Најважније из лекције
Метали: Проводници су топлоте и струје, углавном чврсти и сиви (сем \( \text{Hg} \), \( \text{Cu} \), \( \text{Au} \)). У ПСЕ лако отпуштају електроне градећи катјоне.
Легуре: Смеше метала побољшаних својстава (челик за алат, нерђајући челик са \( \text{Cr} \) и \( \text{Ni} \) против корозије, дуралуминијум за авионе због мале густине).
Оксиди и базе: Оксиди активних метала (нпр. \( \text{Na}_2\text{O}, \text{CaO} \)) са водом граде хидроксиде (\( \text{NaOH}, \text{Ca(OH)}_2 \)).
Доказивање база: Водени раствори садрже слободне јоне (проводе струју) и \( \text{OH}^- \) ањоне (\( \text{pH} > 7 \), фенолфталеин боје у ружичасто, лакмус у плаво).
Легуре: Смеше метала побољшаних својстава (челик за алат, нерђајући челик са \( \text{Cr} \) и \( \text{Ni} \) против корозије, дуралуминијум за авионе због мале густине).
Оксиди и базе: Оксиди активних метала (нпр. \( \text{Na}_2\text{O}, \text{CaO} \)) са водом граде хидроксиде (\( \text{NaOH}, \text{Ca(OH)}_2 \)).
Доказивање база: Водени раствори садрже слободне јоне (проводе струју) и \( \text{OH}^- \) ањоне (\( \text{pH} > 7 \), фенолфталеин боје у ружичасто, лакмус у плаво).
Метали се у природи могу налазити у елементарном стању (само слабо реактивни метали као што су бакар \( \text{Cu} \), сребро и злато) или искључиво у облику једињења (реактивни метали попут натријума, калијума, литијума и калцијума).
Боксит је руда из које се индустријски добија алуминијум.
Најзаступљенији метали у Земљиној кори су алуминијум (\( \text{Al} \)), гвожђе (\( \text{Fe} \)) и калцијум (\( \text{Ca} \)).
Биолошки значај и воде:
- Јони \( \text{Na}^+ \) и \( \text{K}^+ \) су есенцијални за људски организам и уносе се исхраном.
- У организму се налазе и јони \( \text{Mg}^{2+} \), \( \text{Fe}^{2+} \), \( \text{Fe}^{3+} \), као и једињења калцијума (\( \text{Ca}^{2+} \)) која чине саставни део костију и зуба.
- У неживој природи, калцијум гради минерале попут кречњака, док су јони \( \text{Mg}^{2+} \) и \( \text{Na}^+ \) широко заступљени у морској води.
Који се од наведених метала може наћи у природи у елементарном стању: \( \text{Ca} \), \( \text{Li} \), \( \text{Cu} \) или \( \text{K} \)?
Одговор: Бакар (\( \text{Cu} \)). Калцијум, литијум и калијум су веома реактивни метали и у природи постоје искључиво у облику хемијских једињења.
Општа физичка својства метала:
- Одлични проводници топлоте и електричне струје.
- На собној температури су у чврстом агрегатном стању (изузетак је жива, \( \text{Hg} \), која је течна).
- Карактеристичан метални сјај; већина је сребрнастобеле или сиве боје (изузеци: бакар је црвенкаст, злато је жуто).
Легура је хомогена смеша два или више метала, или метала са неметалом, чиме се добијају побољшана механичка и хемијска својства.
| Метал / Легура | Густина (\( \text{g/cm}^3 \)) / Састав | Кључно својство и примена |
|---|---|---|
| Алуминијум (\( \text{Al} \)) | \( 2{,}7 \) | Мала густина, проводљивост |
| Цинк (\( \text{Zn} \)) | \( 7{,}1 \) | Заштита од корозије |
| Гвожђе (\( \text{Fe} \)) | \( 7{,}9 \) | Магнетичност, конструкциони материјал |
| Бакар (\( \text{Cu} \)) | \( 9{,}0 \) | Изузетна електрична проводљивост (електрични водови) |
| Челик | Гвожђе + угљеник | Велика тврдоћа и чврстоћа (израда алата и машина) |
| Нерђајући челик | Гвожђе + хром (\( \text{Cr} \)) + никл (\( \text{Ni} \)) | Отпорност на корозију (куглице за оловке, посуђе) |
| Дуралуминијум | Алуминијум + бакар, магнезијум, манган | Мала густина уз велику тврдоћу (авио и ауто-индустрија) |
Ако су жице направљене од алуминијума (\( \rho = 2{,}7\,\text{g/cm}^3 \)), гвожђа (\( \rho = 7{,}9\,\text{g/cm}^3 \)) и бакра (\( \rho = 9{,}0\,\text{g/cm}^3 \)) исте масе и једнаког попречног пресека, која ће жица бити најдужа?
