Самый активный металл в ряду активности. Какой самый активный металл

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?

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).

Все металлы, в зависимости от их окислительно-восстановительной активности объединяют в ряд, который называется электрохимическим рядом напряжения металлов (так как металлы в нем расположены в порядке увеличения стандартных электрохимических потенциалов) или рядом активности металлов:

Li, K, Ва, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H 2 , Cu, Hg, Ag, Рt, Au

Наиболее химически активные металлы стоят в ряду активности до водорода, причем, чем левее расположен металл, тем он активнее. Металлы, занимающие в ряду активности, место после водорода считаются неактивными.

Алюминий

Алюминий представляет собой серебристо-белого цвета. Основные физические свойства алюминия – легкость, высокая тепло- и электропроводность. В свободном состоянии при пребывании на воздухе алюминий покрывается прочной пленкой оксида Al 2 O 3 , которая делает его устойчивым к действию концентрированных кислот.

Алюминий относится к металлам p-семейства. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня – 3s 2 3p 1 . В своих соединениях алюминий проявляет степень окисления равную «+3».

Алюминий получают электролизом расплава оксида этого элемента:

2Al 2 O 3 = 4Al + 3O 2

Однако из-за небольшого выхода продукта, чаще используют способ получения алюминия электролизом смеси Na 3 и Al 2 O 3 . Реакция протекает при нагревании до 960С и в присутствии катализаторов – фторидов (AlF 3 , CaF 2 и др.), при этом на выделение алюминия происходит на катоде, а на аноде выделяется кислород.

Алюминий способен взаимодействовать с водой после удаления с его поверхности оксидной пленки (1), взаимодействовать с простыми веществами (кислородом, галогенами, азотом, серой, углеродом) (2-6), кислотами (7) и основаниями (8):

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 +3H 2 (1)

2Al +3/2O 2 = Al 2 O 3 (2)

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3 (3)

2Al + N 2 = 2AlN (4)

2Al +3S = Al 2 S 3 (5)

4Al + 3C = Al 4 C 3 (6)

2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 (7)

2Al +2NaOH +3H 2 O = 2Na + 3H 2 (8)

Кальций

В свободном виде Ca – серебристо-белый металл. При нахождении на воздухе мгновенно покрывается желтоватой пленкой, которая представляет собой продукты его взаимодействия с составными частями воздуха. Кальций – достаточно твердый металл, имеет кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку.

Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня – 4s 2 . В своих соединениях кальций проявляет степень окисления равную «+2».

Кальций получают электролизом расплавов солей, чаще всего – хлоридов:

CaCl 2 = Ca + Cl 2

Кальций способен растворяются в воде с образованием гидроксидов, проявляющих сильные основные свойства (1), реагировать с кислородом (2), образуя оксиды, взаимодействовать с неметаллами (3 -8), растворяться в кислотах (9):

Ca + H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2 (1)

2Ca + O 2 = 2CaO (2)

Ca + Br 2 =CaBr 2 (3)

3Ca + N 2 = Ca 3 N 2 (4)

2Ca + 2C = Ca 2 C 2 (5)

2Ca + 2P = Ca 3 P 2 (7)

Ca + H 2 = CaH 2 (8)

Ca + 2HCl = CaCl 2 + H 2 (9)

Железо и его соединения

Железо – металл серого цвета. В чистом виде оно довольно мягкое, ковкое и тягучее. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня – 3d 6 4s 2 . В своих соединениях железо проявляет степени окисления «+2» и «+3».

Металлическое железо реагирует с водяным паром, образуя смешанный оксид (II, III) Fe 3 O 4:

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2

На воздухе железо легко окисляется, особенно в присутствии влаги (ржавеет):

3Fe + 3O 2 + 6H 2 O = 4Fe(OH) 3

Как и другие металлы железо вступает в реакции с простыми веществами, например, галогенами (1), растворяется в кислотах (2):

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (2)

Железо образует целый спектр соединений, поскольку проявляет несколько степеней окисления: гидроксид железа (II), гидроксид железа (III), соли, оксиды и т.д. Так, гидроксид железа (II) можно получить при действии растворов щелочей на соли железа (II) без доступа воздуха:

FeSO 4 + 2NaOH = Fe(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4

Гидроксид железа (II) растворим в кислотах и окисляется до гидроксида железа (III) в присутствии кислорода.

