Реферат: Металлы в периодической системе Д.И. Менделеева
Чем левее расположен металл в этом ряду, тем
большими восстановительными свойствами он обладает, т. е. легче окисляется и
переходит в виде катиона в раствор, но зато труднее восстанавливается из
катиона в свободное состояние.
В ряд напряжений помещен один неметалл — водород,
поскольку это позволяет определить, будет ли данный металл реагировать с кислотами
- неокислителями в водном растворе (точнее — окисляться катионами водорода Н+).
Например, цинк реагирует с хлороводородной кислотой, так как в ряду напряжений
он стоит левее (до) водорода. Напротив, серебро не переводится в раствор
хлороводородной кислотой, поскольку оно стоит в ряду напряжений правее (после)
водорода. Аналогично ведут себя металлы в разбавленной серной кислоте.
Металлы, стоящие в ряду напряжений после водорода, называют благородными (Ag, Pt, Au и др.)
Нежелательным химическим свойством металлов
является их электрохимическая коррозия, т. е. активное разрушение (окисление)
металла при контакте с водой и под воздействием растворенного в ней кислорода (кислородная
коррозия). Например, широко известна коррозия железных изделий в воде.
Особенно коррозионно-опасным может быть место
контакта двух разнородных металлов — контактная коррозия. Между одним металлом,
например Fе,
и другим металлом, например Sn или Cu, помещенными в воду, возникает гальваническая пара.
Поток электронов идет от более активного металла, стоящего левее в ряду
напряжений (Fе),
к менее активному металлу (Sn, Cu), и более активный металл разрушается
(корродирует).
Именно из-за этого ржавеет луженая поверхность
консервных банок (железо, покрытое оловом) при хранении во влажной атмосфере и
небрежном обращении с ними (железо быстро разрушается после появления хотя бы
небольшой царапины, допускающей контакт железа с влагой). Напротив,
оцинкованная поверхность железного ведра долго не ржавеет, поскольку даже при
наличии царапин корродирует не железо, а цинк (более активный металл, чем
железо).
Сопротивление коррозии для данного металла
возрастает при его покрытии более активным металлом или при их сплавлении; так,
покрытие железа хромом или изготовление сплавов железа с хромом устраняет
коррозию железа. Хромированное железо и стали, содержащие хром (нержавеющие
стали), имеют высокую коррозионную стойкость.
Общие способы получения металлов:
— электрометаллургия, т. е. получение металлов
электролизом расплавов (для наиболее активных металлов) или растворов их
солей;
— пирометаллургия, т. е. восстановление металлов
из их руд при высокой температуре (например, получение железа с помощью
доменного процесса);
— гидрометаллургия, т. е. выделение металлов из
растворов их солей более активными металлами (например, получение меди из раствора СuSO4 вытеснением цинком, железом
или алюминием).
В природе металлы встречаются иногда в свободном виде, например
самородные ртуть, серебро и золото, а чаще — в виде соединений (металлических руд). Самые
активные металлы, конечно, присутствуют в земной коре только в
связанном виде.
Литий.
Литий (от греч. Литос- камень), Li, химический элемент
подгруппы Iа
периодической системы; атомный номер 3, атомная масса 6, 941; относится к
щелочным металлам.
Содержание лития в земной коре 6,5-10-3%
по массе. Обнаружен он более чем в 150 минералах, из них собственно литиевых -
около 30. Основные минералы: сподумен LiAl[Si2O6], лепидолит KLi1,5 Al1,5[Si3 AlO10 ](F,0Н)2 и петалит
(LiNa)[Si 4AlO10 ]. Состав этих минералов
сложен, многие из них относятся к очень распространённому в земной коре классу
алюмосиликатов. Перспективные источники сырья для производства лития - рассолы
(рапа) соленосных отложений и подземные воды. Крупнейшие месторождения
соединений лития находятся в Канаде, США, Чили, Зимбабве, Бразилии, Намибии и
России.
Интересно, что минерал сподумен встречается в
природе в виде больших кристаллов массой в несколько тонн. На руднике Этта в
США нашли кристалл в форме иглы длиной 16 м и массой 100 т.
Первые сведения о литии относятся к 1817 г.
Шведский химик А. Арфведсон, проводя анализ минерала петалита, открыл в нём
неизвестную щёлочь. Учитель Арфведсона Й. Берцелиус дал ей название «литион»
(от греч. литеос -каменный), т. к. в отличие от гидроксидов калия и натрия,
которые были получены из золы растений, новая щёлочь была обнаружена в минерале.
Он же назвал металл, являющийся «основой» этой щёлочи, литием. В 1818 г.
английский химик и физик Г. Дэви получил литий электролизом гидроксида LiОН.
Свойства. Литий - серебристо-белый металл; т. пл.
180,54 °С, т. кип. 1340 "С; самый лёгкий из всех металлов, его плотность
0,534 г/см -он в 5 раз легче алюминия и почти вдвое легче воды. Литий мягок и
пластичен. Соединения лития окрашивают пламя в красивый карминово-красный цвет.
Этим весьма чувствительным методом пользуются в качественном анализе для
обнаружения лития.
Конфигурация внешнего электронного слоя атома
лития 2s1 (s-элемент). В соединениях
он проявляет степень окисления +1.
