Metale i niemetale: właściwości fizyczne, zachowanie chemiczne i zastosowania (z wykresem)

Na podstawie ich ogólnych właściwości elementy często dzieli się na dwie klasy - metale i niemetale. Ponad 110 elementów jest dziś znanych. Spośród nich 24 to niemetale, a reszta to metale.

Właściwości fizyczne:

Na ogół szukamy metalu, gdy potrzebujemy mocnego materiału. Dzieje się tak dlatego, że metale są ogólnie twarde i mocne. Niektóre przykłady metali to potas (K), wapń (Ca), sód (Na), magnez (Mg), aluminium (Al), żelazo (Fe), cynk (Zn), cyna (Sn), miedź (Cu), rtęć (Hg), srebro (Ag), złoto (Au) i platyna (Pt).

Metale:

Metale mają następujące właściwości ogólne:

1. Są to na ogół twarde, mocne ciała stałe, na przykład aluminium, żelazo, cynk, cyna i miedź. Są wystarczająco mocne, aby wytrzymać duże obciążenia, tj. Mają wysoką wytrzymałość na rozciąganie.

Wyjątki:

Sód i potas są miękkimi ciałami stałymi, które można ciąć nożem, a rtęć jest cieczą w zwykłych warunkach.

2. Mają blask, znany jako metaliczny połysk. Na przykład aluminium, żelazo, cynk, miedź, srebro i złoto są błyszczące. Takie metale można również polerować.

3. Metale są dźwięczne. Po uderzeniu produkują dźwięk zwany metalicznym dźwiękiem lub metalicznym brzękiem. Przypomnij sobie dzwonek lub brzęk monet.

4. Metale są ciągliwe. Innymi słowy, mogą zostać pobite lub zwinięte w arkusze. Aluminium, żelazo, miedź lub srebro można bitować lub walcować w cienkie arkusze. Typowymi przykładami są srebrna folia używana do dekorowania słodyczy i folii aluminiowej używanej do pakowania artykułów spożywczych.

5. Metale są ciągliwe, tzn. Są elastyczne i można je przeciągać na przewody. Na przykład żelazo, aluminium, miedź, srebro i złoto można łatwo wciągnąć w druty.

Czy możesz narysować drut z kawałka drewna lub węgla? Nie, ponieważ drewno i węgiel są kruche, nieelastyczne.

6. Metale są dobrymi przewodnikami ciepła, tzn. Umożliwiają łatwe przenikanie ciepła przez nie. Ze względu na tę właściwość używamy metalowych naczyń w kuchniach. Ciepło dostarczane w jednym miejscu naczynia jest prowadzone na nim.

Nie można użyć patelni wykonanej np. Z tektury, ponieważ jest ona złym przewodnikiem ciepła. Po umieszczeniu nad ogniem tektura nie rozprowadza ciepła na całej patelni. Zamiast tego zaczyna się palić ze względu na zlokalizowane ciepło.

7. Metale są dobrymi przewodnikami elektryczności, tzn. Pozwalają na łatwy przepływ prądu elektrycznego. Dlatego energia elektryczna przesyłana jest z jednego punktu do drugiego za pośrednictwem drutów metalowych, np. Miedzi lub aluminium.

Srebro jest najlepszym przewodnikiem elektryczności; następny najlepszy to miedź, a następnie aluminium. Nie można używać nylonowych lub jutowych lin do transmisji elektrycznej, ponieważ nylon i juta są złymi przewodnikami elektryczności.

Niemetale:

W przeciwieństwie do metali, niemetale nie są znane z wytrzymałości. Oni są

ja. Zwykle bez połysku (matowe), z wyjątkiem grafitu i jodu,

ii. Kruche (jeśli stałe),

iii. Złe przewodniki ciepła,

iv. Złe przewodniki prądu elektrycznego (z wyjątkiem grafitu), oraz

v. Niegłosowe (tj. nie wytwarzają metalicznego brzęku).

Z 24 niemetali znanych dzisiaj,

vi. 12 to ciała stałe (np. Węgiel, krzem, fosfor, siarka, jod),

vii. 1 oznacza ciecz (brom), i

viii. 11 to gazy (np. Wodór, azot, tlen, fluor, chlor, hel, neon, argon) w zwykłych warunkach.

Czynność:

Używając obwodu elektrycznego typu pokazanego na rysunku 6.4, możesz łatwo sprawdzić, czy coś przewodzi prąd. Żarówka będzie świecić, gdy badany materiał jest metalowy, jak klucz, ale nie wtedy, gdy jest niemetaliczny, jak blok drewna.

