Karakteristična svojstva i reakcije nekih metala i njihovih spojeva
Uvod
Svi su metali pri normalnim uvjetima čvrste tvari kristalne građe, osim žive koja je u tekućem agregacijskom stanju. Metali najčešće kristaliziraju u kubičnom i heksagonskom sustavu. Najgušće su slagaline kubična plošno centrirana i heksagonska slagalina.
U prirodi se nalazi tek nekoliko metala u elementarnom stanju. To su metali slabe reaktivnosti poput zlata, platine, srebra, bakra, paladija, bizmuta. Prirodna nalazišta reaktivnijih metala su minerali (izgrađuju stijene), građeni pretežito od oksida, sulfida i karbonata. Njihovom preradom, kao i preradom sulfata i silikata, proizvode se metali i njihovi bitni spojevi.
1. Problemsko pitanje
Služeći se stručnim mrežnim stranicama, istražite koji metal možemo dobiti iz pirita i gdje se nalaze najveća nalazišta ove rude.
Fizikalna i kemijska svojstva metala
- Dobra vodljivost topline i elektriciteta je posljedica postojanja oblaka delokaliziranih elektrona.
- Većinu metala i njihovih legura karakterizira metalni sjaj koji je rezultat refleksije svjetlosti na pokretljivim (valentnim) elektronima.
- O jakosti metalne veze ovisi njihova temperatura taljenja i vrenja. Što je metalna veza jača, to je talište i vrelište metala više.
- Mehanička svojstva također ovise o jakosti metalne veze.
- Po gustoći se metali međusobno jako razlikuju jer njihova gustoća ponajviše ovisi o polumjeru atoma metala i vrsti kristalne rešetke u kojoj metal kristalizira.
- Kemijska reaktivnost im je vrlo različita: najreaktivniji su metali 1. i 2. skupine, a gotovo nereaktivni plemeniti metali, primjerice zlato i platina.
- S vodikom grade metalne hidride koji su jaka redukcijska sredstva, primjerice natrijev hidrid, NaH, kalcijev hidrid, CaH2, itd.
- U reakciji s kisikom, halogenim elementima i drugim nemetalima, metali u pravilu izgrađuju ionske spojeve, primjerice:
1) reakcija kalcija s kisikom;
[latex]2Ca\left(s\right)+O_2\left(g\right)\longrightarrow 2CaO\left(s\right)[/latex]
2) reakcija rubidija s klorom;
[latex]2Rb\left(s\right)+Cl_2\left(g\right)\longrightarrow 2RbCl\left(s\right)[/latex]
3) reakcija aluminija sa sumporom;
[latex]2Al\left(s\right)+3S\left(s\right)\longrightarrow Al_2S_3\left(s\right)[/latex]
Proširite vidike
Danas postoje brojne vrste materijala koje su pogodne za izradu implantata, a znatan dio njih su i neki metali, koji s obzirom na svoja specifična svojstva odgovaraju zahtjevima biomedicinskoga inženjerstva. Pogledajte videozapis i upoznajte primjenu nekih od njih.
Metali u medicini
2. Problemsko pitanje
Smjesa metala može biti homogena i heterogena. Legure ili slitine homogene su smjese dvaju ili više metala, ponekad i nemetala (C, Si). Njihova se svojstva bitno razlikuju od svojstava metala od kojih su dobivene, a mogu se i mijenjati prema namjeni legure promjenom masenog udjela metala ili različitim dodatcima. Zbog široke mogućnosti primjene njihov broj naglo raste i danas ih je već poznato desetak tisuća.
Na temelju onoga što ste naučili, odgovorite na pitanja.
Prema rasprostranjenosti aluminij je treći element u Zemljinoj kori (w(Al) = 8,13 %). Zbog velike reaktivnosti nalazimo ga samo u spojevima.
Odgovorite na pitanja:
1) Aluminij pripada lakim metalima. Na što se odnosi oznaka „laki metal”?
2) U kojoj se skupini periodnog sustava nalazi aluminij?
3) Koliko elektrona čini elektronski omotač atoma aluminija, a koliko ima valentnih elektrona?
4) U kakve spojeve ubrajamo spojeve aluminija s obzirom na reakcije s kiselinama i lužinama?
5) Napišite jednadžbu reakcije aluminijeva hidroksida s klorovodičnom kiselinom i natrijevom lužinom. Kako se zove spoj koji nastaje reakcijom s natrijevom lužinom?
6) Nabroji neke legure aluminija.
Odgovori:
1) Lakim metalima pripadaju metali čija je gustoća manja od 4,5g/cm3.
2) Nalazi se u trećoj skupini.
3) Elektronski omotač čini 13 elektrona, a ima 3 valentna elektrona.
4) Spojeve aluminija ubrajamo u amfoterne spojeve, što znači da reagiraju i s kiselinama i s lužinama.
5)
[latex]\ce{Al(OH)_3(s) + 3HCl(aq) -> AlCl_3(aq) + 3H_2O(l)}[/latex]
[latex]\ce{Al(OH)_3(s) + NaOH(aq) -> Na[Al(OH)_4](aq)}[/latex]
6) Najpoznatija legura je duraluminij koja osim aluminija sadrži male količine bakra i magnezija. Antikorodal je legura aluminija, bakra i silicija.
Prema rasprostranjenosti u Zemljinoj kori željezo je odmah poslije aluminija. Jedino čisto željezo pronađeno na Zemlji je meteorno željezo, koje je slučajno dospjelo na Zemlju iz Svemira, i telurno, koje se nalazi u Zemlji od iskonskih vremena.
Odgovorite na pitanja:
1) Što znate o željezu? Pripada li ono lakim ili teškim metalima?
2) U kojoj se skupini periodnog sustava on nalazi i kojem bloku elemenata pripada?
3) Koja je najpoznatija legura željeza?
Odgovori:
1) Pripada teškim metalima jer mu je gustoća 7,87g/cm3.
2) Nalazi se u 8. skupini PSE i pripada prijelaznim elementima.
3) Čelik – legura željeza s ugljikom (w(C) = 0,05 do 1,7 %) kojem se za postizanje određenih svojstava dodaju u malim količinama razni metali ili nemetali.
Bakar je crvenkast metal koji u prirodi dolazi i samorodan uz mnoge spojeve.
Odgovorite na pitanja:
1) Koje su najpoznatije legure bakra i koji su osnovni elementi koji ih čine?
2) Koliko je valentan bakar u svojim spojevima? Navedite neke primjere.
3) Kojom su kemijskom vezom međusobno povezani atomi bakra?
4) Pripada li bakar plemenitim ili neplemenitim kovinama? Objasnite odgovor i navedite koji se još elementi ponašaju slično.
5) Je li bakar otkriven nedavno ili je poznat od davnine? Objasnite.
Odgovori:
1) Najpoznatije legure bakra su mjed i bronca. Mjed je legura bakra i cinka, a bronca bakra i kositra. Za poboljšanje svojstava dodaju se manje količine drugih elemenata.
2) Jednovalentan i dvovalentan: CuCl i CuCl2.
3) Povezani su metalnom vezom.
4) Pripada plemenitim kovinama jer ima dosta pozitivan elektrodni potencijal. Po reaktivnosti pripada skupini sa srebrom, zlatom i platinom.
5) Poznat je odavna pa se jedno pretpovijesno doba zvalo bakreno doba.