Инструкция
Возьмите таблицу Менделеева, и с помощью линейки проведите линию, которая начинается в клетке с элементом Be (Бериллий), а заканчивается в клетке с элементом At (Астат).
Те элементы, которые будут находиться слева от этой линии – металлы. Причем чем «ниже и левее» находится элемент – тем более ярко выраженные металлические свойства он имеет. Легко убедиться, что в таблице Менделеева таким металлом является (Fr) – самый активный щелочной металл.
Соответственно, те элементы, которые справа от линии, имеют свойства . И здесь тоже действует аналогичное правило: чем «выше и правее» от линии находится элемент, тем более сильным неметаллом он является. Таким элементом в таблице Менделеева является фтор (F), сильнейший окислитель. Он настолько активен, что химики раньше давали ему уважительное, хоть и неофициальное, : «Все разгрызающий».
Могут возникнуть вопросы типа «А как же быть с теми элементами, которые находятся на самой линии или очень близко к ней?». Или, например, ««Справа и сверху» от линии находятся хром, . Неужели это неметаллы? Ведь их используют при производстве стали в качестве легирующих добавок. А ведь известно, что даже малые примеси неметаллов делают хрупкими». Дело в том, что элементы, расположенные на самой линии (например, алюминий, германий, ниобий, сурьма), имеют , то есть двойственный характер.
А что касается, например, ванадия, хрома, марганца, то свойства их соединений зависят от того, какую степень окисления имеют атомы этих элементов. Например, такие их высшие оксиды, как V2O5, CrO3, Mn2O7, имеют ярко выраженные . Именно поэтому они и располагаются на вроде бы «нелогичных» местах в таблице Менделеева. В «чистом» же виде эти элементы, безусловно, являются металлами и обладают всеми свойствами металлов.
Источники:
- металлы в таблице менделеева
Для школьников изучение таблицы Менделеева - страшный сон. Даже тридцать шесть элементов, которые обычно задают преподаватели, оборачиваются часами изнурительной зубрежки и головной болью. Многие даже не верят, что выучить таблицу Менделеева реально. Но применение мнемотехники способно значительно облегчить жизнь школярам.
Инструкция
Разобраться в теории и выбрать нужную техникуПравила, облегчающие запоминание материала, мнемоническими. Главная их хитрость - создание ассоциативных связей, когда абстрактная информация упаковывается в яркую картинку, звук или даже запах. Существует несколько мнемонических техник. Например, можно написать рассказ из элементов запоминаемой информации, поискать созвучные слова (рубидий - рубильник, цезий - Юлий Цезарь), включить пространственное воображение или просто зарифмовать элементы периодической таблицы Менделеева.
Баллада об азотеРифмовать элементы периодической таблицы Менделеева лучше со смыслом, по определенным признакам: по валентности, например. Так, щелочные рифмуются очень легко и звучат, как песенка: "Литий, калий, натрий, рубидий, цезий франций". "Магний, кальций, цинк и барий - их валентность равна паре" - неувядающая классика школьного фольклора. На ту же тему: "Натрий, калий, серебро - одновалентное добро" и "Натрий, калий и аргентум - одновалентны". Творчество в отличие от зубрежки, которой хватает максимум на пару дней, стимулирует долговременную память. А значит, больше про алюминий, стихов про азот и песен о валентности - и запоминание пойдет как по маслу.
Кислотный триллерДля облегчения запоминания придумывается , в которой элементы таблицы Менделеева превращаются в героев, детали пейзажа или сюжетные элементы. Вот, например, всем известный текст: «Азиат (Азот) стал лить (Литий) воду (Водород)в сосновый Бор (Бор). Но Не он (Неон) был нам нужен, а Магнолия (Магний)». Его можно дополнить историей о феррари (железо - феррум), в которой ехал секретный агент "Хлор ноль семнадцать" (17 - порядковый номер хлора), чтобы поймать маньяка Арсения (мышьяк - арсеникум), у которого было 33 зуба (33 - порядковый номер мышьяка), но что-то кислое попало ему в рот (кислород), это было восемь отравленных пуль (8 - порядковый номер кислорода)... Продолжать можно до бесконечности. Кстати, роман, написанный по мотивам таблицы Менделеева, можно пристроить учительнице литературы в качестве экспериментального текста. Ей наверняка понравится.
Построить дворец памятиЭто одно из названий довольно эффективной техники запоминания, когда включается пространственное мышление. Секрет ее в том, что все мы можем без труда описать свою комнату или путь от дома до магазина, школы, . Для того, последовательность элементов нужно разместить их по дороге (или в комнате), причем представить каждый элемент очень ясно, зримо, ощутимо. Вот - худосочный блондин с вытянутым лицом. Работяга, который кладет плитку - кремний. Группа аристократов в дорогой машине - инертные газы. И, конечно, воздушных шариков - гелий.