Соли железа (II) проявляют свойства восстановителей и превращаются в соединения железа (III).

Оксид железа (III) нельзя получить по реакции горения железа в кислороде, для его получения необходимо сжигать сульфиды железа или прокаливать другие соли железа:

4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 +8SO 2

2FeSO 4 = Fe 2 O 3 + SO 2 + 3H 2 O

Соединения железа (III) проявляют слабые окислительные свойства и способны вступать в ОВР с сильными восстановителями:

2FeCl 3 + H 2 S = Fe(OH) 3 ↓ + 3NaCl

Производство чугуна и стали

Стали и чугуны – сплавы железа с углеродом, причем содержание углерода в стали до 2%, а в чугуне 2-4%. Стали и чугуны содержат легирующие добавки: стали– Cr, V, Ni, а чугун – Si.

Выделяют различные типы сталей, так, по назначению выделяют конструкционные, нержавеющие, инструментальные, жаропрочные и криогенные стали. По химическому составу выделяют углеродистые (низко-, средне- и высокоуглеродистые) и легированные (низко-, средне- и высоколегированные). В зависимости от структуры выделяют аустенитные, ферритные, мартенситные, перлитные и бейнитные стали.

Стали нашли применение во многих отраслях народного хозяйства, таких как строительная, химическая, нефтехимическая, охрана окружающей среды, транспортная энергетическая и другие отрасли промышленности.

В зависимости от формы содержания углерода в чугуне — цементит или графит, а также их количества различают несколько типов чугуна: белый (светлый цвет излома из-за присутствия углерода в форме цементита), серый (серый цвет излома из-за присутствия углерода в форме графита), ковкий и жаропрочный. Чугуны очень хрупкие сплавы.

Области применения чугунов обширны – из чугуна изготавливают художественные украшения (ограды, ворота), корпусные детали, сантехническое оборудование, предметы быта (сковороды), его используют в автомобильной промышленности.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Ответить 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.

При комнатной (20 °С) все металлы, кроме ртути, пребывают в твердом состоянии и хорошо проводят тепло и . На срезе металлы блестят и не­которые, как железо и никель, обладают магнитными свойствами. Многие металлы пластичны - из них можно делать проволоку - и ковки - им несложно при­дать другую форму.

Благородные металлы

Благородные металлы в земной коре встречаются в чистом виде, а не в составе соединений. К ним относятся медь, се­ребро, золото и платина. Они химически пассивны и с трудом вступают в с другими . Медь — благородный металл. Золото — один из самых инертных элементов. Из-за своей инертности благородные металлы не подвержены коррозии, поэтому из них делают украшения и монеты. Золото настолько инертно, что древние золотые изделия до сих пор ярко сияют.

Щелочные металлы

Группу 1 в периодической таблице состав­ляют 6 очень активных металлов, в т.ч. натрий и калий. Они плавятся при сравнительно низкой температуре (темпера­тура плавления калия 64 °С) и настолько мягкие, что их можно резать ножом. Вступая в реакцию с водой, эти металлы образуют щелочной раствор и поэтому называются щелочными. Калий бурно реагирует с водой. При этом выделяется , который сгорает сиреневым пламенем.

Щелочноземельные металлы

Шесть металлов, составляющих 2-ю группу (в т.ч. магний и кальций), называются щелочноземельными. Эти металлы входят в состав множества минералов. Так, кальций имеется в кальците, прожилки которого можно обнаружить в известняке и меле. Щелочноземельные металлы менее активны, чем щелочные, они тверже и плавятся при более высокой температуре. Кальций содержится в ракушках, костях и губках. Магний входит в состав хлорофилла, зеленого пигмента, необходимого для фотосинтеза.

Металлы 3-й и 4-й групп

Семь металлов этих групп расположены в периодической таблице справа от переходных металлов. Алюминий - один из наименее плотных металлов, поэтому он легкий. А вот свинец очень плотный; из него делают экраны, защищающие от рентгеновских лу­чей. Все эти металлы довольно мягкие и плавятся при относительно низкой тем­пературе. Многие из них используются в сплавах - создаваемых с определенными целями смесях металлов. Велосипеды и самолеты делают из алюминиевых сплавов.

