すべての化学的特性。 物質の化学的、物理的性質

IIA 族には、Be (ベリリウム)、Mg (マグネシウム)、Ca (カルシウム)、Sr (ストロンチウム)、Ba (バリウム)、Ra (ラジウム) の金属のみが含まれます。 このグループの最初の代表であるベリリウムの化学的性質は、このグループの他の元素の化学的性質とは最も大きく異なります。 その化学的特性は、多くの点で他の IIA 族金属よりもアルミニウムにさらに似ています (いわゆる「対角線の類似性」)。 マグネシウムも化学的性質の点で、Ca、Sr、Ba、Ra とは著しく異なりますが、それでもベリリウムよりもはるかに類似した化学的性質を持っています。 カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウムの化学的性質は非常に類似しているため、これらは 1 つのファミリーにまとめられ、 アルカリ土類 金属.

IIA族のすべての元素は以下に属します s-要素、つまり すべての価電子を含む s-サブレベル。 したがって、このグループのすべての化学元素の外側電子層の電子配置は次の形式になります。 ns 2 、 どこ n– 要素が存在する期間の番号。

IIA 族金属の電子構造の特殊性により、これらの元素は、ゼロに加えて、+2 に等しい 1 つの酸化状態のみを持つことができます。 IIA族の元素によって形成される単体物質は、化学反応に参加する場合、酸化することしかできません。 電子を寄付する:

私0 - 2e - → 私+2

カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウムは非常に反応性が高いです。 それらによって形成される単体の物質は非常に強力な還元剤です。 マグネシウムは強力な還元剤でもあります。 金属の還元活性は、D.I. の周期法則の一般法則に従います。 メンデレーエフはサブグループの下に進みます。

単体物質との相互作用

酸素を使って

ベリリウムとマグネシウムは、それぞれ BeO と MgO 酸化物からなる薄い保護膜で覆われているため、加熱しないと大気中の酸素や純酸素と反応しません。 アルカリ土類金属は、それらに対して不活性な液体、ほとんどの場合灯油の層の下に保管されますが、アルカリ土類金属とは異なり、保管には空気や湿気から保護するための特別な方法は必要ありません。

Be、Mg、Ca、Sr は、酸素中で燃焼すると、MeO および Ba (酸化バリウム (BaO) と過酸化バリウム (BaO 2) の混合物) の組成の酸化物を形成します。

2Mg + O2 \u003d 2MgO

2Ca + O 2 \u003d 2CaO

2Ba + O2 \u003d 2BaO

Ba + O 2 \u003d BaO 2

アルカリ土類金属およびマグネシウムが空気中で燃焼する際、これらの金属と大気中の窒素との反応も並行して進行し、その結果、金属と酸素の化合物に加えて、一般的な窒素との窒化物も生成することに注意してください。式 Me 3 N 2 も形成されます。

ハロゲン付き

ベリリウムは高温でのみハロゲンと反応しますが、残りの IIA 族金属はすでに室温にあります。

Mg + I 2 \u003d MgI 2 - ヨウ化マグネシウム

Ca + Br 2 \u003d CaBr 2 - 臭化カルシウム

Ba + Cl 2 \u003d BaCl 2 - 塩化バリウム

IV-VI族の非金属を含む

IIA 族のすべての金属は、加熱すると IV ～ VI 族のすべての非金属と反応しますが、グループ内の金属の位置や非金属の活性に応じて、必要な加熱の程度は異なります。 ベリリウムは IIA 族のすべての金属の中で最も化学的に不活性であるため、非金属との反応には大幅に多くのものが必要です。 ○高温。

金属と炭素の反応により、さまざまな性質の炭化物が形成される可能性があることに注意してください。 メタン化物に関連する炭化物と、従来考えられていたメタンの誘導体があり、すべての水素原子が金属で置き換えられています。 これらは、メタンと同様に、-4 酸化状態の炭素を含み、加水分解または非酸化性の酸との相互作用中に、メタンが生成物の 1 つになります。 別の種類の炭化物であるアセチレニドもあり、これには実際にはアセチレン分子のフラグメントである C 2 2- イオンが含まれています。 アセチレニド型の炭化物は、加水分解または非酸化性の酸との相互作用により、反応生成物の 1 つとしてアセチレンを形成します。 1 つまたは別の金属と炭素の相互作用によってどのような種類の炭化物 (メタン化物またはアセチレニド) が得られるかは、金属陽イオンのサイズによって異なります。 一般に、メタン化物は半径の小さな金属イオンで形成され、アセチリドはより大きなイオンで形成されます。 2 番目のグループの金属の場合、メタン化物はベリリウムと炭素の相互作用によって得られます。

II A 族の残りの金属は炭素とともにアセチレニドを形成します。

IIA 族金属はシリコンと結合するとケイ化物 (Me 2 Si タイプの化合物) を形成し、窒素と結合すると窒化物 (Me 3 N 2)、リン - リン化物 (Me 3 P 2) を形成します。

水素を使って

すべてのアルカリ土類金属は、水素と加熱すると反応します。 マグネシウムが水素と反応するには、アルカリ土類金属の場合と同様に加熱だけでは十分ではなく、高温に加えて水素の圧力を高める必要があります。 ベリリウムはいかなる条件下でも水素と反応しません。

複雑な物質との相互作用

水で

すべてのアルカリ土類金属は水と積極的に反応して、アルカリ (可溶性金属水酸化物) と水素を形成します。 マグネシウムは、加熱するとMgOの保護酸化膜が水に溶解するため、沸騰時にのみ水と反応します。 ベリリウムの場合、保護酸化膜は非常に耐性があり、水は沸騰しても、赤熱温度であっても反応しません。

非酸化性の酸を使用した場合

II 族の主なサブグループのすべての金属は、水素の左側の活性系列にあるため、非酸化性の酸と反応します。 この場合、対応する酸と水素の塩が形成されます。 反応例:

Be + H 2 SO 4 (razb.) \u003d BeSO 4 + H 2

Mg + 2HBr \u003d MgBr 2 + H 2

Ca + 2CH 3 COOH = (CH 3 COO) 2 Ca + H 2

酸化性の酸を使用したもの

− 希硝酸

すべての IIA 族金属は希硝酸と反応します。 この場合、（非酸化性の酸の場合と同様に）水素の代わりに還元生成物は窒素酸化物、主に窒素酸化物 (I) (N 2 O) であり、高度に希薄な硝酸の場合は硝酸アンモニウム ( NH 4 NO 3):

4Ca + 10HNO3 ( ラズブ .) \u003d 4Ca (NO 3) 2 + N 2 O + 5H 2 O

4Mg + 10HNO3 (非常に細分化されています)\u003d 4Mg (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

− 濃硝酸

常温（または低温）の濃硝酸はベリリウムを不動態化します。 それには反応しません。 沸騰すると反応が可能となり、主に次の方程式に従って進行します。

マグネシウムおよびアルカリ土類金属は濃硝酸と反応して、さまざまな窒素還元生成物を生成します。

− 濃硫酸

ベリリウムは濃硫酸で不動態化されます。 通常の状態では反応しませんが、沸騰中に反応が進行し、硫酸ベリリウム、二酸化硫黄、水が生成します。

Be + 2H 2 SO 4 → BeSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

バリウムは、不溶性の硫酸バリウムの形成により濃硫酸によっても不動態化されますが、加熱すると硫酸バリウムと反応し、硫酸バリウムは濃硫酸中で加熱すると硫酸水素バリウムに変換されるため溶解します。

主IIA族の残りの金属は、冷間を含むあらゆる条件下で濃硫酸と反応します。 硫黄の還元は、金属の活性、反応温度、酸の濃度に応じて、SO 2、H 2 S、および S に発生します。

Mg + H 2 SO 4 ( 濃度 .) \u003d MgSO4 + SO2 + H2O

3Mg + 4H2SO4 ( 濃度 .) \u003d 3MgSO4 + S↓ + 4H2O

4Ca + 5H2SO4 ( 濃度 .) \u003d 4CaSO4 + H2S + 4H2O

アルカリ入り

マグネシウムおよびアルカリ土類金属はアルカリと相互作用せず、ベリリウムは溶融中にアルカリ溶液および無水アルカリの両方と容易に反応します。 さらに、反応が水溶液中で行われる場合、水も反応に関与し、生成物はアルカリ金属またはアルカリ土類金属のテトラヒドロキソベリル酸塩とガス状水素です。

Be + 2KOH + 2H 2 O \u003d H 2 + K 2 - テトラヒドロキソベリル酸カリウム

融解中に固体アルカリとの反応を行うと、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のベリル酸塩と水素が形成されます。

Be + 2KOH \u003d H 2 + K 2 BeO 2 - ベリル酸カリウム

酸化物あり

アルカリ土類金属は、マグネシウムと同様に、加熱すると、活性の低い金属や一部の非金属を酸化物から還元します。

マグネシウムを使って酸化物から金属を復元する方法は、マグネシウムテルミーと呼ばれます。

D.I.メンデレーエフの元素周期表でベリリウムからアスタチンまで対角線を引くと、左下の対角線上に金属元素（青色で強調表示された二次サブグループの元素も含まれます）と非金属元素が存在します。右上の要素 (黄色で強調表示)。 対角線近くに位置する元素 - 半金属または半金属 (B、Si、Ge、Sb など) は二重の性質を持っています (ピンク色で強調表示されています)。

図からわかるように、元素の大部分は金属です。

化学的性質上、金属は化学元素であり、その原子は外部または外部前エネルギー準位から電子を供与し、正に荷電したイオンを形成します。

ほとんどすべての金属は、外部エネルギー レベルで比較的大きな半径と少数の電子 (1 ～ 3 個) を持っています。 金属は、電気陰性度の値が低く、還元性があるという特徴があります。

最も典型的な金属は周期の先頭 (2 番目から始まる) にあり、左から右に向かうにつれて金属の特性が弱まります。 上から下のグループでは、（エネルギー準位の数の増加により）原子の半径が増加するため、金属特性が強化されます。 これにより、元素の電気陰性度 (電子を引き付ける能力) が減少し、還元特性 (化学反応において他の原子に電子を与える能力) が増加します。

典型的金属は s 元素 (Li から Fr までの IA 族の元素、Mg から Ra までの PA 族の元素) です。 それらの原子の一般的な電子式は ns 1-2 です。 これらは、それぞれ酸化状態 + I および + II によって特徴付けられます。

典型的な金属原子の外部エネルギー準位にある電子の数が少ない (1 ～ 2) ことは、これらの電子が容易に失われ、低い電気陰性度の値を反映する強い還元特性を示すことを示唆しています。 これは、典型的な金属の化学的特性と入手方法が限られていることを意味します。

典型的な金属の特徴は、その原子が非金属原子とカチオンおよびイオン化学結合を形成する傾向があることです。 代表的な金属と非金属の化合物は、K + Br - 、Ca 2+ O 2- などの「非金属の金属カチオンアニオン」のイオン結晶です。 典型的な金属カチオンは、複合アニオンとの化合物、水酸化物および塩、たとえば Mg 2+ (OH -) 2、(Li +) 2CO 3 2- にも含まれます。

