Реферат: Металлы в периодической системе Д.И. Менделеева

Наибольшее практическое применение находят соедине­ния калия — гидроксид КОН, нитрат КNO₃ и карбонат К₂ СO₃ .

Гидроксид калия КОН (техническое название — едкое кали) — белые кристаллы, расплывающиеся во влажном воз­духе и поглощающие углекислый газ (образуются К₂ СO₃ и КНСO₃ ). Очень хорошо растворяется в воде с высоким экзо-эффектом. Водный раствор — сильнощелочной.

Производят гидроксид калия электролизом раствора КСl (аналогично производству NаОН). Исходный хлорид калия КСl получают из природного сырья (минералы сильвин КСlи карналлит КМgС1₃ • 6Н₂ 0). Используют КОН для синтеза различных солей калия, жидкого мыла, красителей, как электролит в аккумуляторах.

Нитрат калия КNO₃ (минерал калийная селитра) — белые кристаллы, очень горькие на вкус, низкоплавкие {t_пл = 339 °С). Хорошо растворим в воде (гидролиз отсутству­ет). При нагревании выше температуры плавления разлагает­ся на нитрит калия КNO₂ и кислород O₂ , проявляет сильные окислительные свойства. Сера и древесный уголь загораются при контакте с расплавом КNO₃ , а смесь С + Sвзрывается (сго­рание «черного пороха»):

2КNO₃ + ЗС(уголь) + S=N₂ + 3CO₂ + K₂ S

Нитрат калия используется в производстве стекла и мине­ральных удобрений.

Карбонат калия К₂ СO₃ (техническое название — поташ) — белый гигроскопичный порошок. Очень хорошо растворяется в воде, сильно гидролизуется по аниону и создает щелочную среду в растворе. Используется в изготовлении стекла и мыла.

Получение К₂ СO₃ основано на реакциях:

К₂ SO₄ + Са(ОН)₂ + 2СO = 2К(НСОО) + СаSO₄

2К(НСОО) + O₂ = К₂ С0₃ + Н₂ 0 + С0₂

Сульфат калия из природного сырья (минералы каинит КМg(SO₄ )Сl • ЗН₂ 0 и шёнит К₂ Мg(SO₄ )₂ * 6Н₂ 0) нагревают с гашёной известью Са(ОН)₂ в атмосфере СО (под давлением 15 атм), получают формиат калия К(НСОО), который прока­ливают в токе воздуха.

Калий жизненно важный элемент для растений и живот­ных. Калийные удобрения — это соли калия, как природные, так и продукты их переработки (КСl, К₂ SO₄ , КNO₃ ); высокосодержание солей калия в золе растений.

Калий — девятый по химической распространенности элемент в земной коре. Содержится только в связанном виде в минералах, морской воде (до 0,38 г ионов К⁺ в 1 л), растениях и живых организмах (внутри клеток). В организме человека имеется = 175 г калия, суточная потребность достигает ~4г. Радиоактивный изотоп ⁴⁰ К (примесь к преобладающему ста­бильному изотопу ³⁹ К) распадается очень медленно (период полураспада 1 • 10⁹ лет), он, наряду с изотопами ²³⁸ U и ²³² Тh, вносит большой вклад в геотермический запас нашей планеты (внутренняя теплота земных недр).

Медь.

От (лат. Cuprum), Сu, химический элементподгруппы 16 периодической системы; атомный номер 29, атомная масса 63,546 относится кпереходным металлам. Природная медь представляет собойсмесь нуклидов с массовыми числами 63 (69,1%) и 65 (30,9%).

Распространённость в природе. Среднее со­держание меди в земной коре 4,7-10~³ % по массе.

