uabooks.top

E téma tananyaga segít nektek:

felidézni a fémes elemek elhelyezkedését a periódusos rendszerben;

elképzelést alkotni a fémes elemek természetben való eltelj edéséről;

összefoglalni a fémes elemek atomjai és ionjai elektronszerkezetének sajátosságait; új ismereteket szerezni a fémek fizikai tulajdonságairól;

megismerni egyes ötvözetek összetételét és tulajdonságait.

A fémes elemek és előfordulásuk a természetben. A Földünkön található elemek nagy része - négyötöde - fém. Ide tartozik minden d- és felem, az s-elemek (kivéve a hidrogént és a héliumot) és egynéhány p-elem. A periódusos rendszer hosszú változatában a bortól a poló-niumig¹ húzott lépcsős vonaltól balra helyezkednek el; vagyis a fémek az I-IV főcsoportokban (néhány kivételtől: H, В, C, Si eltekintve) és a mellékcsoportokban vannak.

A fémes elemeket legnagyobb mennyiségben a kőzetburok tartalmazza. Atomi arányát tekintve a legnagyobb mennyiségben az alumínium fordul elő (56. ábra). A természetben az aktív fémek elemei sók formájában találhatók: klorid-, karbonát, szulfát- és szilikát-ásványokként; a kevésbé aktív fémek elemei oxid, illetve szulfidként. A kevés elemi állapotban előforduló fém: az ezüst, az arany, a réz, a higany és a platina (57. ábra).

¹A vonal mentén elhelyezkedő germánium, antimon és polonium egyes tulajdonságaikban a fémekre, más tulajdonságaikban a nemfémekre hasonlítanak, ezért félfémeknek nevezik őket.

57. ábra

Fémes elemek

előfordulása

ércekben

A hidroszférában is megtalálhatók a fémes elemek, de kisebb mennyiségben. Az óceánok és a tengerek vizében nátriumból van több, az édesvizekben pedig kalciumból.

Az élő szervezetekben is találhatók fémes elemek. Minden sejt összetételében megtalálható a nátrium és a kálium, a magnézium a klorofill, a vas a hemoglobin központi atomja. Kalciumvegyületek alkotják a csont, a fogak szervetlen anyagát, a tojáshéjat, a csigaházat.

A fémes elemek atomjai és ionjai. A fémes elemek atomjainak külső energiaszintjén kevés (általában 1-3) elektron található. Ezek az atomok a kémiai reakciókban könnyen leadják elektronjaikat és pozitív töltésű ionokká (kationokká) alakulnak:

írjátok fel a kalcium-ion atomjából való keletkezésének sémáját az elektronképletet használva.

A fémek redukáló képessége (elektront ad le) erősödik az atomsugár növekedésével: a periódusokban jobbról balra, a csoportokban fentről lefelé. A tipikus fémes elemek helye a periódusos rendszerben a bal alsó sarokban van. Ilyen a cézium, melynek atomja a legkönnyebben veszíti el vegyértékelektronját.

Fémes elemek kationjai találhatók a bázisképző és az amfoter oxidokban, a bázisokban, a sókban. Az I-III főcsoport elemei kationjának töltésszáma megegyezik a csoportszámmal: Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺. Hasonló törvényszerűség a mellékcsoport fémes elemeinél nem található, így például az I. mellékcsoportban található réz két kationt is alkot: Cu⁺ és Cu²⁺; a VIII. mellékcsoportban a vas elem atomja átalakulhat Fe²⁺-és Fe³⁺- ionná.

Egyes fémes elemek kovalens kötést is alkothatnak nemfémes elemekkel. Ennek eredményeként összetett anion (МПО4) vagy molekula (CrO₃) keletkezhet.

A fémek. A fémek fémes elemek által alkotott egyszerű anyagok. A fémek egyszerű anyagokként közönséges körülmények között szilárd halmazállapotúak (kivéve a higanyt) és kristályrácsszerkezettel rendelkeznek.

