Общие свойства металлов: физические, химические и главные представители
Общие свойства металлов объясняются одной причиной — металлической связью: в кристалле металла атомы отдают внешние электроны в общий «электронный котёл», и эти свободные электроны держат всю конструкцию. Отсюда блеск, электропроводность и пластичность у всех металлов сразу — и общий набор химических реакций: с неметаллами, кислотами, водой и растворами солей. Разберём и физику, и химию, а в конце — четыре металла, которые спрашивают на ОГЭ чаще всего.
Откуда берутся общие свойства металлов
В атомах металлов на внешнем уровне мало электронов — обычно один-три. Держатся они слабо, поэтому металлы легко их отдают. Найти металлы в таблице просто: они слева и снизу от диагонали бор—астат. Как читать таблицу и её закономерности — в статье как пользоваться таблицей Менделеева.
В куске металла атомы упакованы в кристаллическую решётку, а отданные электроны свободно перемещаются между ними. Такой тип связи называют металлической связью. Она и задаёт весь список общих свойств.
🖼️ КАРТИНКА: схема металлической связи — решётка из положительных ионов металла (шарики со знаком «+») и облако свободных электронов между ними; три стрелки от электронов к иконкам «блеск», «ток», «тепло», четвёртая стрелка показывает сдвиг слоя ионов с подписью «пластичность» — подпись: Металлическая связь: свободные электроны объясняют блеск, проводимость и ковкость
Физические свойства: блеск, ток и ковкость
- Металлический блеск. Свободные электроны отражают свет — поэтому свежий срез любого металла блестит.
- Электро- и теплопроводность. Свободные электроны переносят заряд и энергию. Лучший проводник — серебро, следом медь: из неё и делают провода.
- Пластичность. Слои атомов сдвигаются, не разрушая кристалл: металл можно ковать, прокатывать в фольгу и вытягивать в проволоку. Самый пластичный — золото.
- Твёрдость и температура плавления — очень разные. Ртуть жидкая уже при комнатной температуре, натрий режется ножом, а вольфрам — самый тугоплавкий металл, из него делали нити ламп накаливания.
Общее у всех — первые три пункта. Четвёртый показывает: «металлы» не значит «одинаковые», различия внутри семейства огромные.
С чем реагируют металлы: четыре типа реакций
Во всех реакциях металлы ведут себя одинаково: отдают электроны, то есть окисляются. Разница только в том, кто эти электроны забирает.
1. С неметаллами. При нагревании металлы соединяются с кислородом, серой, хлором:
2Mg + O₂ → 2MgO — магний сгорает ослепительно белым пламенем, образуя оксид магния.
Fe + S → FeS — железо с серой при нагревании дают сульфид железа(II).
2. С водой. Активные металлы (до магния) реагируют с холодной водой: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ — образуются щёлочь и водород. Металлы средней активности — только с паром при нагревании, металлы после водорода — не реагируют вовсе.
3. С кислотами. Металлы левее водорода вытесняют его из соляной и разбавленной серной кислоты: Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑.
4. С растворами солей. Более активный металл вытесняет менее активный: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu.
Кто активнее, а кто нет — решает ряд активности. Если ещё не разобрался с ним, начни со статьи ряд активности металлов: без него правила 2–4 не работают.
Половина этих реакций — зрелищные: рыжая медь на железном гвозде, пузырьки водорода из кислоты, синие и зелёные растворы солей. В наборе «Химичка 3.0» — 161 настоящий опыт с жидкими реагентами в безопасных концентрациях: реакции из учебника можно увидеть своими глазами, а не на схеме.
Щелочные металлы: самые активные
Щелочные металлы — литий, натрий, калий и их соседи по IA группе. На внешнем уровне у них один электрон, расстаются они с ним мгновенно, поэтому это чемпионы активности среди металлов.
- Мягкие: натрий и калий режутся ножом. Свежий срез блестит и тут же тускнеет — металл окисляется кислородом воздуха.
- Натрий и калий хранят под слоем керосина, литий — под вазелином или парафином (он легче керосина и всплывает): на воздухе и в воде им не выжить.
- С водой реагируют бурно, образуя щёлочь: 2K + 2H₂O → 2KOH + H₂↑. Калий при этом вспыхивает.