Be-Al-Ge-Sb-Po 周期表の両性対角線を形成する A 族金属、およびそれらに隣接する金属 (Ga、In、Tl、Sn、Pb、Bi) は、典型的な金属特性を示しません。 。 それらの原子の一般的な電子式 ns 2 NP 0-4 これは、より多様な酸化状態、自身の電子を保持する能力の向上、還元能力の徐々に低下、特に高酸化状態での酸化能力の出現を意味します (典型的な例は化合物 Tl III、Pb IV、Bi v です) ）。 同様の化学的挙動は、ほとんどの d 元素、つまり周期表の B 族の元素 (典型的な例は両性元素 Cr と Zn) の特徴でもあります。

金属（塩基性）と非金属の両方の二重性（両性）特性の発現は、化学結合の性質によるものです。 固体状態では、非定型金属と非金属の化合物には主に共有結合が含まれています（ただし、非金属間の結合ほど強力ではありません）。 溶液中では、これらの結合は容易に切断され、化合物は (完全または部分的に) イオンに解離します。 たとえば、ガリウム金属は Ga 2 分子で構成され、固体状態ではアルミニウムと塩化水銀 (II) の AlCl 3 と HgCl 2 には強い共有結合が含まれますが、溶液中では AlCl 3 はほぼ完全に解離し、HgCl 2 - は非常に小さくなります。 (さらに HgCl + および Cl - イオンに)。

金属の一般物性

結晶格子内に自由電子 (「電子ガス」) が存在するため、すべての金属は次のような特徴的な一般特性を示します。

1) プラスチック- 形状を簡単に変えたり、ワイヤーに伸ばしたり、薄いシートに丸めたりする能力。

2) 金属光沢そして不透明度。 これは、自由電子と金属に入射する光の相互作用によるものです。

3) 電気伝導性。 これは、小さな電位差の影響下で自由電子が負極から正極へ指向的に移動することによって説明されます。 加熱すると電気伝導率が低下するためです。 温度が上昇すると、結晶格子のノード内の原子やイオンの振動が増加し、「電子ガス」の方向性のある移動が困難になります。

4) 熱伝導率。これは自由電子の移動度が高いためであり、そのため金属の質量によって温度がすぐに等しくなるためです。 熱伝導率が最も高いのはビスマスと水銀です。

5) 硬度。最も硬いのはクロム（ガラスを切断する）です。 最も柔らかいアルカリ金属（カリウム、ナトリウム、ルビジウム、セシウム）はナイフで切断されます。

6) 密度。小さいほど、金属の原子質量は小さくなり、原子の半径は大きくなります。 最も軽いのはリチウム (ρ=0.53 g/cm3) です。 最も重いのはオスミウム (ρ=22.6 g/cm3) です。 密度が 5 g/cm3 未満の金属は「軽金属」とみなされます。

7) 融点と沸点。最も可融性の金属は水銀 (融点 = -39°C)、最も融点の高い金属はタングステン (融点 = 3390°C) です。 t°pl の金属。 1000℃を超えると耐火物とみなされ、それ以下は低融点と見なされます。

金属の一般的な化学的性質

強力な還元剤: Me 0 – nē → Men n +

多くの応力は、水溶液中での酸化還元反応における金属の活性の比較を特徴づけます。

I. 金属と非金属の反応

1) 酸素を使用する場合:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) 硫黄の場合:
水銀+S → 水銀S

3) ハロゲンの場合:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2

4) 窒素を使用する場合:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2

5) リンの場合:
3Ca + 2P – t° → Ca 3 P 2

6) 水素の場合 (アルカリ金属とアルカリ土類金属のみが反応します):
2Li + H 2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

II. 金属と酸の反応

1) H までの一連の電気化学的電圧下にある金属は、非酸化性の酸を水素に還元します。

Mg + 2HCl → MgCl2 + H2

2Al+6HCl → 2AlCl3+3H2

6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) 酸化性の酸を使用する場合:

あらゆる濃度の硝酸および濃硫酸と金属との相互作用において 水素は決して放出されません！

Zn + 2H 2 SO 4 (K) → ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

4Zn + 5H 2 SO 4(K) → 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

3Zn + 4H 2 SO 4(K) → 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O

2H 2 SO 4 (c) + Cu → Cu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

10HNO 3 + 4Mg → 4Mg(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

4HNO 3 (c) + Сu → Сu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Ⅲ． 金属と水の相互作用

1) 活性物質 (アルカリ金属およびアルカリ土類金属) は、可溶性の塩基 (アルカリ) と水素を形成します。

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2) 中程度の活性の金属は、加熱すると水によって酸化されて酸化します。

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) 不活性 (Au、Ag、Pt) - 反応しません。

IV. より活性の高い金属による、その塩の溶液からのより活性の低い金属の置換:

Cu + HgCl 2 → Hg + CuCl 2

Fe+CuSO4→Cu+FeSO4

産業界では、純粋な金属ではなく、その混合物がよく使用されます。 合金ある金属の有益な特性が、別の金属の有益な特性によって補完されます。 そのため、銅は硬度が低く、機械部品の製造にはほとんど役に立ちませんが、銅と亜鉛の合金（ 真鍮) はすでに非常に難しく、機械工学で広く使用されています。 アルミニウムは延性が高く、十分な軽さ（密度が低い）を持っていますが、柔らかすぎます。 これに基づいて、マグネシウム、銅、マンガンを含む合金が調製されます。ジュラルミン（ジュラルミン）は、アルミニウムの有用な特性を失うことなく、高い硬度を獲得し、航空機産業に適しています。 鉄と炭素の合金（および他の金属の添加物）は広く知られています。 鋳鉄と 鋼。

自由な形の金属は、 還元剤。ただし、一部の金属は金属で覆われているため反応性が低くなります。 表面酸化膜、水、酸やアルカリの溶液などの化学試薬の作用に対してさまざまな程度の耐性があります。

たとえば、鉛は常に酸化膜で覆われており、溶液に移行するには試薬（希硝酸など）にさらすだけでなく加熱も必要です。 アルミニウムの酸化皮膜は水との反応を防ぎますが、酸やアルカリの作用により破壊されます。 ルース酸化膜 （さび）は、湿った空気中で鉄の表面に形成され、鉄のさらなる酸化を妨げません。