Обратите внимание
Не нужно заставлять себя запоминать информацию на карточках. Самое лучшее связать каждый элемент с неким ярким образом. Кремний - с Кремниевой долиной. Литий - с литиевыми батарейками в мобильном телефоне. Вариантов может быть множество. Но комбинация визуального образа, механического запоминания, тактильного ощущения от шероховатой или, наоборот, гладкой глянцевой карточки, поможет без труда поднять самые мельчайшие детали из недр памяти.
Полезный совет
Можно нарисовать такие же карточки с информацией об элементах, как были в свое время у Менделеева, но только дополнить их современной информацией: количеством электронов на внешнем уровне, например. Все, что нужно, это раскладывать их перед сном.
Источники:
- Мнемонические правила по химии
- как запомнить таблицу менделеева
Проблема определения далеко не праздная. Едва ли будет приятно, если в ювелирном магазине вместо дорогой золотой вещицы вам захотят подсунуть откровенную подделку. А разве не представляет интереса, из какого металла сделана вышедшая из строя автомобильная деталь или найденный предмет старины?
Инструкция
Вот, к примеру, как определяется наличие меди в сплаве. Нанесите на очищенную поверхность металла каплю (1:1) азотной кислоты. В результате реакции начнет выделяться газ. Спустя несколько секунд промокните капельку фильтровальной бумагой, после чего подержите ее над , где находится концентрированный раствор аммиака. Медь прореагирует, окрасив пятно в темно-голубой цвет.
А вот как отличить бронзу от латуни. Кусочек металлической стружки или опилки поместите в мензурку с 10 мл раствора (1:1) азотной кислоты и накройте ее стеклом. Немного подождите, чтобы полностью растворился, и затем нагревайте полученную жидкость почти до кипения в течение 10-12 минут. О бронзе напомнит белый осадок, а мензурка с латунью останется .
Никель вы можете определить почти таким же способом, как и медь. Каплю раствора азотной кислоты (1:1) нанесите на поверхность металла и подождите 10-15 секунд. Промокните каплю фильтровальной бумагой и затем подержите ее над парами концентрированного аммиака. На образовавшееся темно- пятно капните 1% раствором диметилглиоксина на спирту.
Никель «просигнализирует» вам характерным красным цветом. Свинец можно определить с помощью кристалликов хромовой кислоты и нанесенной на него капельки охлажденной уксусной кислоты и спустя минуту – капли воды. Если вы увидите желтый осадок, знайте, что это хромат свинца.
Определить наличие железа также несложно. Возьмите кусочек металла и нагрейте его в соляной кислоте. При положительном результате содержимое колбы должно окраситься в желтый цвет. Если же вы не в ладах с химией, возьмите обычный магнит. Знайте, что все железосодержащие сплавы притягиваются к нему.
Согласно общепринятым взглядам, кислоты - это сложные вещества, состоящие из одного или нескольких атомов водорода, способных замещаться на атомы металлов и кислотных остатков. Они подразделяются на бескислородные и кислородосодержащие, одноосновные и многоосновные, сильные, слабые и т.д. Как определить, имеет то или иное вещество кислотные свойства?
Вам понадобится
- - индикаторная бумага или раствор лакмуса;
- - соляная кислота (лучше разбавленная);
- - порошок углекислого натрия (соды кальцинированной);
- - немного азотнокислого серебра в растворе;
- - плоскодонные колбы или лабораторные стаканы.
Инструкция
Первый и самый простой тест – испытание с помощью индикаторной лакмусовой бумаги или раствора лакмуса. Если бумажная полоска или раствор имеет розовый оттенок, значит, в исследуемом веществе есть водородные ионы, а это верный признак кислоты. Легко можно понять, что чем интенсивнее окраска (вплоть до красно-бордовой), тем кислота.
Есть множество других способов проверки. Например, перед вами поставлена задача определить, является ли прозрачная жидкость соляной кислотой. Как это сделать? Вам известна реакция на хлорид-ион. Он обнаруживается путем добавления даже самых малых количеств раствора ляписа - AgNO3.
Отлейте в отдельную емкость немного исследуемой жидкости и капните чуть-чуть раствора ляписа. При этом мгновенно выпадет «творожистый» белый осадок нерастворимого хлорида серебра. То есть хлорид-ион в составе молекулы вещества точно есть. Но, может быть, это все-таки не , а раствор какой-то хлорсодержащей соли? Например, хлорида натрия?