Одговор: Најдужа ће бити жица од алуминијума (\( \text{Al} \)). При истој маси, материјал са најмањом густином заузима највећу запремину (\( V = \frac{m}{\rho} \)), што значи да ће имати највећу дужину при истом попречном пресеку.
Атоми метала имају мали број валентних електрона (најчешће 1, 2 или 3) које лако отпуштају, градећи позитивне јоне – катјоне.
Положај метала у ПСЕ одређује његову електронску конфигурацију: број периоде одговара броју електронских нивоа, а број групе одређује број валентних електрона.
Реактивност алкалних и земноалкалних метала:
Метали 1. групе (алкални: \( \text{Li}, \text{Na}, \text{K} \)) и 2. групе (земноалкални: \( \text{Ca}, \text{Mg} \)) изузетно су реактивни.
У додиру са водом бурно реагују градећи одговарајући хидроксид уз ослобађање гасовитог водоника: \[ 2\text{Na} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaOH} + \text{H}_2 \uparrow \] \[ 2\text{K} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{KOH} + \text{H}_2 \uparrow \]
Метали 1. групе (алкални: \( \text{Li}, \text{Na}, \text{K} \)) и 2. групе (земноалкални: \( \text{Ca}, \text{Mg} \)) изузетно су реактивни.
У додиру са водом бурно реагују градећи одговарајући хидроксид уз ослобађање гасовитог водоника: \[ 2\text{Na} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaOH} + \text{H}_2 \uparrow \] \[ 2\text{K} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{KOH} + \text{H}_2 \uparrow \]
Атом елемента X има распоред електрона по нивоима \( K(2), L(1) \). Одредите о ком металу је реч, његов атомски број и положај у ПСЕ.
Одговор:
• Атомски број је \( Z = 2 + 1 = 3 \).
• Елемент се налази у 2. периоди (2 нивоа) и 1. групи (1 валентни електрон).
• То је метал литијум (\( \text{Li} \)).
• Атомски број је \( Z = 2 + 1 = 3 \).
• Елемент се налази у 2. периоди (2 нивоа) и 1. групи (1 валентни електрон).
• То је метал литијум (\( \text{Li} \)).
Оксиди метала су бинарна једињења метала и кисеоника (у коме кисеоник има оксидациони број \(-2\)). Назив се гради: име метала + (валенца римским бројем ако је променљива) + оксид.
Хидроксиди (базе) су једињења која се састоје од катјона метала и једне или више једновалентних хидроксидних група (\( \text{OH}^- \)). Назив се гради: име метала + (валенца) + хидроксид.
| Оксид | Назив оксида | Хидроксид | Назив хидроксида |
|---|---|---|---|
| \( \text{Li}_2\text{O} \) | Литијум-оксид | \( \text{LiOH} \) | Литијум-хидроксид |
| \( \text{Na}_2\text{O} \) | Натријум-оксид | \( \text{NaOH} \) | Натријум-хидроксид |
| \( \text{K}_2\text{O} \) | Калијум-оксид | \( \text{KOH} \) | Калијум-хидроксид |
| \( \text{CaO} \) | Калцијум-оксид | \( \text{Ca(OH)}_2 \) | Калцијум-хидроксид |
| \( \text{MgO} \) | Магнезијум-оксид | \( \text{Mg(OH)}_2 \) | Магнезијум-хидроксид |
| \( \text{CuO} \) | Бакар(II)-оксид | \( \text{Cu(OH)}_2 \) | Бакар(II)-хидроксид |
| \( \text{Cu}_2\text{O} \) | Бакар(I)-оксид | - | - |
| \( \text{Fe}_2\text{O}_3 \) | Гвожђе(III)-оксид | \( \text{Fe(OH)}_3 \) | Гвожђе(III)-хидроксид |
| \( \text{Al}_2\text{O}_3 \) | Алуминијум-оксид | \( \text{Al(OH)}_3 \) | Алуминијум-хидроксид |
| \( \text{ZnO} \) | Цинк-оксид | \( \text{Zn(OH)}_2 \) | Цинк-хидроксид |
Напишите формулу оксида и одговарајућег хидроксида метала који се налази у 2. групи и 3. периоди ПСЕ.
Одговор: Елемент из 2. групе и 3. периоде је магнезијум (\( \text{Mg} \), валенца II).