その影響下で 濃縮酸は金属上で形成されます 持続可能な酸化皮膜。 この現象はと呼ばれます 不動態化。 それで、集中的に 硫酸 Be、Bi、Co、Fe、Mg、Nb などの金属を不動態化（その後、酸と反応しない）、および濃硝酸中で - 金属 A1、Be、Bi、Co、Cr、Fe、Nb、Ni、Pb、 THさんとUさん。

酸性溶液中で酸化剤と相互作用すると、ほとんどの金属はカチオンに変わります。その電荷は、化合物中の特定の元素 (Na +、Ca 2+、A1 3+、Fe 2+、Fe 3) の安定した酸化状態によって決まります。 +)

酸性溶液中の金属の還元活性は、一連のストレスによって伝達されます。 ほとんどの金属は塩酸と希硫酸の溶液に変換されますが、Cu、Ag、Hg は硫酸 (濃) と硝酸のみ、Pt と Au は「王水」になります。

金属の腐食

金属の望ましくない化学的性質は、水との接触やその中に溶けている酸素の影響下での活性破壊（酸化）です。 (酸素腐食)。例えば、鉄製品が水中で腐食することは広く知られており、その結果として錆が発生し、製品が粉々に砕け散ります。

金属の腐食は、溶存 CO 2 および SO 2 ガスの存在によっても水中で進行します。 酸性環境が生成され、H + カチオンが水素 H 2 ( 水素腐食).

2 つの異種金属間の接触点は特に腐食性が高い可能性があります ( 接触腐食）。水中に置かれた、Fe などの 1 つの金属と、Sn や Cu などの別の金属との間には、ガルバニック対が発生します。 電子の流れは、一連の電圧 (Re) の左側にあるより活性の高い金属から、より活性の低い金属 (Sn、Cu) に進み、より活性の高い金属が破壊 (腐食) されます。

このため、湿気の多い雰囲気で保管したり、不注意に扱ったりすると、缶の表面（鉄に錫メッキ）が錆びます（鉄は小さな傷が付くとすぐに崩れてしまい、鉄が湿気に触れます）。 逆に、鉄バケツの亜鉛メッキ表面は、傷がついても腐食するのは鉄ではなく亜鉛（鉄よりも活性な金属）であるため、長期間錆びません。

特定の金属の耐食性は、より活性な金属でコーティングされるか、金属が融合されると強化されます。 たとえば、鉄をクロムでコーティングしたり、鉄とクロムの合金を作ったりすると、鉄の腐食がなくなります。 クロムを含む鉄鋼にクロムメッキを施したもの（ ステンレス鋼）高い耐食性を持っています。

電気冶金すなわち、溶融物（最も活性な金属の場合）または塩溶液の電気分解によって金属を得る。

乾式冶金即ち、高温での鉱石からの金属の回収（例えば、高炉プロセスでの鉄の生産）。

湿式冶金すなわち、より活性な金属によるその塩の溶液からの金属の単離（例えば、亜鉛、鉄、またはアルミニウムの作用によるCuSO 4 溶液からの銅の生成）。

自然金属は自然界に存在することもありますが (代表的な例は Ag、Au、Pt、Hg)、より多くの場合、金属は化合物の形で存在します ( 金属鉱石）。 地球の地殻に存在する金属は、最も一般的なもの（Al、Na、Ca、Fe、Mg、K、Ti）から最も希少なもの（Bi、In、Ag、Au、Pt、Re）まで異なります。

物質の化学的性質は、それがどのような化学元素で構成されているかだけでなく、物質の分子の構造 (構造異性) や分子の空間的配置 (立体異性、立体異性) にも依存します。 原則として、同じ組成および構造を有する物質は、異なる空間配置の物質との反応を除いて、同じ化学的性質も持ちます。 この区別は生化学において特に重要であり、例えば、タンパク質が他の生物学的に活性な物質と反応する能力は、タンパク質が折り畳まれる方法に依存する可能性がある。

化学的性質の例

こちらも参照

ノート

ウィキメディア財団。 2010年。

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本

• 半導体物質の物理的および化学的性質。 ハンドブック、 。 この参考書は、純粋な無機結晶の主な特性と、元素、二重、三元、およびより複雑ないくつかのガラス状物質を体系化しています。

最後に 人類200年化学の発展の歴史全体よりも物質の性質をよりよく研究しました。 当然のことながら、物質の数も急速に増加しています。これは主に物質を入手するためのさまざまな方法の開発によるものです。

私たちは日常生活の中で多くの物質に遭遇します。 その中には、水、鉄、アルミニウム、プラスチック、ソーダ、塩などが含まれます。 空気中に含まれる酸素や窒素、水に溶けている物質など、自然界に存在する天然由来の物質を天然物質といいます。 アルミニウム、亜鉛、アセトン、石灰、石鹸、アスピリン、ポリエチレン、その他多くの物質は自然界には存在しません。

これらは研究室で入手され、業界で生産されます。 人工物質は自然界に存在するものではなく、天然物質から作られます。 自然界に存在する物質の中には、化学実験室でも入手できるものもあります。

つまり、過マンガン酸カリウムが加熱されると酸素が放出され、チョークが加熱されると - 二酸化炭素。科学者たちは、グラファイトをダイヤモンドに変え、ルビー、サファイア、マラカイトの結晶を成長させる方法を学びました。 このように、天然由来の物質のほかに、自然界には存在しない人工的に作られた多種多様な物質が存在します。

自然界には存在しない物質がさまざまな企業で生産されています。 工場、プラント、コンバインなど。

地球の天然資源が枯渇する状況において、化学者は現在、重要な課題に直面している。それは、実験室または工業生産において、天然物質の類似物質を人工的に得ることを可能にする方法を開発し、実行することである。 たとえば、自然界の化石燃料の埋蔵量は枯渇しつつあります。