Вспомните еще одно свойство кислот. Сильные кислоты (а к их числу, безусловно, относится и соляная) могут вытеснять слабые кислоты из их . Поместите в колбу или лабораторный стакан немного порошка соды – Na2CO3 и потихоньку приливайте исследуемую жидкость. Если сразу же раздастся шипение и порошок буквально «вскипит» - никаких сомнений уже не останется - это соляная кислота.
Каждому элементу в таблице присвоен определенный порядковый номер (H - 1, Li - 2, Be - 3 и т.д.). Этот номер соответствует ядра (количеству протонов в ядре) и числу электронов, вращающихся вокруг ядра. Число протонов, таким образом, равно числу электронов, и это говорит о том, что в обычных условиях атом электрически .
Деление на семь периодов происходит по числу энергетических уровней атома. Атомы первого периода имеют одноуровневую электронную оболочку, второго - двухуровневую, третьего - трехуровневую и т.д. При заполнении нового энергетического уровня начинается новый период.
Первые элементы всякого периода характеризуются атомами, имеющими по одному электрону на внешнем уровне, - это атомы щелочных металлов. Заканчиваются периоды атомами благородных газов, имеющими полностью заполненный электронами внешний энергетический уровень: в первом периоде инертные газы имеют 2 электрона, в последующих - 8. Именно по причине похожего строения электронных оболочек группы элементов имеют сходные физико- .
В таблице Д.И. Менделеева присутствует 8 главных подгрупп. Такое их количество обусловлено максимально возможным числом электронов на энергетическом уровне.
Внизу периодической системы выделены лантаноиды и актиноиды в качестве самостоятельных рядов.
С помощью таблицы Д.И. Менделеева можно пронаблюдать периодичность следующих свойств элементов: радиуса атома, объема атома; потенциала ионизации; силы сродства с электроном; электроотрицательности атома; ; физических свойств потенциальных соединений.
Четко прослеживаемая периодичность расположения элементов в таблице Д.И. Менделеева рационально объясняется последовательным характером заполнения электронами энергетических уровней.
Источники:
- Таблица Менделеева
Периодический закон, являющийся основой современной химии и объясняющий закономерности изменения свойств химических элементов, был открыт Д.И. Менделеевым в 1869 году. Физический смысл этого закона вскрывается при изучении сложного строения атома.
В XIX веке считалось, что атомная масса является главной характеристикой элемента, поэтому для классификации веществ использовали именно ее. Сейчас атомы определяют и идентифицируют по величине заряда их ядра (числу и порядковому номеру в таблице Менделеева). Впрочем, атомная масса элементов за некоторыми исключениями (например, атомная масса меньше атомной массы аргона) увеличивается соразмерно их заряду ядра.
При увеличении атомной массы наблюдается периодическое изменение свойств элементов и их соединений. Это металличность и неметалличность атомов, атомный радиус , потенциал ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность, степени окисления, соединений (температуры кипения, плавления, плотность), их основность, амфотерность или кислотность.
Сколько элементов в современной таблице Менделеева
Таблица Менделеева графически выражает открытый им закон. В современной периодической системе содержится 112 химических элементов (последние – Мейтнерий, Дармштадтий, Рентгений и Коперниций). По последним данным, открыты и следующие 8 элементов (до 120 включительно), но не все из них получили свои названия, и эти элементы пока еще мало в каких печатных изданиях присутствуют.
Каждый элемент занимает определенную клетку в периодической системе и имеет свой порядковый номер, соответствующий заряду ядра его атома.
Как построена периодическая система
Структура периодической системы представлена семью периодами, десятью рядами и восемью группами. Каждый период начинается щелочным металлом и заканчивается благородным газом. Исключения составляют первый период, начинающийся водородом, и седьмой незавершенный период.
Периоды делятся на малые и большие. Малые периоды (первый, второй, третий) состоят из одного горизонтального ряда, большие (четвертый, пятый, шестой) – из двух горизонтальных рядов. Верхние ряды в больших периодах называются четными, нижние – нечетными.
В шестом периоде таблицы после (порядковый номер 57) находятся 14 элементов, похожих по свойствам на лантан, – лантаноидов. Они вынесены в нижнюю часть таблицы отдельной строкой. То же самое относится и к актиноидам, расположенным после актиния (с номером 89) и во многом повторяющим его свойства.
Четные ряды больших периодов (4, 6, 8, 10) заполнены только металлами.
