прелазних метала су најчешће обојени.
Реакције:
- Са водом реагују алкални и земноалкални метали (\(\text{M} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{MOH} + \text{H}_2\)).
- Са киселинама дају соли (уз издвајање \(\text{H}_2\) са разблаженим, или оксида неметала са концентрованим оксидујућим киселинама).
- Са кисеоником не реагују само \(\text{Au}\) и \(\text{Pt}\); метали попут \(\text{Al, Zn, Cr, Pb}\) пасивизирају се оксидним слојем.
- Са халогенима реагују сви метали; са сумпором реагују сви осим злата (\(\text{Au}\)).
Алуминотермија и легирање: Истискивање метала из оксида помоћу \(\text{Al}\) (\(2\text{Al} + 3\text{FeO} \rightarrow 3\text{Fe} + \text{Al}_2\text{O}_3\)); комбиновањем метала у легуре подешавају се њихова физичка и хемијска својства.
Сви метали на собној температури и атмосферском притиску (СТП) имају кристалну структуру и чврсто су агрегатно стање, осим живе (\(\text{Hg}\)) која је течна.
Метални сјај и боја: Већина метала је сиве боје и може се полирати до високог сјаја. Издузеци по боји су бакар (црвена боја) и злато (жута боја).
Температуре топљења: Углавном су високе (нпр. волфрам \(\text{W}\), платина \(\text{Pt}\), гвожђе \(\text{Fe}\), хром \(\text{Cr}\)). Изузетно ниске температуре топљења имају жива (\(\text{Hg}\)), галијум (\(\text{Ga}\)), рубидијум (\(\text{Rb}\)) и цезијум (\(\text{Cs}\)).
Тврдоћа и густина:
- Тврдоћа: Веома тврди су хром (\(\text{Cr}\)), волфрам (\(\text{W}\)) и никл (\(\text{Ni}\)), док су алкални метали, калај (\(\text{Sn}\)) и олово (\(\text{Pb}\)) меки.
- Лаки метали (густина мања од воде): \(\text{Li}, \text{Na}, \text{K}\); технички важни лаки метали су \(\text{Mg}, \text{Al}, \text{Be}\).
- Тешки метали: \(\text{Pb}, \text{Hg}, \text{Au}, \text{Pt}\).
Механичка обрада и проводљивост: Већина метала се може ковати, ваљати у фолије и извлачити у жице (ковност и растегљивост). Изузетак су крти метали попут бизмута (\(\text{Bi}\)) и мангана (\(\text{Mn}\)). Најбољи проводник електричне струје је сребро (\(\text{Ag}\)), а затим бакар (\(\text{Cu}\)), злато (\(\text{Au}\)) и алуминијум (\(\text{Al}\)).
Који метал је на собној температури у течном стању и у коју групу према густини спада?
То је жива (\(\text{Hg}\)). Она спада у групу тешких метала (густина јој је знатно већа од густине воде).
Електронегативност и оксидациони бројеви: Атоми метала имају мале коефицијенте електронегативности и мале енергије јонизације. Лако отпуштају електроне (делују као редукциона средства) и граде искључиво позитивне оксидационе бројеве, образујући хидратисане катјоне (\(\text{M}^+, \text{M}^{2+}, \text{M}^{3+}\)).
Водени раствори једињења метала \(s\)- и \(p\)-блока су безбојни, док су једињења и водени раствори јона прелазних метала (\(d\)-блок) најчешће карактеристично обојени.
Легирање: Поступак мешања два или више метала (или метала са неметалом) ради подешавања њихових својстава (повећање тврдоће, отпорности на корозију, савитљивости итд.). Пример легуре познате од давнина је бронза (легура бакра и калаја).
Зашто метали у хемијским једињењима никада немају негативан оксидациони број?
Зато што метали имају мале вредности електронегативности и ниску енергију јонизације, због чега искључиво отпуштају валентне електроне и прелазе у позитивно наелектрисане катјоне.
Реактивнији метал може истиснути мање реактиван метал из раствора његове соли или из његовог чврстог оксида.
Истискивање из раствора соли:
\[ \text{Mg(s)} + \text{CuSO}_4\text{(aq)} \longrightarrow \text{Cu(s)} + \text{MgSO}_4\text{(aq)} \]
Магнезијум као редукционо средство редукује јоне \(\text{Cu}^{2+}\) до елементарног бакра.
Алуминотермија: Процес редукције и истискивања метала из њихових оксида помоћу алуминијума у праху на високој температури.
\[ 2\text{Al(s)} + 3\text{FeO(s)} \longrightarrow 3\text{Fe(s)} + \text{Al}_2\text{O}_3\text{(s)} \]
Напишите једначину редукције хром(III)-оксида помоћу алуминијума (алуминотермија).
\[ 2\text{Al(s)} + \text{Cr}_2\text{O}_3\text{(s)} \longrightarrow 2\text{Cr(s)} + \text{Al}_2\text{O}_3\text{(s)} \]
Реакција са водом: Изразито јака редукциона средства (алкални и већина земноалкалних метала) бурно реагују са водом на собној температури градећи хидроксиде и ослобађајући гасовити водоник:
\[ 2\text{K(s)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} \longrightarrow 2\text{KOH(aq)} + \text{H}_2\text{(g)} \]
Реакција са киселинама: Већина метала реагује са киселинама, при чему производи зависе од природе метала, врсте киселине и њене концентрације:
- Са разблаженим киселинама (нпр. \(\text{HCl}\)): настаје со и издваја се водоник: \[ \text{Mg(s)} + 2\text{HCl(aq)} \longrightarrow \text{MgCl}_2\text{(aq)} + \text{H}_2\text{(g)} \]
- Са концентрованим оксидујућим киселинама (нпр. конц. \(\text{H}_2\text{SO}_4\)): не издваја се увек водоник већ оксиди неметала: \[ \text{Mg(s)} + 2\text{H}_2\text{SO}_4\text{(conc.)} \longrightarrow \text{MgSO}_4\text{(aq)} + \text{SO}_2\text{(g)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} \]
Шта настаје у реакцији натријума са водом?