Ostrz mały ołówek na obu końcach i połącz oba nagie końce "ołówka" z obwodem. Żarówka się zaświeci, pokazując, że "ołów" ołówka przewodzi prąd. Ołowiu ołówka składa się z mieszaniny gliny i grafitu, a grafit (forma węgla) jest dobrym przewodnikiem elektryczności.

Chemiczne zachowanie metali:

Chociaż większość metali ulega podobnym reakcjom, "wigor", z którym reagują, nie jest taki sam. Niektóre są bardziej aktywne niż inne. Metale wraz z wodorem (niemetal) są uporządkowane w kolejności ich aktywności w szeregu, zwanym serią działań, pokazaną na rysunku 6.5. Ta seria pomaga nam zrozumieć reakcje metali.

Działanie powietrza na metale:

Tlen obecny w powietrzu działa na metale, tworząc ich tlenki. Metale takie jak potas (K) i sód (Na), umieszczone wysoko w szeregu są tak aktywne, że bardzo szybko reagują z powietrzem, tworząc swoje tlenki. Tak więc potas i sód są przechowywane pod naftą.

Magnez, aluminium i żelazo reagują wolniej z powietrzem. Pozostawione naświetlone zostają zmatowione (tracą połysk), ponieważ na ich powierzchni tworzy się cienki film tlenkowy. Podczas ogrzewania w powietrzu (lub w tlenie) metale te reagują szybciej. Na przykład, kawałek magnezu, po zapaleniu, spala się w powietrzu z oślepiającym białym światłem. Gdy magnez jest spalany w otwartym słoiku gazu, białe cząstki stałe MgO osadzają się na wewnętrznej ściance słoika.

Jak wiadomo, żelazo rdzewieje powoli w wilgotnym powietrzu. Rdza jest uwodnionym tlenkiem żelaza Fe ₂ 0 ₃ x H2O (liczba cząsteczek H ₂ O jest zmienna).

Metale znajdujące się w dalszej części serii zachowują swój połysk przez dłuższy czas, ponieważ nie reagują tak łatwo z powietrzem. Gdy jest mocno nagrzany na powietrzu, miedź tworzy czarny tlenek (CuO), ale srebro (Ag) i złoto (Au) nie.

Gdy działanie chemiczne powietrza przedłuża się poza matowienie, powstałe związki powoli zjadają metal. Nazywa się to korozją. Rdzewienie (z żelaza) jest częstym przykładem korozji. Inne metale, takie jak magnez, aluminium, cynk i miedź również ulegają korozji wskutek długotrwałego działania powietrza. Miedź tworzy na swojej powierzchni zielone ciało stałe, podczas gdy inne (z wyjątkiem żelaza) tworzą szaro-białe ciało stałe.

Przemieszczenie jednego metalu przez inny:

Bardziej aktywny metal wypiera mniej aktywny metal ze związków tego ostatniego w roztworze. Na przykład aluminium i żelazo wypierają miedź z roztworu siarczanu miedzi.

Czynność:

Rozpuść niektóre kryształy siarczanu miedzi (II) (CuSO ₄ 5H ₂ O, który jest również nazywany niebieskim witriolem) w wodzie. Umieść żelazny gwóźdź w roztworze. Za chwilę część paznokcia znajdująca się w roztworze stanie się czerwona. Dzieje się tak dlatego, że warstwa miedzi osadza się na powierzchni paznokcia. Kolor roztworu powoli zmienia się z niebieskiego na zielony z powodu tworzenia się siarczanu żelaza (II).

Możesz powtórzyć tę czynność używając kawałka magnezu lub aluminium zamiast gwoździa. Miedź zostanie osadzona, ale powstały roztwór będzie bezbarwny, ponieważ siarczan magnezu i siarczan glinu są bezbarwne.

Przemieszczenie wodoru z wody:

Metale wyższe niż wodór w serii aktywności wypierają wodór z wody. Ci poniżej wodoru nie. Im bardziej aktywny metal, tym silniej reaguje z wodą. Tak więc potas i sód reagują energicznie nawet z zimną wodą, podczas gdy magnez reaguje tylko z parą. Płonący kawałek magnezu nadal płonie energicznie, gdy jest w kontakcie z parą.

Czynność:

Możesz wykonać następujące czynności za pomocą swojego nauczyciela. Wytnij niewielki kawałek sodu i usuń naftę, naciskając kawałek między fałdami bibuły filtracyjnej. Upuść kawałek metalu do koryta wody.

Rozpływa się, tworząc srebrną białą globulę, która rzuca się na powierzchnię wody z syczącym dźwiękiem. Zobaczysz także żółty płomień nad globulą i usłyszysz przerywany "pops". Dzieje się tak dlatego, że ciepło wydzielane podczas reakcji topi metal, a wytwarzany wodór jest zapalany.

Po reakcji "woda" rynny zmieni czerwony papier na papierek lakmusowy na niebieski, ponieważ powstaje wodorotlenek sodu (alkalia).