Элементы в группах проявляют одинаковую высшую в оксидах и других соединениях, и эта валентность соответствует номеру группы. Главные вмещают в себя элементы малых и больших периодов, – только больших. Сверху вниз усиливаются, неметаллические – ослабевают. Все атомы побочных подгрупп – металлы.
Таблица периодических химических элементов стала одним из важнейших событий в истории науки и принесла своему создателю, российскому ученому Дмитрию Менделееву, мировую славу. Этот неординарный человек сумел объединить в единую концепцию все химические элементы, но как же ему удалось открыть свою знаменитую таблицу?
Если вы хотя бы немного помните школьный курс физики, то легко вспомните, что самый активный металл это литий. Этот факт не вызывает удивления, до тех пор, пока вы не пытаетесь разобраться подробнее в этом вопросе. Правда, сложно представить себе ситуацию, в которой это вам потребуется такая информацию, но ради праздного интереса можно попробовать.
К примеру, что такое активность металла? Способность к быстрой и полной реакции с другими химическими элементами? Возможно. Тогда литий, хоть и будет одним из наиболее активных металлов, но явно не чемпионом. Но об этом дальше.
А вот если внести незначительное уточнение, сказать не «самый активный металл», а «самый электрохимически активный металл», тогда литий займет законное первое место.
Литий
В переводе с греческого «литий» означает «камень». Но это и не удивительно, ведь обнаружил его шведский химик Арфведсон как раз в камне, в минерале петалите, где кроме всего прочего, содержался и этот металл.
С этого момента и началось его изучение. А работать есть над чем. К примеру, его плотность в несколько раз меньше, чем у алюминия. В воде он, конечно же, потонет, но зато в керосине будет уверенно плавать.
При нормальных условиях литий – это мягкий, серебристого цвета металл. В ряду Бекетова (ряд электрохимической активности) литий занимает почетное первое место, опередив даже все остальные щелочные металлы. Это означает, что при химической реакции он будет вытеснять другие металлы, занимая вакантное место в соединениях. Именно это и определяет все остальные его свойства.
К примеру, он абсолютно необходим для нормальной работы организма человека, хотя и в мизерных дозах. Повышенная концентрация может стать причиной отравления, пониженная – психической нестабильности.
Интересно, что известный напиток 7Up раньше содержал литий и позиционировался как средство от похмелья. Возможно, действительно помогал.
Цезий
Но если избавится от навязчивого уточнения «электрохимически», оставив просто «активный металл», то победителем можно назвать цезий.
Как известно, активность веществ в таблице Менделеева увеличивается справа налево и сверху вниз. Дело в том, что в веществах, которые находятся в первой группе (первый столбец) на внешнем слое вращается единственный одинокий электрон. Избавиться атому от него просто, что и происходит практически в любой реакции. Если бы их там было два, как у элементов из второй группы, то это бы потребовало уже больше времени, три - ещё больше, и так далее.
Но и в первой группе вещества не одинаково активны. Чем ниже находится вещество, тем больше диаметр его атома, и тем дальше от ядра вращается этот единственный свободный электрон. А это значит, что притяжение ядра на него воздействует слабее и оторваться ему легче. Всем этим условиям как раз и соответствует цезий.
Этот металл стал первым, который открыли с помощью спектроскопа. Ученые исследовали состав минеральной воды из целебного источника и увидели на спектроскопе ярко-голубую полосу, соответствующую неизвестному ранее элементу. Из-за этого цезий и получил свое название. Перевести его на русский можно как «небесно-голубой».
Из всех чистых металлов, которые можно добыть в значимых количествах, цезий обладает наибольшей химической активностью, а также множеством других интересных свойств. К примеру, он может расплавиться в руках человека. Но для этого он должен быть помещен в запаянную стеклянную капсулу, наполненную чистым аргоном, ведь в противном случае он просто загорится от контакта с воздухом. Этот металл нашел свое применение в самых разных областях: от медицины и до оптики.
Франций
А если не останавливаться на цезии и спуститься ещё ниже, то мы попадем на франций. Он сохраняет все свойства и особенности цезия, но выводит их на качественно новый уровень, ведь у него электронных орбит ещё больше, а значит и тот самый одинокий электрон находится ещё дальше от центра.
Долгое время он был теоретически предсказан и даже описан, но найти его или пролучит все не удавалось, что тоже не удивительно, ведь в природе он содержится в мизерных количествах (меньше – только астата). А даже если его получить, то из-за высокой радиоактивности и быстрого периода полураспада он остается крайне нестабильным.