石油や天然ガスが枯渇する日が来るかもしれません。 すでに、同じくらい効率的でありながら環境を汚染しない新しいタイプの燃料が開発されています。 今日まで、人類はダイヤモンド、エメラルド、ベリルなどのさまざまな宝石を人工的に入手することを学びました。

物質の集合状態

物質はいくつかの凝集状態で存在できますが、そのうちの 3 つは固体、液体、気体です。 たとえば、自然界の水は、次の 3 つの凝集状態すべてで存在します。 固体（氷と雪の形）、液体（液体の水）、気体（水蒸気）です。物質は、通常の条件下では 3 つの凝集状態すべてで存在できないことが知られています。 この一例は二酸化炭素です。 室温では無色の無臭の気体です。 -79°Сでこの物質は「凍結」し、固体の凝集状態になります。 このような物質の一般的な（ありふれた）名前は「ドライアイス」です。 この名前は、「ドライアイス」が溶けることなく、つまり水などに存在する液体の凝集状態に移行することなく二酸化炭素に変わるという事実に基づいてこの物質に付けられました。

したがって、重要な結論を導くことができます。物質は、ある凝集状態から別の凝集状態に移行しても、他の物質に変化することはありません。 何らかの変化、変容の過程自体を現象と呼びます。

物理現象。 物質の物理的性質。

物質が他の物質に変化することなく、集合状態を変化させる現象を物理的といいます。 個々の物質には特定の特性があります。 物質の特性は、互いに異なる場合もあれば、類似する場合もあります。 各物質は、一連の物理的および化学的特性を使用して記述されます。 水の例を見てみましょう。 水は0℃で凍って氷になり、+100℃で沸騰して水蒸気になります。 これらの現象は物理的なものであり、水は別の物質になっているわけではなく、凝集状態が変化しているだけです。 これらの凝固点と沸点は水に特有の物理的性質です。

ある物質が他の物質に変化することなく、測定または視覚的に決定される物質の特性は、物理的性質と呼ばれます。

アルコールの蒸発は水の蒸発と同じです- 物理現象、物質は同時に凝集状態を変化させます。 実験後、アルコールは水よりも早く蒸発することが確認できます。これがこれらの物質の物理的特性です。

物質の主な物性には、凝集状態、色、匂い、水への溶解度、密度、沸点、融点、熱伝導率、電気伝導率などがあります。 結晶の色、匂い、味、形などの物性は視覚や感覚によって判断でき、密度、電気伝導度、融点、沸点などは測定によってわかります。 多くの物質の物理的特性に関する情報は、参考書などの専門文献に収集されています。 物質の物理的性質は、その凝集状態によって決まります。 たとえば、氷、水、水蒸気の密度は異なります。

気体酸素は無色ですが、液体酸素は青色です。物理的特性の知識は、多くの物質を「認識」するのに役立ちます。 例えば、 銅- 唯一の赤い金属。 塩味があるのは食卓塩だけです。 ヨウ素- ほぼ黒色の固体で、加熱すると紫色の蒸気に変わります。 ほとんどの場合、物質を定義するには、その物質のいくつかの特性を考慮する必要があります。 例として、水の物理的特性を特徴付けます。

• 色 - 無色（少量）
• 臭気 - 無臭
• 凝集状態 - 通常の状態では液体
• 密度 - 1 g / ml、
• 沸点 – +100°С
• 融点 - 0°С
• 熱伝導率 - 低い
• 電気伝導率 - 純水は電気を通さない

結晶質および非晶質物質

固体の物理的性質を説明するときは、物質の構造を説明するのが通例です。 虫眼鏡で食卓塩のサンプルを見ると、塩が多くの小さな結晶で構成されていることがわかります。 非常に大きな結晶は塩の鉱床でも見つかります。 結晶は正多面体の形状を持つ固体です。結晶にはさまざまな形やサイズがあります。 テーブルなどの特定の物質の結晶 塩 – 壊れやすい、壊れやすい。 かなり硬い結晶が入っています。 たとえば、最も硬い鉱物の 1 つはダイヤモンドです。 塩の結晶を顕微鏡で見ると、すべて同じような構造をしていることがわかります。 たとえばガラス粒子を考えてみると、それらはすべて異なる構造を持っています。そのような物質はアモルファスと呼ばれます。 非晶質物質には、ガラス、デンプン、琥珀、蜜蝋などがあります。 アモルファス物質 - 結晶構造を持たない物質

化学現象。 化学反応。

物理現象においては、原則として物質が集合状態を変化させるだけであるとすれば、化学現象においては、ある物質が別の物質に変化する。 以下に簡単な例をいくつか示します。マッチの燃焼には木材の焦げとガス状物質の放出が伴います。つまり、木材が他の物質に不可逆的に変化します。 もう一つの例：時間の経過とともに、ブロンズ彫刻は緑色のコーティングで覆われます。 これは青銅に銅が含まれているためです。 この金属は酸素、二酸化炭素、空気中の水分とゆっくりと相互作用し、その結果、彫刻の表面に新しい緑色の物質が形成されます。 化学現象 - ある物質が別の物質に変化する現象物質の相互作用と新しい物質の形成のプロセスは化学反応と呼ばれます。 化学反応は私たちの身の回りで起きています。 化学反応は私たちの中で起こります。 私たちの体内では、多くの物質の変化が絶えず起こり、物質は互いに反応し、反応生成物を形成します。 したがって、化学反応では常に反応する物質と、反応の結果として形成される物質が存在します。

• 化学反応- 物質の相互作用のプロセス。その結果、新しい特性を持つ新しい物質が形成されます。
• 試薬- 化学反応を起こす物質
• 製品- 化学反応の結果として形成される物質