Przesadzanie wodoru z kwasów:

Metale powyżej wodoru w szeregu aktywności wypierają wodór z rozcieńczonych kwasów solnych i siarkowych, ale te poniżej wodoru nie. Także reaktywność metalu zmniejsza serię.

Czy miedź lub srebro uwolnią wodór z rozcieńczonych kwasów? Nie, ponieważ są mniej aktywne niż wodór.

Reakcje z zasadami:

Tylko niektóre metale (np. Glin i cynk) rozpuszczają się w alkaliach, takich jak wodorotlenek sodu i wodorotlenek potasu, tworząc sole i uwalniając wodór. Pamiętaj, że te reakcje nie występują w przypadku wodorotlenku amonu, który jest także alkaliami.

Aluminium + wodorotlenek potasu → glinian potasu + wodór

Cynk + wodorotlenek sodu → cynk sodowy + wodór

Chemiczne zachowanie się niemetali:

Nonmetale są bardziej reaktywne z metalami niż z innymi niemetaliami. Na przykład chlor działa na chlorek sodu tworzący sodu, a tlen działa na tlenek sodu tworzący sodu, ale chlor nie reaguje z tlenem. Ogólnie, niemetale reagują ze sobą tylko w wysokich temperaturach.

Działanie powietrza:

Z wyjątkiem białego fosforu (fosfor ma wiele odmian - biały, czerwony, czarny), niemetale nie reagują z powietrzem w temperaturze pokojowej. Biały fosfor płonie w powietrzu (lub w tlenie) w zwykłych temperaturach tworząc tlenki. W związku z tym jest przechowywany pod wodą.

Wodór, gdy jest oświetlony w powietrzu (lub tlen), pali się "pop", tworząc wodę.

Po zapaleniu w powietrzu (lub w tlenie) węgiel i siarka płoną, tworząc odpowiednio dwutlenek węgla (CO ₂ ) i dwutlenek siarki (SO ₂ ). Przy niewystarczającym dopływie powietrza węgiel tworzy również tlenek węgla (CO).

Działanie wody:

Ogólnie niemetale nie reagują z wodą. Jednak chlor rozpuszcza się w wodzie, tworząc kwaśny roztwór. Gdy roztwór jest umieszczony w świetle słonecznym lub ogrzewany, uwalniany jest tlen i kwas chlorowodorowy pozostaje w tyle.

Gdy para przechodzi nad rozpalonym do czerwoności koksem (węgiel), tworzy się gazowa mieszanina tlenku węgla i wodoru. Ta mieszanina, nazywana gazem wodnym, ma wiele zastosowań przemysłowych.

Przemieszczenie jednego niemetalu przez inny z roztworu soli:

Podobnie jak metale, niemetale różnią się także pod względem ich ponownej działalności. Lepiej to zaobserwować wśród elementów o podobnych właściwościach, o których mówi się, że tworzą rodzinę. Na przykład fluor (F), chlor (CI), brom (Br) i jod (I) stanowią rodzinę halogenów.

Spośród typowych halogenów (CI, Br i I) najbardziej aktywny jest chlor, mniej bromu niż chloru i najmniej jodu. Więc chlor wypiera brom i jod z roztworów bromku sodu i jodku sodu.

Zasadniczo kwasy i zasady nie działają na niemetale w zwykłych warunkach.

Zastosowania metali:

Od szpilek bezpieczeństwa po mosty, metale są używane do robienia wielu rzeczy, które są integralną częścią naszego życia.

1. Druty miedziane są zwykle używane do przewodów domowych i przewodów aluminiowych do transmisji elektrycznych na duże odległości. Aluminium jest lżejsze i tańsze niż miedź.

2. Żelazo jest bardzo przydatnym metalem, ponieważ jest twarde, mocne i tanie. Służy do wyrobu narzędzi, maszyn i sprzętu rolniczego, a także do budowy domu.

Aby zapobiec rdzewieniu, żelazo jest często ocynkowane. W tym procesie wyrób żelazny zanurza się w stopionym cynku, a następnie pozostawia do ochłodzenia. Cynk tworzy trwałą powłokę na żelazie i zapobiega korozji. Ocynkowane żelazo służy do produkcji pni, rur wodnych, drutów kolczastych i siatek drucianych. Żelazo pokryte cyną służy do wytwarzania puszek.

3. Żelazo, aluminium i miedź są używane do wyrobu przyborów.

4. Jak wiadomo, magnez płonie w powietrzu z oślepiającym, białym światłem po zapaleniu. Dlatego jest używany w fajerwerkach.

5. Rtęć nie przykleja się do szkła. W tym samym czasie jest dobrym przewodnikiem ciepła. Dlatego jest używany do wykonywania termometrów.