Интересно, что во франции воплотилась мечта средневековых алхимиков, только наоборот. Они мечтали получать золото из других веществ, а здесь для получения используют золото, которое после бомбардировки электронами превращается в франций. Но даже так его можно получить в ничтожно малых количествах, недостаточных даже для тщательного изучения.
Таким образом, именно франций остается самым активным из металлов, далеко опережая все остальные. Конкуренцию ему может составить только цезий, да и то, исключительно за счет более весомого количества. Даже самый активный неметалл, фтор, значительно уступает ему.
Когда люди слышат слово «металл», то обычно оно ассоциируется с холодным и твердым веществом, проводящим электрический ток. Однако металлы и их сплавы могут очень сильно отличаться между собой. Есть те, которые относятся к группе тяжелых, эти вещества имеют самую высокую плотность. А некоторые, к примеру, литий, настолько легки, что могли бы плавать в воде, если бы только не вступали с ней в активную реакцию.
Какие металлы активны наиболее всего?
Но какой металл проявляет наиболее интенсивные свойства? Самый активный металл - это цезий. По активности среди всех металлов он занимает первое место. Также его «собратьями» считаются франций, находящийся на втором месте, и унуненний. Но о свойствах последнего ученым пока известно мало.
Свойства цезия
Цезий - это элемент, который, подобно легко расплавить в руках. Сделать это, правда, можно лишь при одном условии: если цезий находится в стеклянной ампуле. В противном случае металл может быстро вступить в реакцию с окружающим воздухом - воспламенится. А взаимодействие цезия с водой сопровождается взрывом - таков в своем проявлении самый активный металл. Это ответ на вопрос о том, почему так сложно помещать в контейнеры цезий.
Для того чтобы его поместить внутрь пробирки, необходимо, чтобы она была изготовлена из специального стекла и наполнена аргоном или водородом. Температура плавления цезия составляет 28,7 о С. При комнатной температуре металл находится в полужидком состоянии. Цезий представляет собой вещество золотисто-белого цвета. В жидком состоянии металл хорошо отражает свет. Пары цезия имеют зеленовато-синий оттенок.
Каким способом был открыт цезий?
Самый активный металл был первым химическим элементом, наличие которого в поверхности земной коры было обнаружено при помощи метода спектрального анализа. Когда ученые получили спектр металла, то в нем они увидели две линии небесно-голубого цвета. Таким образом и получил свое название этот элемент. Слово caesius в переводе с латинского языка значит «небесно-голубой».
История открытия
Его открытие принадлежит немецким исследователям Р. Бунзену и Г. Кирхгофу. Уже тогда ученые интересовались, какие металлы активные, а какие - нет. В 1860 году исследователи изучали состав воды из Дюркгеймского водохранилища. Делали они это при помощи спектрального анализа. В образце воды ученые обнаружили такие элементы, как стронций, магний, литий, кальций.
Затем они решили проанализировать каплю воды при помощи спектроскопа. Тогда они и увидели две ярко-голубые линии, находящиеся недалеко друг от друга. Одна из них по своему положению практически совпадала с линией металла стронция. Ученые решили, что выявленное ими вещество является неизвестным и отнесли его к группе щелочных металлов.
В том же году Бунзен написал письмо своему коллеге-фотохимику Г. Роско, в котором рассказывал об этом открытии. А официально о цезии было сообщено 10 мая 1860 года на заседании ученых Берлинской академии. Через шесть месяцев Бунзен смог выделить около 50 граммов хлороплатинита цезия. Ученые переработали 300 тонн минеральной воды и выделили порядка 1 кг хлорида лития в качестве побочного продукта, чтобы в конечном счете получить самый активный металл. Это говорит о том, что цезия в минеральных водах содержится очень мало.
Сложность получения цезия постоянно толкает ученых на поиск содержащих его минералов, одним из которых является поллуцит. Но извлечение цезия из руд всегда оказывается неполным, в процессе эксплуатации цезий очень быстро рассеивается. Это делает его одним из самых труднодоступных веществ в металлургии. В земной коре, к примеру, содержится 3,7 граммов цезия на одну тонну. А в одном литре морской воды лишь 0,5 мкг вещества представляют собой самый активный металл. Это приводит к тому, что извлечение цезия является одним из самых трудоемких процессов.
Получение в России
Как было указано, главным минералом, из которого получают цезий, является поллуцит. А также этот наиболее активный металл можно получить из редкого авогадрита. В промышленности используется именно поллуцит. Добыча его после распада Советского Союза в России не велась, несмотря на то что еще в те времена были обнаружены гигантские запасы цезия в Вороньей тундре под Мурманском.