化学反応は一般的に反応スキームで表されます。 試薬 -> 製品

• 試薬– 反応のために採取された初期物質。
• 製品- 反応の結果として形成される新しい物質。

あらゆる化学現象（反応）には特定の兆候が伴い、それによって化学現象と物理現象を区別することができます。 このような兆候には、物質の色の変化、ガスの放出、沈殿物の形成、熱の放出、発光などが含まれます。

多くの化学反応は、熱と光の形でエネルギーの放出を伴います。 一般に、このような現象は燃焼反応を伴います。 空気中での燃焼反応では、物質は空気中に含まれる酸素と反応します。 たとえば、金属マグネシウムは空気中で燃え上がり、まばゆいばかりの炎を上げて燃え上がります。 20 世紀前半に写真を作成するためにマグネシウム フラッシュが使用されたのはこのためです。 場合によっては、熱を放出せずに、光の形でエネルギーを放出することが可能です。太平洋プランクトンの一種は、暗闇でもはっきりと見える明るい青色の光を発することができます。 光の形でのエネルギーの放出は、この種のプランクトンの生物内で起こる化学反応の結果です。

記事の要約:

• 物質には、天然由来の物質と人工由来の物質という 2 つの大きなグループがあります。
• 通常の状態では、物質は 3 つの凝集状態にあります。
• ある物質が他の物質に変化することなく、測定または視覚的に決定される物質の特性は、物理的性質と呼ばれます。
• 結晶は正多面体の形状を持つ固体です。
• アモルファス物質 - 結晶構造を持たない物質
• 化学現象 - ある物質が別の物質に変化する現象
• 試薬は、化学反応を起こす物質です。
• 製品 - 化学反応の結果として形成される物質
• 化学反応には、ガス、沈殿物、熱、光の放出が伴う場合があります。 物質の色の変化
• 燃焼は、化学反応中に出発物質が燃焼生成物に変化する複雑な物理的および化学的プロセスであり、激しい熱と光（炎）の放出を伴います。

神は人間に鉄を与え、悪魔は錆を滑らせた。

ことわざ

数十年で資産が変わる。 d要素に特徴があるので ポジティブその後、単体の物質の形では還元特性を示し、水溶液中では酸化還元電位 E の値によって特徴付けられます。 0 10 年後、左から右に、その値は I 1 の値と相関し、 成長しているしかし、マンガンおよび亜鉛サブグループへの転移では、I 1 の急激な増加にもかかわらず、I 2 の値の減少と、これらの金属への転移時の結晶格子のエネルギーの減少により減少します。周期表ではそれらの左側に位置します）。

回転数でのコンパクト状態。 最初の 10 年間の M であっても、E の負の値を持つ (Sc から Mn E 0 までの 0)< −0,90 B), с водой не реагируют вследствие образования不動態化表面に酸化皮膜ができています。 しかし、赤熱温度では、さらに活性の低い金属 (鉄、ニッケル、バナジウム、チタン類似体) が水から水素を置き換えます。 M の反応性も、それらが転移されると急激に増加します。 細かく分散したたとえば、マンガンやクロムの粉末は約 100 ℃で水と相互作用します。 (MnO 2 と Cr 2 O 3 の形成を伴う)。

最初の 10 年間のすべての金属 (E 0)< 0, кроме ванадия. Наиболее активные М: цинк и марганец – растворяются даже в уксусной кислоте, а медь (в ряду напряжений стоит правее водорода) лишь в т.н. кислотах-окислителях. При указанных взаимодействиях только Sc и Тi образуют соединения в ст.ок. (+3), остальные – в (+2), хотя хром(II) и (гораздо медленнее) железо(II) на воздухе затем окисляются до (+3).

希酸中のバナジウムの異常な不動態（E 0 \u003d -1.20 V）について説明します 特殊な密度その酸化膜です。 これは、この金属が反応する HF または濃 HNO にのみ溶解します。

V + HNO 3 \u003d HVO 3 + NO。

他の アクティブ場合によってはM 溶解度濃硝酸中のそれらの酸化膜は、濃硝酸と反応して窒素を（-3）に還元するか（これらは亜鉛、マンガン、およびスカンジウムサブグループです）、またはCr 124などの酸化膜の厚さによって窒素によって不動態化されます。

不動態化は人為的に行うこともできます。 したがって、クロム（亜鉛と鉄の間の一連の電圧にある）を濃硝酸で処理すると、その電位は -0.56 V から +1.2 V、つまり 1.2 V に増加します。 Cr は Pt とほぼ同じ貴さになります。 (クロムは、ステンレス鋼やその他の合金の組成において特に容易に不活性化されます 125 。) 濃 H 2 SO 4 および HNO 3 も鉄を不動態化します。

コバルトとニッケルは、原子半径が近いため、化学的活性が鉄と似ています（したがって、それらは結合します） 家族腺）。 しかし、鉄が希塩酸および体積比の硫酸と反応すると、加熱するとコバルトとニッケルが反応します。 さらに、硝酸に対する酸化物の溶解度が高いため、硝酸による失活は鉄よりも少ないです。

20 年目と 30 年目の要素では、E 0 の値の変化の性質は最初の 10 年目とほぼ同じままであることに注意してください。

サブグループ内のプロパティの変更。 d サブグループの I 1 の値は主に 成長し、強度の増加 M 格子内の結合 (mp を比較)。 結果として、（主要なサブグループおよび Sc サブグループとは対照的に）E 0 の値はより正になり、金属の反応性が高くなります。 減少する.