6. Srebro, złoto i platyna nazywane są metalami szlachetnymi, ponieważ nie reagują one łatwo z innymi substancjami. Po polerowaniu zachowują połysk przez długi czas. Dlatego są one wykorzystywane do wyrobu biżuterii. Złoto miesza się z niewielkimi ilościami srebra i miedzi, aby było twardo.

7. Stopy są jednorodnymi stałymi mieszaninami metali lub metali i niemetali. Wprowadzanie zmian ma na celu wzmocnienie metalu macierzystego. Typowymi przykładami stopów są stal (mieszanina żelaza, bardzo małe ilości węgla i manganu), mosiądz (mieszanina miedzi i cynku) i brąz (mieszanka miedzi i cyny).

8. Folia aluminiowa, która jest bardzo lekka, służy do pakowania żywności, lekarstw itp. Aluminium służy również do wykonywania przewodów elektrycznych i przyborów.

9. Sztuczne zęby były wcześniej zwykle wykonane ze srebra lub złota. Wnęki na zęby wypełnione są tzw. Amalgamatami dentystycznymi - stopami srebra lub rys. 6.12. Wykorzystanie aluminium z cyną z rtęcią.

Zastosowania niemetali:

Przeanalizujmy zastosowania niektórych zwykłych niemetali.

Tlen:

Tlen jest prawdopodobnie najważniejszym niemetalem w naszym życiu. My i większość innych istot potrzebujemy go do oddychania.

Niektóre z jego innych zastosowań są następujące:

ja. Wszystkie procesy spalania wymagają tlenu.

ii. W przypadku acetylenu tlen jest używany w palnikach tlenowo-acetylenowych do cięcia i spawania metali.

iii. Jest to wymagane do wydobywania metali z ich rud i do produkcji stali z żelaza.

iv. Jest on stosowany do produkcji kwasów siarkowego i azotowego.

v. Do spalania paliwa rakietowego wykorzystywany jest płynny tlen.

Azot:

ja. Rośliny wykorzystują azot do produkcji białek.

ii. Ciekły azot służy do ochrony krwi, rogówek i innych oddanych narządów.

iii. Ze względu na obojętność (brak reaktywności) służy do napełniania opakowań żywności. (Żywność nie zepsuje się na obojętnym podłożu.)

iv. Jest on stosowany do produkcji amoniaku i mocznika.

Węgiel:

Węgiel drzewny i kleks są niekrystalicznymi formami węgla. Węgiel występuje w dwóch formach krystalicznych - diament i grafit, które mają następujące zastosowania.

ja. Diament jest używany jako klejnot, a także do cięcia kamieni i szkła.

ii. Grafit jest dobrym przewodnikiem elektryczności i dlatego jest stosowany jako elektroda.

iii. Grafit to dobry środek smarny. Ponieważ jego temperatura topnienia jest wysoka, może być stosowany jako smar w maszynach, które podczas pracy uzyskują wysoką temperaturę.

iv. Grafit jest również używany do produkcji ołówków.

Siarka:

Ta żółta bryła ma kilka zastosowań.

ja. Jest używany do produkcji barwników, zapałek, fajerwerków i prochu.

ii. Jest stosowany w wielu lekach i jako fungicyd do niszczenia szkodliwych grzybów.

iii. Jest również stosowany do obróbki gumy i do produkcji kwasu siarkowego.

Chlor:

Ten zielonkawo-żółty gaz ma następujące zastosowania.

ja. Jest on stosowany do produkcji użytecznych tworzyw sztucznych, polichlorku winylu (PVC).

ii. Służy do dezynfekcji wody, ponieważ zabija zarazki. Odbywa się to albo poprzez przepuszczanie chloru gazowego przez wodę, albo przez traktowanie wody za pomocą rozjaśniającego proszku.

iii. Jest stosowany jako środek wybielający w przemyśle papierniczym i tekstylnym. Domowe środki wybielające zawierają również związki chloru.

iv. Chlor jest stosowany do produkcji kwasu solnego.

v. Jest również używany do produkcji pestycydów, takich jak Gammexane.

Jod:

Chociaż niemetal, jod to lśniące czarne ciało stałe. Powoli sublimuje, tworząc fioletową parę nad ciałem stałym wewnątrz zakorkowanej butelki.

ja. Jod jest antyseptyczny. Roztwór jodu w alkoholu (z pewnym jodkiem potasu) jest znany jako nalewka jodu. Nalewka z jodu jest czerwonawo-brązowa i jest nakładana na kawałki. Pasta jodu w wazelinie daje ulgę w bólu.

ii. W postaci związku stosuje się go w soli jodowanej w celu zapobiegania chorobom takim jak wole.