К тому моменту, когда отечественная промышленность смогла позволить себе добычу цезия, лицензия на разработку этого месторождения была приобретена компанией из Канады. Сейчас извлечение цезия производит новосибирская компания ЗАО «Завод редких металлов».
Использование цезия
Этот металл используется для изготовления различных фотоэлементов. А также соединения цезия применяются в специальных отраслях оптики - в изготовлении инфракрасных приборов, Цезий используют в изготовлении прицелов, которые позволяют заметить технику и живую силу врага. Также его применяют для изготовления особых металлогалогенных ламп.
Но этим не исчерпывается круг его применения. На основе цезия был создан также ряд медицинских препаратов. Это лекарства для лечения дифтерии, язвенных болезней, шоков и шизофрении. Как и соли лития, соли цезия обладают нормотимическими свойствами - или, попросту, способны стабилизировать эмоциональный фон.
Металл франций
Еще одним из металлов с самыми интенсивными свойствами является франций. Он получил свое название в честь родины первооткрывательницы металла. М. Пере, родившаяся во Франции, открыла новый химический элемент в 1939 году. Он принадлежит к числу таких элементов, о которых даже сами исследователи-химики затрудняются делать какие-либо выводы.
Франций является самым тяжелым металлом. При этом и самый активный металл - это франций, наряду с цезием. Этим редким сочетанием - высокой химической активностью и низкой ядерной устойчивостью и обладает франций. У его самого долгоживущего изотопа период полураспада составляет всего лишь 22 минуты. Франций используется для обнаружения другого элемента - актиния. А также соли франция раньше предлагалось применять для обнаружения раковых опухолей. Однако из-за высокой стоимости эту соль невыгодно производить.
Сравнение самых активных металлов
Унуненний - это пока еще не открытый металл. Он будет занимать первое место в восьмой строке периодической системы. Разработка и исследования этого элемента проводятся в России в Объединенном институте ядерных исследований. Этот металл должен будет обладать также очень высокой активностью. Если же сравнивать уже известные франций и цезий, то самым высоким потенциалом ионизации - 380 кДж/моль - будет обладать франций.
У цезия этот показатель составляет 375 кДж/моль. Но реагирует франций все же не так быстро, как цезий. Таким образом, цезий - самый активный металл. Это - ответ (химия чаще всего является тем предметом, в программе которого можно встретить подобный вопрос), который может быть полезным как на уроке в школе, так и в профессионально-техническом училище.
По своей химической активности металлы очень сильно различаются. О химической активности металла можно примерно судить по его положению в .
Самые активные металлы расположены в начале этого ряда (слева), самые малоактивные - в конце (справа).
Реакции с простыми веществами. Металлы вступают в реакции с неметаллами с образованием бинарных соединений. Условия протекания реакций, а иногда и их продукты сильно различаются для разных металлов.
Так, например, щелочные металлы активно реагируют с кислородом (в том числе в составе воздуха) при комнатной температуре с образованием оксидов и пероксидов
4Li + O 2 = 2Li 2 O;
2Na + O 2 = Na 2 O 2
Металлы средней активности реагируют с кислородом при нагревании. При этом образуются оксиды:
2Mg + O 2 = t 2MgO.
Малоактивные металлы (например, золото, платина) с кислородом не реагируют и поэтому на воздухе практически не изменяют своего блеска.
Большинство металлов при нагревании с порошком серы образуют соответствующие сульфиды:
Реакции со сложными веществами. С металлами реагируют соединения всех классов - оксиды (в том числе вода), кислоты, основания и соли.
Активные металлы бурно взаимодействуют с водой при комнатной температуре:
2Li + 2H 2 O = 2LiOH + H 2 ;
Ba + 2H 2 O = Ba(OH) 2 + H 2 .
Поверхность таких металлов, как, например, магний и алюминий, защищена плотной пленкой соответствующего оксида. Это препятствует протеканию реакции с водой. Однако если эту пленку удалить или нарушить ее целостность, то эти металлы также активно вступают в реакцию. Например, порошкообразный магний реагирует с горячей водой:
Mg + 2H 2 O = 100 °C Mg(OH) 2 + H 2 .
При повышенной температуре с водой вступают в реакцию и менее активные металлы: Zn, Fe, Mil и др. При этом образуются соответствующие оксиды. Например, при пропускании водяного пара над раскаленными железными стружками протекает реакция:
3Fe + 4H 2 O = t Fe 3 O 4 + 4H 2 .