В природе в чистом виде щелочные металлы не встречаются — только в соединениях. Самое известное — поваренная соль NaCl.
Кальций, алюминий, железо: что спросят на ОГЭ
Кальций
Щёлочноземельный металл, два электрона на внешнем уровне. Реагирует с холодной водой: Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑. Гидроксид кальция — та самая известковая вода, которой распознают углекислый газ. Соединения кальция — это мел, мрамор, известняк и наши кости.
Алюминий
Самый распространённый металл земной коры. Активный, но защищён плотной оксидной плёнкой Al₂O₃, которая мгновенно затягивает царапины, — поэтому алюминиевая посуда не растворяется в чае. С кислотами реагирует после разрушения плёнки:
2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑
Особенность алюминия: его оксид и гидроксид амфотерны — реагируют и с кислотами, и со щелочами.
Железо
Металл средней активности с двумя рабочими степенями окисления: +2 и +3. С соляной кислотой даёт соль железа(II): Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑. С хлором — сразу железо(III): 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃. Ржавчина на гвозде — результат медленного окисления железа кислородом воздуха при участии воды.
🖼️ КАРТИНКА: четыре карточки металлов в ряд — Na (кусочек под керосином и нож), Ca (мел и кость), Al (рулон фольги со «щитом» оксидной плёнки), Fe (гвоздь с пятном ржавчины); под каждой карточкой — главная реакция металла одной строкой — подпись: Четыре металла, которые чаще всего встречаются в заданиях ОГЭ
Частые ошибки
- «Все металлы твёрдые». Ртуть — жидкость. Правильная формулировка: все металлы, кроме ртути, при обычных условиях твёрдые.
- Fe + HCl → FeCl₃. С кислотой железо даёт степень окисления +2, то есть FeCl₂. Хлорид железа(III) получается в реакции с хлором.
- «Алюминий не реагирует с кислотами». Реагирует — просто оксидная плёнка задерживает старт реакции.
- «Натрий хранят в воде». Наоборот: вода — то, от чего его прячут. Хранят под керосином.
- Блеск путают с цветом. Блеск есть у всех металлов, а цвет у большинства серебристо-серый; исключения — золото и медь.
Частые вопросы
Чем металлы отличаются от неметаллов?
Металлы отдают электроны и образуют положительные ионы; у них металлическая связь, блеск, проводимость и пластичность. Неметаллы электроны чаще принимают, а их простые вещества — газы, жидкости или хрупкие твёрдые тела.
Почему провода делают из меди, а не из серебра?
Серебро проводит ток лучше всех, но слишком дорогое. Медь — следующая по проводимости и в разы дешевле, поэтому она стала стандартом для проводки.
Какой металл самый активный?
Смотря как мерить. В ряду активности (он составлен для реакций в растворах) первым стоит литий. А по бурности поведения активность в группе растёт сверху вниз: калий реагирует с водой заметно бурнее натрия.
Почему золото находят в виде самородков, а железо — нет?
Золото почти не вступает в реакции и лежит в земле в чистом виде. Железо активнее: со временем оно окисляется, поэтому в природе встречается в виде руд — соединений с кислородом.
Что такое сплавы и зачем они нужны?
Сплав — материал из двух и более металлов (иногда с неметаллами), у которого свойства лучше, чем у чистых компонентов. Сталь и чугун — сплавы железа с углеродом, бронза — меди с оловом. Чистые металлы в технике почти не используют: сплавы твёрже и прочнее.
Что дальше
Металлы — большая половина таблицы Менделеева, и вся их химия сводится к одному жесту: отдать электроны. Следующая тема — их полная противоположность: галогены, неметаллы, которые электроны отбирают. Полный маршрут по темам года — в путеводителе химия 9 класс.
Реакции металлов из этой статьи — не для зубрёжки, а для глаз: в наборе «Химичка 3.0» 161 опыт с жидкими реагентами в безопасных концентрациях — реакция, которую видел вживую, на экзамене вспоминается сама.
🎁 ЛИД-МАГНИТ: PDF-шпаргалка «Металлы на ОГЭ: свойства + реакции Na, Ca, Al, Fe на одном листе» — подпишись на @ximi4kapublic и забери.