Литий стоит первым в электрохимическом ряду напряжений
и вытесняет водород не только из кислот, но и из воды. Однако многие химические
реакции лития протекают менее энергично, чем у других щелочных металлов.
Литий практически не реагирует с компонентами
воздуха при полном отсутствии влаги при комнатной температуре. При нагревании
на воздухе выше 200 °С в качестве основного продукта образует оксид Li2 O (присутствуют только следы
пероксида Li2O2). Во влажном воздухе даёт преимущественно нитрид Li3N, при влажности воздуха
более 80% - гидроксид LiОН и карбонат Li2СО3. Нитрид
лития может быть получен также при нагревании металла в токе азота (литий - один
из немногих элементов, непосредственно соединяющихся с азотом): 6Li + N2 =2Li3N
Литий легко сплавляется почти со всеми металлами
и хорошо растворим в ртути. Непосредственно соединяется с галогенами (с иодом
-при нагревании). При 500 °С реагирует с водородом, образуя гидрид LiН, при взаимодействии с
водой - гидроксид LiОН, с разбавленными кислотами - соли лития, с аммиаком - амид LiNН2, например:
2Li + Н2 = 2LiН
2Li + 2Н2O = 2LiОН + Н2
2Li + 2НF = 2LiF + Н2
2Li + 2NH3 = 2LiNH2 + Н2
Гидрид LiН - бесцветные кристаллы; применяется в
различных областях химии как восстановитель. При взаимодействии с водой выделяет
большое количество водорода (из 1 кг LiН получают 2820 л Н2):
LiН + Н2O = LiОН + Н2
Это позволяет использовать LiН как источник водорода
для наполнения аэростатов и спасательного снаряжения (надувных лодок, поясов и
др.), а также как своеобразный «склад» для хранения и транспортировки огнеопасного
водорода (при этом необходимо предохранять LiН от малейших следов
влаги).
Широко применяют в органическом синтезе смешанные
гидриды лития, например литий-алюмогидрид LiAlH4 - селективный восстановитель.
Его получают взаимодействием LiН с хлоридом алюминия А1С1з
Гидроксид LiОН - сильное основание
(щёлочь), его водные растворы разрушают стекло, фарфор; устойчивы к нему
никель, серебро и золото. LiОН применяют в качестве добавки к электролиту
щелочных аккумуляторов, что повышает срок их службы в 2-3 раза и ёмкость на
20%. На основе LiОН и органических кислот (особенно стеариновой и пальмитиновой)
производят морозо- и термостойкие пластичные смазки (литолы) для защиты
металлов от коррозии в интервале температур от -40 до +130 "С.
Гидроксид лития используют также как поглотитель
углекислого газа в противогазах, подводных лодках, самолётах и космических кораблях.
Получение и применение. Сырьём для получения
лития служат его соли, которые извлекают из минералов. В зависимости от
состава минералы разлагают серной кислотой Н2SО4 (кислотный
метод) либо спеканием с оксидом кальция СаО и его карбонатом СаСОз (щелочной
способ), с сульфатом калия К2SО4 (солевой
способ), с карбонатом кальция и его хлоридом СаСl (щёлочно-солевой
способ). При кислотном методе получают раствор сульфата Li2SО4 [последний
освобождают от примесей обработкой гидроксидом кальция Са(ОН)2 и
содой Na2Co3]. Спек, образующийся при других методах разложения минералов,
выщелачивают водой; при этом при щелочном методе в раствор переходит LiОН, при солевом – Li 2SO4, при щёлочно-солевом - LiCl. Все эти методы, кроме
щелочного, предусматривают получение готового продукта в виде карбоната Li2СО3. который
используют непосредственно или в качестве источника для синтеза других
соединений лития.
Металлический литий получают электролизом
расплавленной смеси LiCl и хлорида калия КСl или хлорида бария ВаСl2 с дальнейшей очисткой от
примесей.
Интерес к литию огромен. Это связано, прежде
всего, с тем, что он - источник промышленного получения трития (тяжёлого
нуклида водорода), являющегося главной составной частью водородной бомбы и
основным горючим для термоядерных реакторов. Термоядерная реакция
осуществляется между нуклидом 6Li и нейтронами
(нейтральными частицами с массовым числом 1); продукты реакции - тритий 3Н
и гелий 4Не:
63Li + 10n=
31 H +42He
Большое количество лития используется в металлургии.
Сплав магния с 10% лития прочнее и легче самого магния. Сплавы алюминия и лития
- склерон и аэрон, содержащие всего 0,1% лития, помимо лёгкости обладают высокой
прочностью, пластичностью, повышенной стойкостью к коррозии; их применяют в
авиации. Добавка 0,04% лития к свинцово-кальциевым подшипниковым сплавам
повышает их твёрдость и уменьшает коэффициент трения.
Галогениды и карбонат лития применяют в
производстве оптических, кислотоупорных и других специальных стёкол, а также
термостойкого фарфора и керамики, различных глазурей и эмалей.
Мелкие крошки лития вызывают химические ожоги
влажной кожи и глаз. Соли лития раздражают кожу. При работе с гидроксидом
лития необходимо соблюдать меры предосторожности, как при работе с гидроксидами
натрия и калия.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5 |