Металлы, стоящие в ряду активности до водорода, реагируют с кислотами (кроме HNO 3) с образованием солей и водорода. Активные металлы (К, Na, Са, Mg) реагируют с растворами кислот очень бурно (с большой скоростью):
Ca + 2HCl = CaCl 2 + H 2 ;
2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 .
Малоактивные металлы часто практически не растворяются в кислотах. Это обусловлено образованием на их поверхности пленки нерастворимой соли. Например, свинец, стоящий в ряду активности до водорода, практически не растворяется в разбавленной серной и соляной кислотах вследствие образования на его поверхности пленки нерастворимых солей (PbSO 4 и PbCl 2).
Вам необходимо включить JavaScript, чтобы проголосоватьОтветить на вопрос "какой металл самый активный" не так-то и просто. Хотя бы потому, что из-за разных точек зрения, прямого и точного ответа не существует.
Одни специалисты считают, что самый активный металл - литий. Другие полагают, что наивысшей активностью обладает цезий. А третьи утверждают, что пальму первенства должен получить франций.
Невольно задаешься вопросом: "А почему такая разница во мнениях?" И почему никто не упоминает натрий, калий и рубидий?
Вопросов возникает больше, чем ответов. Но при более пристальном изучении предмета, в хаосе данных обнаруживаются очень стройные закономерности, которые не только позволяют получить ответы, но даже выяснить, какой же металл самый активный.
Почему до сих пор неизвестно, какой металл самый активный? История развития науки показывает, что ясные и однозначные ответы появляются, как правило, в двух случаях. Во-первых, в случае, если ответ единственно верный, и не существует более иных интерпретаций и толкований. Например, самая высокая гора на планете - Джомолунгма.
В случае, когда ответ продиктован практической необходимостью.
В 20-х годах прошлого века, в молодом еще Советском Союзе был поставлен вопрос, подоплекой которого служили политические и экономические обоснования: можно ли получить резину каким-то другим путем, кроме как из каучуковых деревьев? И в то время, как весь мир ездил на колесах, сделанных из сока южноамериканских деревьев, профессор С. В. Лебедев ответил: "Можно." И вместе с группой специалистов продемонстрировал миру шарик, сделанный из синтезированного каучука.
Вопрос же о самом активном металле не относится ни к первому, ни ко второму случаю. Равноправных кандидатов на роль самого активного металла немало, а поиск правильного ответа не имеет никакой практической пользы. Вряд ли какой-нибудь ученый приступит к серьезным лабораторным испытаниям только лишь для того, чтобы удовлетворить чье-то праздное любопытство.
Ну пусть хотя бы и теоретически, но можно ли все таки узнать какой металл самый активный?
А что значит самый активный? Атом любого вещества состоит из ядра, окруженного облаком электронов. Электроны вращаются вокруг ядра по фиксированным траекториям (орбиталям). Иногда орбитали еще называют энергетическими уровнями или оболочками.
Так уже самой природой устроено, что на любом энергетическом уровне атома элемента может находиться не более определенного количества электронов. Уровни, на которых это максимальное количество уже имеется, считаются завершенными. Однако вместе с завершенными уровнями, в каждом элементе (кроме благородных газов) имеется еще один, незаполненный.
Атом стремится заполнить все свои электронные оболочки. И как только представится удобный случай, атом немедленно отдаст свои электроны с внешнего уровня, либо заберет чужие. Все зависит от конкретного элемента и от строения его внешней электронной оболочки.
Элемент, которому необходимо добрать один электрон, справится с этой задачей быстрее, чем элемент, которому для заполнения уровня требуется два электрона. Того, кто быстрее, называют более активным.
Элементы, которым требуется добрать один электрон, составляют седьмую группу в таблице Менделеева: водород, фтор, хлор, бром, иод, астат. унунсептий.
Среди элементов,которые отдают свои электроны, самым активным будет тот, которому требуется отдать всего лищь один электрон. Такие элементы представляют первую группу Периодической системы: водород, литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций.
В поисках металла.
Прежде, чем выяснять, какой из этих элементов самый активный, необходимо исключить элементы, которые не являются металлами. Атому фтора до завершения внешнего уровня не хватает одного электрона. Два атома фтора объединяются и забирают этот электрон друг у друга. В результате, такой электрон становится общим и является частью теперь уже завершенной оболочки. Такая связь называется молекулярной, а два атома фтора теперь образуют молекулу. Двухатомные молекулы фтора удерживаются вместе межмолекулярными силами, и образуют вещество - фтор.