• Формула оксида: \( \text{MgO} \) (магнезијум-оксид)
• Формула хидроксида: \( \text{Mg(OH)}_2 \) (магнезијум-хидроксид)
• Формула оксида: \( \text{MgO} \) (магнезијум-оксид)
• Формула хидроксида: \( \text{Mg(OH)}_2 \) (магнезијум-хидроксид)
Оксиди изразито активних метала (алкалних и земноалкалних: \( \text{Na}_2\text{O}, \text{CaO}, \text{MgO} \)) реагују са водом градећи хидроксиде:
\[ \text{CaO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2 \]
Оксиди мање активних метала (нпр. \( \text{CuO}, \text{Fe}_2\text{O}_3 \)) не реагују директно са водом.
Растворљиви хидроксиди у води дисосују на катјоне метала и хидроксидне ањоне (\( \text{OH}^- \)):
\[ \text{NaOH} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
\[ \text{Ca(OH)}_2 \rightarrow \text{Ca}^{2+} + 2\text{OH}^- \]
- Проводљивост струје: Водени раствори база проводе електричну струју захваљујући присуству слободних јона.
- Индикатори за \( \text{OH}^- \) јоне: Фенолфталеин постаје интензивно ружичаст/магента, док црвена лакмус хартија поплави.
- \( \text{pH} \) вредност: Водени раствори који садрже вишак \( \text{OH}^- \) јона имају \( \text{pH} > 7 \).
Који од наведених оксида у реакцији са водом гради хидроксид: \( \text{CuO} \), \( \text{CaO} \) или оба?
Одговор: Само \( \text{CaO} \). Калцијум-оксид је оксид активног земноалкалног метала и директно са водом гради \( \text{Ca(OH)}_2 \), док \( \text{CuO} \) као оксид слабо активног метала не реагује са водом.
Задаци за вежбање
Лаки ниво: Какав је \( \text{pH} \) воденог раствора натријум-хидроксида (\( \text{NaOH} \)) и које боје постаје безбојни раствор фенолфталеина када се дода у овај раствор?
Натријум-хидроксид је јака база која у води дисосује ослобађајући \( \text{OH}^- \) јоне.
• Његова \( \text{pH} \) вредност је већа од 7 (\( \text{pH} > 7 \)).
• Фенолфталеин у базној средини мења боју у ружичасту.
• Његова \( \text{pH} \) вредност је већа од 7 (\( \text{pH} > 7 \)).
• Фенолфталеин у базној средини мења боју у ружичасту.
Средњи ниво: Одредите валенцу бакра и гвожђа у једињењима \( \text{Cu}_2\text{O} \) и \( \text{Fe(OH)}_3 \), а затим напишите њихове тачне називе.
1. У једињењу \( \text{Cu}_2\text{O} \), пошто је кисеоник двовалентан (\( \text{O}^{2-} \)), бакар је једновалентан (\( \text{Cu}^+ \)). Назив је бакар(I)-оксид.
2. У једињењу \( \text{Fe(OH)}_3 \), налазе се три једновалентне хидроксидне групе (\( \text{OH}^- \)), па је гвожђе тровалентно (\( \text{Fe}^{3+} \)). Назив је гвожђе(III)-хидроксид.
2. У једињењу \( \text{Fe(OH)}_3 \), налазе се три једновалентне хидроксидне групе (\( \text{OH}^- \)), па је гвожђе тровалентно (\( \text{Fe}^{3+} \)). Назив је гвожђе(III)-хидроксид.
Тешки ниво: Атомски број елемента А је \( Z = 12 \).
а) Напишите распоред електрона по нивоима за тај елемент и одредите његову групу и периоду у ПСЕ.
б) Напишите формулу његовог оксида и формулу хидроксида који настаје његовом реакцијом са водом.
а) Напишите распоред електрона по нивоима за тај елемент и одредите његову групу и периоду у ПСЕ.
б) Напишите формулу његовог оксида и формулу хидроксида који настаје његовом реакцијом са водом.
а) За \( Z = 12 \) распоред електрона је: \( K(2), L(8), M(2) \).
• Пошто има 3 нивоа, налази се у 3. периоди.
• Пошто има 2 валентна електрона, налази се у 2. групи (у питању је магнезијум, \( \text{Mg} \)).
б)
• Формула оксида: \( \text{MgO} \) (магнезијум-оксид).
• Формула хидроксида: \( \text{Mg(OH)}_2 \) (магнезијум-хидроксид), настао реакцијом \( \text{MgO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Mg(OH)}_2 \).
• Пошто има 3 нивоа, налази се у 3. периоди.
• Пошто има 2 валентна електрона, налази се у 2. групи (у питању је магнезијум, \( \text{Mg} \)).
б)
• Формула оксида: \( \text{MgO} \) (магнезијум-оксид).
• Формула хидроксида: \( \text{Mg(OH)}_2 \) (магнезијум-хидроксид), настао реакцијом \( \text{MgO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Mg(OH)}_2 \).