したがって、サブグループIBでは、銅が℃で濃硫酸に溶解する場合、銀はt>160℃でのみ溶解します。ただし、銀は銅と同様に、 部屋温度硝酸および金と相互作用します - 「王水」とのみ相互作用します（セレン酸（上記参照）およびHCl存在下の塩素水と同様）。

IIB サブグループでは、Zn は酢酸にも可溶で、Cd は HCl に、Hg (E 0 > 0) は HNO にのみ可溶です (酸が不足すると 3、酸が不足すると酸化は Hg、2 2 +、過剰になると酸化が進みます)。ハグ）。 2+

同様に、VIIB サブグループでは、Mn も CHCOOH 3、Tc および Re (それらの値) と反応します。

E 0: それぞれ0.47 Vと0.37 V)、約。 酸化性の酸、例えば硝酸（NO と HEO 4 の生成物）にのみ溶解します。

VIIIB サブグループでは、鉄族の金属はすべて希酸と相互作用します。 そしてそれらの類似物、つまり 白金金属 (E 0 > 0) は次の条件でのみ酸化されます。 タフ条件、およびそれらの半径の近さにより大きな影響が発生します。 類似性化学的挙動にもありますが、 違い.

したがって、それらの中で最も活性なパラジウムは、銀と同様に酸に属します。 ロジウムとイリジウムは、他のものとは異なり、「ロイヤルウォッカ」にも溶解しません 126 。 それらは、赤熱温度で塩素で飽和した塩化ナトリウム溶液と反応して、以下の生成物を形成します。 持続可能な錯体Na 3 [ECl 6 ]。 ただし、黒色のこれらの金属は、酸素の存在下では熱硫酸や塩酸とさえ容易に反応します。 これらの条件下では、オスミウムも酸素との親和性が高いため (?)、緻密な形で溶解することに注意してください。

第 2 および第 3 十年代の M における IV、V および VI 側サブグループでは E 0< 0 , но за счет влияния密集表面に酸化膜があるため、過酷な条件下でのみ酸と反応します。 したがって、Zr と Hf は、錯化酸、つまり熱硫酸 (生成物は H 2 [E (SO 4) ] 3) とフッ化水素酸 (H 4 [EF 8 ]) にのみ可溶です。 モリブデンは加熱すると酸化性の酸とのみ相互作用しますが、タングステン、ニオブ、タンタルは HF と HNO の混合物 (それぞれ NO と H 2 WF 8 または H 2 EF 7 の 3 つの生成物) とのみ相互作用します。

したがって、速度因子のオーバーレイ (不動態化膜) があるかどうかに関係なく、サブグループ内の酸に対する d 金属の活性は低下します。 例外、すでに述べたように、 スカンジウムサブグループ f圧縮の影響がなく、原子半径の値の変化の性質、I 1 およびE 0 はメインサブグループと同じです。 その結果、ランタンは（酸にのみ可溶なスカンジウムやイットリウムとは異なり）水とさえ相互作用します。

La + H 2 O → La (OH) 3 + H 2。

d メタルとアルカリの比率。銀はアルカリ 127 に対して最も耐性があり、亜鉛は最も耐性がありません。 解決アルカリ、水の水素を還元し、錯体 128 - を形成します。 残りの d メタルは、アニオンの形で存在する傾向がある場合、アルカリ (またはソーダ) と反応します。 融合したとき、 例えば：

Ti⎫ ⎧Na 2 TiO 3 ⎬ + NaOH→ H 2 + ⎨ 。

⎭ ⎩ナ3ヴォ4

その他の場合は、 酸化剤:

Cr + NaNO 3 + NaOH → Na 2 CrO 4 + NaNO 2、

O 2 + Na 2 CO 3 → Na 2 WO 4 + CO 2。

さらに、W と Mo は Cr よりもアルカリと活発に相互作用します。 その表面は、クロム (Cr 2 O 3) の場合よりも酸性の酸化物 (EO) 3 との反応中にコーティングされます。

d-メタルと単体物質の相互作用。 腐食。室温条件下では、貴金属を除くほとんどの d 金属はフッ素のみが酸化します (ただし、Cu、Ni、Fe (および Pb、Al) との反応は保護フッ化物膜の形成に限定されます)。 また、約で。 熱力学的に非常に強い物質の形成により、金は臭素と相互作用し、水銀はヨウ素および硫黄と相互作用します。 持続可能な製品: AuBr、3 HgI 2 および HgS (セクション「ハロゲン」を参照)。

空気中では、かなり活性な金属（Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni）が細かく分散した状態で存在します。 自然発火性の 2（つまり、空気中に注ぐと点灯します）ですが、コンパクトな形状では、ほとんどのMは不動態化により安定しています。 特に 密集表面皮膜はバナジウムおよびチタンのサブグループの金属を形成しているため、高い耐食性（海水中でも）を備えています。

他の金属はそれほど安定していません。 空気成分の影響下で (何?)、亜鉛と銅はゆっくりと腐食します (E 2 (OH) 2 CO 3 の生成を伴います)。 銀さえも黒くなり、硫化物で覆われます（O 2 、H 2 O、および H 2 S の複合的な影響下で。それぞれの役割は何ですか？）。

鉄は特に早く腐食します。 確かに、乾燥した雰囲気では、その酸化は形成されるまでしか進行しません。 密集 FeO 膜の不動態化。 しかし、水分が存在すると、反応によって得られる生成物は次のようになります。

Fe + H 2 O → FeO + H 2、

H 2 O 分子によって活性化された酸素によって酸化されて Fe 2 O 3 になります。 同時に、金属表面に水分が吸収され、それ自体の酸化生成物が部分的に溶解し、 妨げる形成 密集酸化物構造となり、鉄の腐食が進行します。 に深い.