Настају натријум-хидроксид и гасовити водоник:
\[ 2\text{Na(s)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} \longrightarrow 2\text{NaOH(aq)} + \text{H}_2\text{(g)} \]
Реактивност према кисеонику (\(\text{O}_2\)): Сви метали реагују са кисеоником осим платине (\(\text{Pt}\)) и злата (\(\text{Au}\)).
| Група метала | Особине и понашање на ваздуху |
|---|---|
| \(\text{K, Na, Ca}\) | Веома лако реагују са кисеоником и влагом из ваздуха; чувају се у петролеуму. |
| \(\text{Mg, Al, Zn, Cr, Pb}\) | Превлаче се танким заштитним слојем оксида који спречава даљу оксидацију (пасивизација). \(\text{Al, Zn, Cr, Pb}\) се превлаче тренутно, а \(\text{Mg}\) постепено. |
| \(\text{Ni, Fe, Cu, Ag, Hg}\) | Не оксидују се при обичним условима на сувом ваздуху (важи и за чисто гвожђе). |
| \(\text{Au, Pt}\) | Племенити метали; не реагују са кисеоником нити на повишеној температури. |
Корозија: Непожељно пропадање метала под утицајем кисеоника, угљеник(IV)-оксида и електролита/влаге из ваздуха.
Реакције са халогенима и сумпором:
- Халогени елементи: Сви метали реагују градећи халогениде: \[ 2\text{Na(s)} + \text{Cl}_2\text{(g)} \longrightarrow 2\text{NaCl(s)} \] \[ 2\text{Al(s)} + 3\text{Br}_2\text{(l)} \longrightarrow 2\text{AlBr}_3\text{(s)} \]
- Сумпор: Сви метали се једине са сумпором (градећи сулфиде), осим злата (\(\text{Au}\)): \[ 2\text{K(s)} + \text{S(s)} \longrightarrow \text{K}_2\text{S(s)} \] \[ \text{Zn(s)} + \text{S(s)} \longrightarrow \text{ZnS(s)} \]
Зашто се натријум и калијум морају чувати у петролеуму?
Зато што су изузетно реактивни и спонтано и лако ступају у реакцију са кисеоником и влагом из ваздуха. Петролеум спречава тај директан контакт.
Задаци за вежбање
1. Задатак (лак): Који метал је једини течан на собној температури, а који метал је најбољи проводник електричне струје?
- Једини течан метал на СТП је жива (\(\text{Hg}\)).
- Најбољи проводник електричне струје је сребро (\(\text{Ag}\)).
2. Задатак (средњи): Напишите једначине следећих хемијских реакција:
а) Реакција калцијума са хлором
б) Реакција цинка са разблаженом хлороводоничном киселином
в) Реакција цинка са сумпором
а) Реакција калцијума са хлором
б) Реакција цинка са разблаженом хлороводоничном киселином
в) Реакција цинка са сумпором
а) \(\text{Ca(s)} + \text{Cl}_2\text{(g)} \longrightarrow \text{CaCl}_2\text{(s)}\)
б) \(\text{Zn(s)} + 2\text{HCl(aq)} \longrightarrow \text{ZnCl}_2\text{(aq)} + \text{H}_2\text{(g)}\)
в) \(\text{Zn(s)} + \text{S(s)} \longrightarrow \text{ZnS(s)}\)
б) \(\text{Zn(s)} + 2\text{HCl(aq)} \longrightarrow \text{ZnCl}_2\text{(aq)} + \text{H}_2\text{(g)}\)
в) \(\text{Zn(s)} + \text{S(s)} \longrightarrow \text{ZnS(s)}\)
3. Задатак (средњи): Који од наведених метала (\(\text{Au, Al, Na, Cu}\)):
а) реагује са хладном водом ослобађајући водоник,
б) не оксидује се нити се једини са сумпором,
в) тренутно се превлачи танким заштитним слојем оксида на ваздуху?
а) реагује са хладном водом ослобађајући водоник,
б) не оксидује се нити се једини са сумпором,
в) тренутно се превлачи танким заштитним слојем оксида на ваздуху?
а) \(\text{Na}\) (натријум)
б) \(\text{Au}\) (злато)
в) \(\text{Al}\) (алуминијум)
б) \(\text{Au}\) (злато)
в) \(\text{Al}\) (алуминијум)
4. Задатак (тежак): Објасните поступак алуминотермије и напишите уравнотежену хемијску једначину добијања мангана из манган(IV)-оксида (\(\text{MnO}_2\)) овим поступком.
Објашњење: Алуминотермија је металуршки поступак редукције металних оксида до елементарних метала помоћу алуминијума у праху на високој температури, захваљујући великом афинитету алуминијума према кисеонику.
Једначина реакције: \[ 4\text{Al(s)} + 3\text{MnO}_2\text{(s)} \longrightarrow 3\text{Mn(s)} + 2\text{Al}_2\text{O}_3\text{(s)} \]
Једначина реакције: \[ 4\text{Al(s)} + 3\text{MnO}_2\text{(s)} \longrightarrow 3\text{Mn(s)} + 2\text{Al}_2\text{O}_3\text{(s)} \]