Fizikai tulajdonságuk. A fémek külső megjelenése hasonló (58. ábra). Mindegyikük fémes fényű, vezeti az elektromos áramot és a hőt, jól megmunkálhatok. A fémek közös fizikai tulajdonságai a fémes kötésnek, a delokalizált elektronoknak köszönhető (7. §). A legmagasabb elektromos és hővezető képessége van az ezüstnek, a réznek, az aranynak, az alumíniumnak. A legjobban alakítható, nyújtható az arany.

58. ábra

A legfontosabb fémek

A fémek többségének olvadáspontja 1000 °С felett van. Azokat a fémeket, amelyek alacsonyabb hőmérsékleten olvadnak (például az ón, az ólom, az alumínium, a cink), alacsony olvadáspontúaknak nevezik. A legmagasabb olvadáspontú fém a wolfram (to.p. = 3420 °С). Legalacsonyabb az olvadáspontja a higanynak (-38,9 °С).

A fémek sűrűsége tág határok között mozog: 0,534 g/cm³ (lítium) - 22,5 g/cm³ (ozmium).

A fémek keménységükben is különböznek egymástól. A legkeményebb fém a króm — üveget lehet vele vágni; a leglágyabb fém a nátrium, a kálium, az ólom.

A fémek színe általában szürkésfehér. Kivételt képez a rézcsoport két eleme: a réz vörös, az arany sárga színű.

A vas, a kobalt és a nikkel ferromágnesek -olyan anyagok, melyek mágneses térben mágne-sezhetők, és ezt az állapotot megtartják.

Alkalmazás. A legnagyobb gyakorlati felhasználása a vasnak, az alumíniumnak, a réznek és a cinknek van. Fizikai tulajdonságainak, a természeti körülményekkel szembeni ellenálló-képességének, valamint előfordulásának gyakorisága és előállítási önköltségének köszönhető széleskörű alkalmazása. Az arany, az ezüst, a platina - nemesfémek. Ezekből ékszereket készítenek, olykor emlékérméket (59. ábra), de használják elektromos berendezésekben, a műszeriparban, a vegyiparban (katalizátorként) is.

Ötvözetek. A fémeket tiszta állapotban aránylag ritkán használják, rendszerint ötvözeteiket alkalmazzák. Az ötvözet a fémeknek fémekkel vagy más anyagokkal alkotott homogén keveréke (szilárd oldat), amely a fémelegyek olvadékának megszilárdulásával keletkezik.

59. ábra

Ezüst

emlékérem

9. táblázat

Néhány fémötvözet összetétele

Fizikai tulajdonságuk alapján az ötvözetek különböznek az összetételükben található fémek tulajdonságaitól.

Az ötvözetek a fémek általános tulajdonságaival rendelkeznek: fémes fényűek, jól megmunkálhatok, vezetik az elektromosságot, a hőt; de olyan újakkal is, amelyek egyik komponensnél sem találhatók: általában alacsonyabb az olvadáspontjuk, mint az őket alkotó fémeknek, valamint más a keménységük és sűrűségük.

Az ötvözetek kémiai tulajdonsága megegyezik az őket alkotó fémek kémiai tulajdonságaival.

A fémek tulajdonságainak javítása céljából vizsgálják és állítják elő az ötvözeteket. A vas hátrányos tulajdonsága a korrózió (rozsdáso-dás), ennek a fémnek a krómmal és a nikkelkel való ötvözetei természetes körülmények között viszont nagyon stabilak. Az ékszerek készítéséhez nem tiszta nemesfémeket használnak, hanem rézzel és ezüsttel alkotott keményebb ötvözeteiket. A ónötvözettel (cin) könnyebb fémeket forrasztani (to.p.=180 °С), mint tiszta ónnal (to.p.=232 °С) vagy ólommal (to.p.=327 °С).

