I. Элементы. Металлы образуют все s-элементы, все d-элементы, все f-элементы и все p-элементы, находящиеся в длиннопериодной таблице левее и ниже границы B - At.

II. Атомы. Атомы металлов большие (орбитальный радиус больше 0,1 нм). У них от одного (у атомов щелочных элементов, Cr, Mo, Cu, Ag и Au) до шести (у Po) электронов на внешнем уровне (у большинства - от одного до трех). Число валентных электронов у этих атомов может достигать восьми (у Fe, Ru и Os), а теоретически даже одиннадцати (у Cu, Ag и Au). Атомы металлов сравнительно легко отдают валентные электроны (но не более трех). Склонностью присоединять электроны атомы металлов не обладают.

У атомов элементов-металлов в периоде с увеличением порядкового номера

  • заряд ядра увеличивается;
  • радиусы атомов уменьшаются;
  • число электронов на внешнем слое увеличивается (только в у атомов элементов главных подгрупп);
  • число валентных электронов увеличивается (только в у атомов элементов главных подгрупп);
  • электроотрицательность увеличивается;
  • восстановительные (металлические) свойства ослабевают (только в у атомов элементов главных подгрупп).

У атомов элементов-металлов в подгруппе (в длиннопериодной таблице - в группе) с увеличением порядкового номера

  • заряд ядра увеличивается;
  • радиус атома увеличивается (только в у атомов элементов главных подгрупп);
  • электроотрицательность уменьшается (только в у атомов элементов главных подгрупп);
  • число валентных электронов не изменяется;
  • число внешних электронов, как правило, не изменяется;
  • восстановительные (металлические) свойства усиливаются (только в у атомов элементов главных подгрупп).

III. Простые вещества. Металлы - простые вещества, в которых атомы связаны металлической связью. Поэтому определяющие физические свойства чистых металлов (следствие наличия металлической связи)

  • высокая электропроводность;
  • высокая теплопроводность;
  • высокая пластичность.

Наличие даже незначительной примеси может резко ухудшать эти характеристики.

Кроме того, общими свойствами всех металлов является металлический блеск и непрозрачность.

Большинство металлов при комнатной температуре - твердые вещества (металлические кристаллы, "металлическая кристаллическая решетка"), ртуть - жидкость (как и расплавы - металлическая жидкость). Цезий и галлий плавятся в руке, температура плавления вольфрама 3387oС. Плотность металлов тоже весьма различна: от 0,53 г/cм3 у лития до 22,5 г/cм3 у иридия и осмия.

Некоторые элементы, лежащие вблизи границы B - At, образуют как металлические, так и неметаллические аллотропные модификации, например: белое олово - металл, а серое олово - неметалл.

IV. Химические свойства. Характерными для большинства металлов (кроме Au, Pt, Ta, W и некоторых других) являются восстановительные свойства. Большинство металлов окисляется кислородом (образуются оксиды, реже пероксиды):

2Ca + O2 = 2CaO     2Na + O2 = Na2O2     4Al + 3O2 = 2Al2O3

галогенами:

Mg + F2 = MgF2     2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3     Zn + Br2 = ZnBr2

Щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с водородом (при нагревании), образуя гидриды:

2Na + H2 = 2NaH     Ca + H2 = CaH2     Ba + H2 = BaH2

Многие металлы при нагревании реагируют с серой (ртуть - при комнатной температуре), образуя сульфиды:

2Na + S = Na2S     2Al + 3S = Al2S3     Hg + S = HgS

с азотом (литий - при комнатной температуре), образуя нитриды:

6Li + N2 = 2Li3N     6Na + N2 = 2Na3N     3Mg + N2 = Mg3N2

Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до магния, реагируют с водой при комнатной температуре, от магния до свинца - при нагревании:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2     Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2

Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, реагируют с кислотами-"неокислителями" (HCl, разбавленная H2SO4 и т. п.):

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2     Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

С кислотами-"окислителями" (HNO3, концентрированная H2SO4) реагируют и металлы, стоящие в ряду напряжений после водорода. Продукты реакции зависят от концентрации кислоты и активности металла. Для серной кислоты это может быть SO2 (обычно), S и H2S. Для азотной кислоты - NO2 (концентрированная, обычно), NO (разбавленная, обычно), N2O, N2, NH4NO3 (активные металлы, очень разбавленная кислота):

Cu + 2H2SO4(конц.) = CuSO4 + SO2 + 2H2O     Fe + 4HNO3(разб.) = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

Амфотерные металлы реагируют с растворами щелочей:

2Al + 2KOH + 6H2O = 2K[Al(OH)4] + 3H2

Активные металлы реагируют с некоторыми органическими веществами:

2Na + 2C2H4OH = 2C2H5ONa + H2

V. Оксиды и гидроксиды. Тип оксида и соответствующего ему гидроксида в основном зависит от размера и степени окисления атома элемента-металла.

Чем больше атом, тем в большей степени для его оксидов и гидроксидов характерны основные свойства.

Степень окисления +I (или +1) - оксиды основные (Na2O, K2O, Ag2O, Tl2O и др.), соответствующие гидроксиды (если они есть) - сильные основания (NaOH, KOH, TlOH).

Степень окисления +II (или +2) - обычно оксиды основные (BaO, MgO, FeO, CrO, MnO и др.) и, реже, если атом маленький, амфотерные (BeO, ZnO, PbO, CuO); к тем же классам относятся и соответствующие гидроксиды.

Степень окисления +III (или +3) - большинство оксидов амфотерны (Al2O3, Cr2O3 и др.), таковы же и гидроксиды.

Высшие оксиды (степень окисления больше +IV) - кислотные (Mn2O7, CrO3), а гидроксиды - кислоты (HMnO4, H2CrO4).

Рекомендации к теме

Проработав эту тему, Вы должны знать какие элементы образуют металлы, каково электронное строение атомов этих элементов, какими общими физическими и химическими свойствами обладают металлы, как эти свойства меняются в группе и периоде.

Вы должны уметь описывать химические свойства изученных Вами металлов, их оксидов, гидроксидов и солей, составляя уравнения реакций (молекулярные, а где необходимо и ионные).

Проверьте, умеете ли Вы решать задачи с использованием понятия "выход продукта реакции" (его также называют: "выход в реакции", "массовая доля выхода", "объемная доля выхода", "выход по сравнению с теоретическим" и т. п. - это все одно и то же).

Пример. Каков объем (н. у.) оксида серы(IV), необходимого для получения оксида серы(VI) массой 20 г по реакции с кислородом, если выход продукта равен 80%.



Убедившись, что все необходимое усвоено, переходите к выполнению заданий по теме. Желаем успехов.


Рекомендованная литература:
  • О. С. Габриелян, Г. Г. Лысова. Химия 11 кл. М., Дрофа, 2002.
  • Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. Химия 11 кл. М., Просвещение, 2001.