Лекция 21. Конструкционные металлы. Алюминий. Хром. Железо

 

Ключевые слова: физические и химические свойства металлов, оксиды, гидроксиды, соли металлов.

Алюминий– основной представитель металлов главной подгруппы III группы периодической системы. Внешняя электронная конфигурация - 3s23p1, в соединениях проявляет степень окисления +3.

Нахождение в природе. По распространенности занимает третье место среди всех элементов (после О и Si) и первое среди металлов. Важнейшие минералы: бокситы – смесь гидроксидов Al(OH)3 и AlOOH; алюмосиликаты – (Na,K)2O∙Al2O3∙2SiO2; корунд (глинозем) – Al2O3; криолит – 3NaF∙AlF3.

Физические свойства.Серебристо-белый металл, плотность (при 20°С) 2698,9 кг/м3; tпл 660,24°С; tкип около 2500°С;

Химические свойства.Алюминий является активным металлом, сильным восстановителем. Но наличие защитной оксидной пленки на его поверхности затрудняет его взаимодействие со многими окислителями при обычных условиях. При 25ºС алюминий образует с хлором, бромом и иодом соответственно AlCl3, AlВr3, AlI3. Реакции с фтором, кислородом, азотом, серой происходят при достаточно высоких температурах.

В отличие от щелочных и щелочноземельных металлов, алюминий при обычных условиях не реагирует с водой, так как защищен пленкой нерастворимого в воде оксида. Однако эта пленка легко растворяется в растворах кислот и щелочей, поэтому не защищает алюминий от взаимодействия с ними:

2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2

Al + 4HNO3 → Al(NO3)3 + NO↑ + 2H2O

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

Исключением являются концентрированные серная и азотная кислоты, в которых алюминий пассивируется.

Важным свойством алюминия является его способность восстанавливать некоторые металлы из их оксидов при высокой температуре. Этот способ получения металлов называется алюмотермией: 4Al + 3MnO2 → 3Mn + 2Al2O3

Хром. Внешняя электронная конфигурация атома хрома 3d54s1. В соединениях обычно проявляет степени окисления +2, +3, +6, среди них наиболее устойчивы Сr3+.

Нахождение в природе.Хром – довольно распространенный элемент на Земле. Его кларк (среднее содержание в земной коре) составляет 8,3·10–3%. Хром никогда не встречается в свободном состоянии. В хромовых рудах практическое значение имеет только хромит FeCr2O4.

Физические свойства. Хром - твердый, тяжелый, тугоплавкий металл. Плотность 7190 кг/м3; tпл 1890 °С; tкип 2480 °С.

Химические свойства. Хром химически малоактивен. При обычных условиях устойчив к кислороду и влаге, но соединяется с фтором, образуя CrF3. Выше 600°С взаимодействует с парами воды, давая Сr2О3; с азотом - Cr2N, CrN; с углеродом - Сr3С2; с серой - Cr2S3. Со многими металлами хром дает сплавы. Хром загорается в кислороде при 2000°С с образованием темно-зеленого оксида хрома (III) Сr2О3. Помимо оксида (III), известны других соединения с кислородом, например CrO, СrО3, получаемые косвенным путем. Хром легко реагирует с разбавленными растворами соляной и серной кислот с образованием хлорида и сульфата хрома и выделением водорода; «царская водка» и азотная кислота пассивируют хром. С увеличением степени окисления возрастают кислотные и окислительные свойства хрома.

Железо. Конфигурация внешней электронной оболочки атома 3d64s2. Железо проявляет переменную валентность (наиболее устойчивые степени окисления +2 и +3).

Нахождение в природе. По распространенности в земной коре занимает второе место среди металлов. Для извлечения железа используются в основном такие руды, как гематит (Fe2O3), магнитные железняки (Fe3О4), бурые железняки (НFeO2· nH2O), а также шпатовые железняки (FeСО3).

Физические свойства. Плотность (20°C) 7874 кг/м3, tпл 1539°С, tкип 3200°С.

Химические свойства. С кислородом железо образует оксид (II) FeO, оксид (III) Fe2O3 и оксид (II,III) Fe3O4 (соединение FeO c Fe2O3, имеющее структуру шпинели). Во влажном воздухе при обычной температуре железо покрывается рыхлой ржавчиной (Fe2O3·nH2O). Вследствие своей пористости ржавчина не препятствует доступу кислорода и влаги к металлу и поэтому не предохраняет его от дальнейшего окисления. При нагревании в водяном паре железо окисляется с образованием Fe3O4 (ниже 570 °С) или FeO (выше 570 °С) и выделением водорода.

Железо легко реагирует с галогенами и галогеноводородами, давая соли, например хлориды FeCl2 и FeCl3. При нагревании железа с серой образуются сульфиды FeS и FeS2. Карбиды железа - Fe3C (цементит) и Fe2C (е-карбид) - выпадают из твердых растворов углерода в железе при охлаждении. Fe3C выделяется также из растворов углерода в жидком железе при высоких концентрациях С. При нагревании железо энергично реагирует с кремнием и фосфором, образуя силициды (например, Fe3Si и фосфиды (например, Fe3P).

 

Контрольные вопросы:

1. Общая характеристика алюминия.

2. Общая характеристика хрома.

3. Общая характеристика железа.

Список рекомендуемой литературы:

1. Глинка Н.Л. Общая химия: учеб. пособие для вузов / Н.Л. Глинка. - М.: КНОРУС, 2009. - С. 651 – 656, 672 – 677, 690 - 712.

2. Коровин Н.В. Общая химия: учебник для технических направл. и спец. вузов - 7-е изд., испр. - М.: Высшая школа, 2006. - С. 362 - 377.

Е.А. Буйлова, Д.Р. Галиева









Дата добавления: 2015-08-08; просмотров: 1001; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2020 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.011 сек.