Всем элементам седьмой группы не хватает до завершения одного электрона. Поэтому атомы этих элементов тоже связаны в двухатомные молекулы. Элементы седьмой группы способны создавать исключительно молекулярные связи, поэтому они не могут быть металлами, потому что металлами в первую очередь называют элементы, структура которых основана на "металлической связи". Следовательно, даже самые активные элементы седьмой группы исключаются и в дальнейшем рассматриваться не будут.
Первая группа. Металлическая связь.
В электронной оболочке атома цезия содержится 55 электронов. 54 из них образут вокруг ядра плотное электронное облако, состоящее из пяти завершенных уровней. Это облако экранирует практически всю силу притяжения ядра, в результате чего один-единственный электрон на внешнем, шестом уровне связан с ядром очень слабо.
Атомы цезия группируются и отдают свои внешние электроны в "общую копилку", стремясь создать завершенный шестой уровень. К процессу подключаются все атомы, образуя при этом кристаллическую структуру,
При сближении атомов вакантные орбитали перекрываются таким образом, что возникают целые области, по которым может свободно двигаться электрон. В результате внешние электроны покидают свои орбитали и начинают двигаться по объему всего кристалла. Теперь они получают название "свободных" электронов. и являются своеобразным "цементом", который удерживает атомы вместе.
Связь, которая устанавливается между ионами (атомами, отдавших электрон), скрепленных цементом "свободных" электронов, называется металлической связью, а структура называется металлической.
Все элементы первой группы (кроме водорода) являются металлами, потому что благодаря единственному электрону на внешнем уровне, организуются исключительно в металлическую структуру.
Свойства элементов первой группы практически одинаковые, однако вниз вдоль группы эти свойства повышаются. С каждым периодом радиус атомов становится больше, а значит электрон внешнего уровня притягивается к ядру слабее, и, следовательно активность элемента и металлические свойства повышаются.
Теперь, когда понятна общая картина, осталось исключить элементы, которые не могут называться самым активным металлом в силу тех или иных причин.
Исключаем водород.
На энергетическом уровне водорода содержится всего один электрон. Эта деталь делает его очень похожим на элементы первой группы, однако на этом сходство и заканчивается. Потому что до заполнения электронной оболочки атому водорода требуется тоже всего лишь один электрон. А раз так, то атомы водорода в стандартных условиях не смогут образовывать кристаллическую решетку с металлической связью.
Исключаем литий.
Многие наблюдатели самым активным металлом считают литий. Потенциал ионизации (скорость превращения атома в ион) лития самый низкий по сравнению с другими металлами. Но! Только в единственном случае: при погружении лития в водный раствор. Энергии, потраченной на ионизацию лития, потребуется гораздо меньше, чем энергии, потраченной на ионизацию других металлов. Объясняется это тем, что энергия ионизации атома в водном растворе включает в себя сумму двух величин: потенциал ионизации и энергию гидратации (взаимодействие с молекулами воды).
Когда же рассматривают свойства элементов в группах и периодах Периодической системы, отправной точкой является условие, что элементы находятся в вакууме, то есть элементы не взаимодействуют друг с другом. Таким образом, литий, рассматриваемый в условиях Периодической системы, не может быть самым активным металлом.
Исключаем натрий, калий и рубидий.
Металлические свойства и химическая активность увеличиваются с каждым периодом. Значит, даже рубидий, элемент пятого периода не может быть самым активным, не говоря уже о калии и натрии, элементов четвертого и третьего периодов.
На роль самого активного металла осталось два кандидата: цезий и франций. Я считаю, что исключать нужно франций - это субъективное мнение автора, не претендующее на роль единственно верного. Радиоактивность франция не позволяет получить вещество в макроскопических количествах, что существенно затрудняет изучение, и, как следствие, точное описание его свойств.
Самый активный металл.
Самым активным металлом можно назвать цезий. Открытый в 1860г. учеными Р. В. Бунзеном и Г. Р. Кирхгофом, цезий стал первым элементом, открытым методом спектрального анализа. Благодаря двум ярким синим линиям в эмиссионном спектре, элемент получил свое название от латинского caesius, что означает - небесно-голубой.
Цезий чрезвычайно активен: на воздухе он мгновенно окисляется с воспламенением, образуя гипероксид. Реакция с водой происходит со взрывом. Цезий реагирует со льдом, даже при температуре -120°С. В условиях ограниченного доступа кислорода цезий окисляется до простого оксида. Этим иногда пользуются, когда требуется создать в защищенной среде абсолютный вакуум.
Цезий востребован практически во всех отраслях науки и промышленности. Однако добыча и получение цезия дело весьма затратное. Поэтому стоимость цезия на рынках достаточно высокая. Это обстоятельство обязывает относиться к использованию цезия очень избирательно и бережно.