A fémek ötvözeteit a vegyi gyárakban és az élelmiszeriparban, a repülő- és gépkocsigyártásban, a mérnöki munkában, az építőiparban, a monumentális művészetben és a mindennapi élet területén használják (60. ábra).

ÖSSZEFOGLALÁS

A fémes elemekhez tartoznak a d-, az f- és az s-mező elemei (kivéve a hidrogént és a héliumot), valamint egynéhány p-elem.

A fémes elemek leginkább a kőzetekben fordulnak elő.

A fémes elemek atomjai a reakciókban elektronokat adnak át és kationokká válnak. Ez a képességük az atomsugár növekedésével erősödik.

A fémek a fémes elemek által alkotott egyszerű anyagok. A fémes kötésnek köszönhetően a fémek vezetik az elektromos áramot és a hőt, fémes fényük van, megmunkálhatok.

A fémeket és ötvözeteiket széleskörűen használják a gazdaság különböző ágazataiban.

174. Milyen elemből, fémesből vagy nemfémesből van több a harmadik periódusban; a negyedik periódusban?

175. Nevezzétek meg a periódusos rendszerben azt a csoportot, amelyben kizárólag fémes elemek találhatók.

176. írjátok fel a berillium atom- és ion-elektronszerkezetét.

177. Milyen fizikai tulajdonságok jellemzőek a fémekre? Magyarázzátok el, miért vezetik a fémek az elektromosságot?

178. Miért gyakoribb az ötvözetek alkalmazása, mint a tiszta fémeké?

179. Internet vagy más információforrások segítségével készítsetek rövid előadást a jellegzetes tulajdonságokkal rendelkező fémekről vagy ötvözeteikről, azok alkalmazásáról. ¹

¹ Dnyipro városában álló Alfred Nobel bolygója szobor.

180. Egy különleges bronz mintáját vizsgálva a következő összetételt állapították meg (tömegszázalékban): Cu - 85, Sn - 9, Zn - 6. Melyik elem atomjából van a legkevesebb az ötvözetben? Mennyi rézatom jut ennek az elemnek minden 10 atomjára.

181. Égetett mész 12,5 g tömegű mintáját 10 g vízzel keverték össze. A folyamat során 14,8 g kalcium-hidroxid keletkezett. Milyen a kiinduló égetett mész mintájának kalcium-oxid tartalma (tömegrész-aránya %-ban)?

182. 5 g szilumin (alumínium-szilícium ötvözet) port, melyben a szilícium tömegszázaléka 14%, oxigénben elégettek. Határozzátok meg a kapott keverékben az oxidok tömegrész-arányát.

ÉRDEKLŐDŐK SZÁMÁRA

A fémek kristályrácsai

Tudjuk, hogy a kristály alkotóelemeinek geometrikus elrendeződését kristályrácsnak nevezzük. A legkisebb háromdimenziós töredékét, mely különböző irányban ismételhető - elemi cellának nevezzük. Az elemi cellák párhuzamos eltolásával kapható a kristályrács (61. ábra), melyben a részecskék a legszorosabb illeszkedésre törekednek.

Az elemi cellák a fémes rácsban többnyire kocka vagy hatszögű prizma alakúak (62. ábra). A fémrácsok a felépítő részecskék térbeli elrendeződése alapján leggyakrabban az alábbi típusok közé sorolhatók:

1) a részecskék a kocka csúcsaiban és a középpontjában helyezkednek el (alkáli fémek, bárium, króm, wolfram stb.) - 62. a ábra;

2) a rács olyan kockákból épül fel, melyben a részecskék a csúcsokban és a lapok középpontjában vannak (alumínium, réz, ezüst, arany, platina stb.) - 62. b ábra;

3) olyan hatszöglapú hasábokból épül fel, amelynek két lapján 7-7, a közepén pedig 3 részecske van (magnézium, berillium, cink stb.)

 

 

Ez a tankönyv anyaga Kémia a 11. osztály számára Pavlo Popéi