В земной коре медь встречается как в виде самородков, так и в виде различных минералов. Самородки меди, порой значительных размеров, покрыты зелёным или голубым налётом и не­обычайно тяжелы по сравнению с камнем; самый большой самородок массой около 420 т был найден в США в районе Великих Озёр (ри­сунок). Подавляющая часть меди присутствует в горных породах в виде соединений. Известно более 250 минералов, содержащих медь. Про­мышленное значение имеют: халькопирит (мед­ный колчедан) СuFeS₂ , ковеллин (медный ин­диго) Сu₂ S, халькозин (медный блеск) Сu₂ S, куп­рит Сu₂ О, малахит СuСОз*Си(ОН)₂ и азурит 2СиСОз*Си(ОН)₂ . Почти все минералы меди ярко и красиво окрашены, например халькопирит от­ливает золотом, медный блеск имеет синевато- стальной цвет, азурит - густо синий со стеклянным блеском, а кусочки ковеллина отливают всеми цветами радуги. Многие из медных минералов - поделочные и драгоценные камни -самоцветы; очень высоко ценятся малахит и би­рюза СuА1₆ (РO₄ )₄ (ОН)₈ *5Н₂ O. Наиболее крупные месторождения медных руд находятся в Северной и Южной Америке (гл. обр. в США, Канаде, Чили, Перу, Мексике), Африке (Замбия, ЮАР), Азии (Иран, Филип­пины, Япония). В России залежи медных руд имеются на Урале и Алтае.

Медные руды обычно полиметаллические: по­мимо меди они содержат Fe, Zn, Рb, Sn, Ni, Мо, Аu, Аg, Sе, платиновые металлы и др.

Историческая справка. Медь известна с не­запамятных времён и входит в «великолепную семёрку» древнейших металлов, используемых человечеством, - это золото, серебро, медь, же­лезо, олово, свинец и ртуть. По археологиче­ским данным, медь была известна людям уже 6000 лет назад. Она оказалась первым метал­лом, заменившим древнему человеку камень в первобытных орудиях труда. Это было начало т.наз. медного века, который длился около двух тысячелетий. Из меди выковывали, а потом и выплавляли топоры, ножи, булавы, предме­ты домашнего обихода. По преданию, античный бог-кузнец Гефест выковал для непобедимого Ахилла щит из чистой меди. Камни для 147-метровой пирамиды Хеопса также были до­быты и отёсаны медным инструментом.

Древние римляне вывозили медную руду с ос­трова Кипр, отсюда и произошло латинское на­звание меди - «купрум». Русское название «медь», по-видимому, связано со словом «смида», что в древности означало «металл».

В рудах, добываемых на Синайском полуост­рове, иногда попадались руды с примесью олова, что привело к открытию сплава меди с оловом -бронзы. Бронза оказалась более легкоплавкой и твёрдой, чем сама медь. Открытие бронзы положило начало длительному бронзовому веку (4-1-е тысячелетия до н. э.).

Свойства. Медь - металл красного цвета. Т.пл. 1083 "С, т. кип. 2567 °С, плотность 8,92 г/см . Это пластичный ковкий металл, из него можно прокатать листочки в 5 раз тоньше папиросной бумаги. Медь хорошо отражает свет, прекрасно проводит тепло и электричество, ус­тупая только серебру.

Конфигурация внешних электронных слоев атома меди 3d¹⁰ 4s¹ (d-элемент). Хотя медь и щелочные металлы находятся в одной и той же I группе, их поведение и свойства сильно различаются. С щелочными металлами медь сближает только способность образовывать од­новалентные катионы. При образовании соеди­нений атом меди может терять не только внешний s-электрон, но один или два d-электрона предшествующего слоя, проявляя при этом бо­лее высокую степень окисления. Для меди сте­пень окисления +2 более характерна, чем +1.

Металлическая медь малоактивна, в сухом и чистом воздухе стабильна. Во влажном воздухе, содержащем СО₂ , на её поверхности образуется зеленоватая плёнка Сu(ОН)_2* СuСОз, называемая патиной. Патина придаёт изделиям из меди и ее сплавов красивый «старинный» вид; сплош­ной налёт патины, кроме того, защищает металл от дальнейшего разрушения. При нагревании меди в чистом и сухом кислороде происходит образование чёрного оксида СиО; нагревание выше 375°С приводит к красному оксиду Сu₂ О. При нормальной температуре оксиды ме­ди на воздухе устойчивы.

В ряду напряжений медь стоит правее водо­рода, и поэтому она не вытесняет водород из воды и в бескислородных кислотах не. Растворяться в кислотах медь может только при её одновременном окислении, на­пример в азотной кислоте или концентрирован­ной серной кислоте:

ЗСu + 8НNO₃ = ЗСu(NO₃ )₂ + 2NО + 4Н₂ O

Сu + 2Н₂ S0₄ = СиSO₄ + SO₂ + 2Н₂ O

Фтор, хлор и бром реагируют с медью, образуя соответствующие дигалогениды, например:

Сu + Сl₂ = СuСl₂