Переходные металлы

Переходные металлы обладают типично металлическими свойствами. Они прочные, твердые, блестящие и плавятся при высоких температурах. Они менее актив­ны, чем щелочные и щелочноземельные металлы. К ним относятся железо, золото, серебро, хром, никель, медь. Они все ковкие и широко применяются в промышленности - как в чистом виде, так и в виде сплавов. Около 77% от массы автомобиля составляют металлы, в основном сталь, т.е. сплав железа и углерода (см. статью « «). Ступицы колес делают из хромированной стали - для блеска и предохранения от коррозии. Корпус машины сделан из листовой стали. Стальные бамперы предохраняют автомобиль в случае столкновения.

Ряд активности

Положение металла в ряду активности показывает, насколь­ко охотно металл вступает в реакции. Чем более активен металл, тем легче он отнимает кислород у менее активных металлов. Активные металлы трудно выде­лить из соединений, тогда как малоактивные металлы встречаются в чистом виде. Калий и натрий хранят в керосине, так как они моментально вступают в реакции с водой и воздухом. Медь – наименее активный металл из числа недорогих. Она используется в производстве труб, резервуаров для горячей воды и электрических проводов.

Металлы и пламя

Некоторые металлы, если поднести их к огню, придают пламени определенный оттенок. По цвету пламени можно определить присутствие в соединении того или иного металла. Для этого крупинку вещества помешают в пламя на конце проволоки из инертной платины. Соединении натрия окрашивают пламя в желтый цвет, соединения меди - в сине-зеленый, соединении кальции - в красный, и калия - в сиреневый. В состав фейерверков входят разные металлы, сообщающие пламени разные оттенки. Барий дает зеленый цвет, стронций - красный, натрий - желтый, а медь - сине-зеленый.

Коррозия

Коррозия - это химическая реакция, происходящая при контакте металла с воздухом или водой. Металл взаимодействует с кислородом воздуха, и на его поверхности образуется оксид. Металл теряет блеск и покрывается налетом. Высокоактивные металлы подвергаются коррозии быстрее, чем менее активные. Рыцари смазывали стальные доспехи маслом или воском, чтобы они не ржавели (сталь содержит много железа). Для предохранения от ржавчины стальной корпус автомобиля покрывают несколькими слоями краски. Некоторые металлы (например, алюминий) покрываются защищающей их плотной оксидной пленкой. Железо при коррозии образует неплотную пленку оксида, кото­рая при реакции с водой дает ржавчину. Слой ржавчины легко осыпается, и процесс коррозии распространяется вглубь. Для предохранения от коррозии стальные консервные банки покрывают слоем олова - менее активного металла. Крупные сооружения, например мосты, спасает от коррозии краска. Движущиеся части машин, например велосипедные цепи, смазывают маслом, чтобы спасти от коррозии.

Способ предохранения стали от коррозии путем покрытия слоем цинка называется гальванизацией. Цинк активнее стати, поэтому он «оттягивает» от нее кислород. Даже если цинковый слой поцарапается, кислород воздуха будет быстрее взаимодействовать с цинком, чем с железом. Для зашиты судов от коррозии к их корпусам прикрепляют блоки цинка или магния, которые корродируют сами, но защищают судно. Для дополнительной защиты от коррозии стальные листы корпуса автомобилей чисто гальванизируют перед покраской. С внутренней стороны их иногда покрывают пластиком.

Как открывали металлы

Вероятно, люди узнали, как получить металлы, случайно, когда металлы выделялись из минералов при нагревании их в печах с древесным углем. Чистый металл выделяется из соединения при реакции восстановления. На таких реакциях основано действие доменных печей. Около 4000 г. до н.э. Шумеры (узнайте больше в статье « «) делали золотые, серебряные и медные шлемы и кинжалы. Раньше всего люди научились обрабатывать медь, зо­лото и серебро, т.е. благородные металлы, поскольку они встречаются в чистом виде. Около 3500 г. до н.э. шумеры научились делать бронзу - сплав меди и олова. Бронза прочнее благородных металлов. Железо было открыто позднее, так как для извлечения его из соединений нужны весьма высокие температуры. На рисунке справа изображены бронзовый топор (500 г. до н.э.) и шумерская бронзовая чаша.

До 1735 г. люди знали всего несколько металлов: медь, серебро, золото, железо, ртуть, олово, цинк, висмут, сурьму и свинец. Алюминий был открыт в 1825 г. В наши дни ученые синтезировали ряд новых металлов, облучая в ядерном реакторе урана нейтронами и другими элементарными частицами. Эти элементы нестабильны и очень быстро распадаются.