アルカリを添加すると酸素の酸化電位が低下するため、プロセスの進行度は低くなります。 ご了承ください とてもピュア鉄は水素をよく吸着し、表面を不動態化するため酸化しません。

防食用の工業用鉄は、塗装または錫めっき、亜鉛めっき、クロムめっき、ニッケルめっき、窒化（Fe 4 N コーティング）、セメンティング（Fe C 3）およびその他の処理方法が施されます。 特に、 ガラス化レーザーを利用して金属表面を加工すると、耐食性が 12 倍向上しますが、M が 200 ℃以上に加熱されると、この効果は失われます。 空気中での鉄の酸化を防ぐための、より信頼性が高いが高価な方法は、ステンレス鋼 (18% Cr および 9% Ni) を入手することです。

ただし、腐食はゆっくりとしたプロセスであり、十分です。 速い d-メタルは非金属とのみ反応します 加熱すると、スカンジウムの最も活性な M サブグループ ((+3) に酸化) も含まれます。 （ただし、ScからLaになると相互作用活性が高まり（？）、ランタンなどは塩素で発火します） 回転数で)

反応性の低い (?) チタンサブグループの金属の場合、 もっと加熱（150℃以上）。 この場合、Hf は Hf + 4 に変態し、Ti と Zr は生成物を形成する可能性があります。 劣った st.ok.: Ti 2 O 3、ZrCl 2 など。ただし、これらは強力な還元剤であり、特に Zr (?) の場合、空気中で酸化するか不均化します。

ZrCl 2 → Zr+ ZrCl 4 。

バナジウムサブグループのさらに活性の低い金属では、反応はt>400℃で進行し、生成物の形成は最高温度でのみ行われる。 (+5)。

クロムサブグループに移動すると、M の反応性が 成長している（酸化物の揮発性が高いため）しかし、Cr から W まで減少します (?)。 したがって、クロムはすべての G 2 と相互作用し、モリブデンは I 2 と反応せず、タングステンも Br 2 と反応しません。 さらに、クロムの酸化は（+3）まで、その類似体は（+6）まで進みます。 (WF は N.C. で最も重いガスであることに注意してください)

同様のパターンが d 金属の他のサブグループでも観察されます。 したがって、テクネチウムおよびレニウムはヨウ素とは反応せず、t>400℃でのみ他のハロゲンと相互作用し、EG 7 を形成します。 同時に、マンガンはわずかな加熱により酸化します。

グレーでもセントまで。 (+2)。

銅は次のものと反応します 濡れた塩素は容積で、銀はわずかに加熱し、金は 200 ℃以上でのみ作用します。加熱すると、酸素は銅 (CuO 生成物、高温では Cu 2 O (?)) にのみ作用し、銀は酸化します (金とは異なります）オゾンによる（AgOへの）。

亜鉛も CO 2 で燃焼し、水銀も約 2 で燃焼します。 酸化皮膜すら覆われていません。 300 ℃に加熱すると、HgO と Hg 2 O 酸化物の混合物が形成され、t > 400 ℃ で O が分離して Hg に変わります。一方、酸化カドミウムの分解温度は 1813 ℃、ZnO の分解温度は 1950 ℃です。 0℃。

白金金属と金は化学的に最も安定していますが、十分に加熱すると、活性や活性は異なりますが、ほぼすべての非金属 (G 2、O 2、S、P、As) と反応します。 選択性; すなわち、左から右の期間では、O 2 および F 2 に対する抵抗が増加し、Cl 2 および S に対する抵抗が減少します (元素の原子の電子構造に従って (?))。

したがって、フッ素がｔ＞４００℃でのみ白金と反応する場合、塩素は２５０℃で反応する（ＰｔＣｌ ２ 生成物）。 あるいは、酸素との相互作用を考慮すると、黒色のオスミウムは空気中で 100 倍の体積で酸化されます。 （OsO 4まで）、ルテニウムはわずかに加熱し、残りは赤熱温度で。 製品: IrO 2 、PdO、PtO 2 、Rh 2 O 3 。

(さらに強く加熱すると、次のような反応が起こると、これらの酸化物は分解します。

PtO 2 → Pt+O 2

500 °C で加熱すると分解します。

RuO 2 → Ru+O 2

t > 1300 °C の場合にのみ発生します)。

金属の酸素に対する耐性の同様の増加は、鉄からニッケルへの遷移でも観察されます (表 14 を参照)。

表14鉄族金属と酸素の相互作用の特徴

固溶体の形成。 dメタルの特徴としては、芸の幅広さによる傾向が挙げられます。 と原子価状態を組み合わせて化合物を形成する 非化学量論的組成: 金属間化合物 (AlNi など) または金属化合物 (Fe S 3、VN、LaB、ZrC 6 など)。 と 固溶体、特にソリューション 実装ガス。 つまり、スカンジウムとチタンのサブグループの金属は、水素を体積で吸収します。 組成：EH 2 および EH (3 加熱すると、H 2 の溶解度が低下します)。

ニッケルとパラジウムは水素に対して特別な親和性を持っているため (1 V の Pd は 1000 V の H 2 を溶解します)、反応の触媒となります。 水素化。 そして、たとえば、プラチナは主に O 2 (最大 700 V) を吸収するため、酸素の関与で起こるプロセスの触媒として使用されます。 酸化自動車排ガスの後燃用のNH 3 からNO、SO 2 からSO、3（この場合、特にNOはN 2 に、COはCO 2 になります）など。

これらの金属の触媒作用のメカニズムは、推定されているように、M に溶解したガスが 霧化された。 したがって、金属中の溶液が加熱されたときに放出される水素は、分子状水素よりも強力な還元剤です。

さらに、例えば、H 2 を吸収すると、パラジウムはある限界まで金属特性を保持しますが、常磁性を失います。 これは、水素原子の少なくとも一部がその価電子を金属の伝導帯に提供することを意味します。

たとえば、水素が鉄に溶解するときの水素化物イオンの部分的な形成に関するデータもあります。 いわゆる受けです。 H 2 分子が全体として d 金属原子上に配位した型破りな水素化物。 (それらは、触媒反応中に生じる中間体の研究におけるモデルとして機能します。)