Почему литий самый активный металл?

С точностью ответить на вопрос, какой самый активный металл, почти невозможно. Все связано с тем, что ученые имеют разные точки зрения в отношении данного
Содержание

Почему литий самый активный металл?

Самый активный металл

С точностью ответить на вопрос, какой самый активный металл, почти невозможно. Все связано с тем, что ученые имеют разные точки зрения в отношении данного вопроса. Некоторые признают наиболее активным цезий. Другие утверждают, что таковым можно считать литий, а третьи утверждают, что наиболее активным считается франций. Почему же столько разных мнений и с чем это связано? Но при рассмотрении данного вопроса, учитывая все нюансы, можно найти более-менее ясный ответ, какой же металл может считаться наиболее активным.

Цезий

Если рассматривать просто активный элемент, то лидером среди таковых считается цезий. Известно, что в таблице Менделеева такой параметр, как активность, имеет свойство увеличиваться по направлению справа налево и сверху вниз. В находящихся в правой группе элементах на внешнем слое располагается 1 электрон, от которого атом избавляется довольно просто. Если бы электронов присутствовало 2 (как у веществ из второй группы), то отделение электронов занимало бы еще больше времени (и так дальше). Однако и в первой группе элементы являются по своей активности совершенно не одинаковыми. Чем в более нижней строчке располагается вещество, тем на более далеком расстоянии от ядра вращается электрон, а, следовательно, оторваться от ядра ему проще. Данным приведенным условиям полностью соответствует такой металл, как цезий. Именно поэтому его и можно отнести к наиболее активным.

Цезий открыт методом спектрального анализа (в 1860г.). За ярко-голубую полосу на спектроскопе металл назвали «цезием» («небесно-голубой» в переводе с латинского). Металл обладает наибольшей химической активностью, мгновенно окисляется на воздухе, возгорая при этом, а также реагирует с водой с образованием взрыва. Из-за своих свойств цезий применяют во многих отраслях промышленности и науки. Однако применение его очень избирательно, поскольку металл является дорогостоящим из-за затратности его добычи.

Литий

При внесении уточнений и рассмотрения наиболее электрохимически активного элемента становится очевидно, что лидирующее положение в плане активности займет литий. Название данного элемента переводится как «камень» – связано это с тем, что он был обнаружен в петалите (минерал). Металл, обладающий серебристым цветом, тонет в воде, но уверенно держится на поверхности керосина. По электрохимической активности данный элемент превосходит все остальные щелочные элементы, вытесняя другие металлы при химических реакциях. Это главное свойство лития является определяющим для остальных его характеристик.

Литий является очень важным элементом для нормального функционирования всего организма человека, но необходим он в маленьких дозах. При повышенной концентрации лития в организме человека может произойти отравление, пониженное же его содержание может привести к психической нестабильности человека. В некоторых напитках литий даже позиционировался, как превосходное средство от похмельного синдрома. Возможно, это не лишено смысла, и литий действительно помогает справиться с недомоганием после принятия спиртных напитков, однако употреблять его в повышенных дозах не рекомендуется в силу вышеуказанных причин.

Франций

И франций может уверенно претендовать на звание наиболее активного элемента. При этом он схож по своим характеристикам с цезием. Поэтому эти два металла могут вполне конкурировать между собой за звание наиболее активных. В природе франций содержится в ограниченных количествах. Долгое время даже не удавалось отыскать этот элемент, несмотря на то, что он был давно предсказан, а его свойства хорошо описаны. Из-за высокой радиоактивности франций отличается нестабильностью.

В далекие времена французские алхимики имели огромное желание получать золото из других элементов. Однако была выявлена другая возможность – золото отлично подходит для выделения из него франция. Однако таким методом получить франций в больших количествах очень сложно. Итак, данный металл является одним из наиболее активных, в значительной степени превосходящих самый активный неметалл, которым является фтор.

Активные металлы

Металлы, легко вступающие в реакции, называются активными металлами. К ним относятся щелочные, щелочноземельные металлы и алюминий.

Положение в таблице Менделеева

Металлические свойства элементов ослабевают слева направо в периодической таблице Менделеева. Поэтому наиболее активными считаются элементы I и II групп.

Рис. 1. Активные металлы в таблице Менделеева.

Все металлы являются восстановителями и легко расстаются с электронами на внешнем энергетическом уровне. У активных металлов всего один-два валентных электрона. При этом металлические свойства усиливаются сверху вниз с возрастанием количества энергетических уровней, т.к. чем дальше электрон находится от ядра атома, тем легче ему отделиться.

Наиболее активными считаются щелочные металлы:

  • литий;
  • натрий;
  • калий;
  • рубидий;
  • цезий;
  • франций.

К щелочноземельным металлам относятся:

  • бериллий;
  • магний;
  • кальций;
  • стронций;
  • барий;
  • радий.

Узнать степень активности металла можно по электрохимическому ряду напряжений металлов. Чем левее от водорода расположен элемент, тем более он активен. Металлы, стоящие справа от водорода, малоактивны и могут взаимодействовать только с концентрированными кислотами.

Рис. 2. Электрохимический ряд напряжений металлов.

К списку активных металлов в химии также относят алюминий, расположенный в III группе и стоящий левее водорода. Однако алюминий находится на границе активных и среднеактивных металлов и не реагирует с некоторыми веществами при обычных условиях.

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 Al2O3, которая делает его устойчивым к действию концентрированных кислот.

Алюминий относится к металлам p-семейства. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня – 3s

. В своих соединениях алюминий проявляет степень окисления равную «+3».

Алюминий получают электролизом расплава оксида этого элемента:

Однако из-за небольшого выхода продукта, чаще используют способ получения алюминия электролизом смеси Na3 и Al2O3. Реакция протекает при нагревании до 960С и в присутствии катализаторов – фторидов (AlF3, CaF2 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):

Положение активных металлов в таблице Менделеева

К активным металлам относятся три группы элементов:

  • щелочные металлы;
  • щелочноземельные металлы;
  • алюминий.

Щелочные металлы находятся в первой группе таблицы Менделеева, то есть занимают в ней крайнее левое положение. В частности щелочными металлами являются:

  • литий (Li);
  • натрий (Na);
  • калий (K);
  • рубидий (Rb);
  • цезий (Cs);
  • франций (Fr).

Щелочноземельные металлы находятся во второй группе, то есть правее щелочных металлов. К ним относятся:

  • бериллий (Be);
  • магний (Mg);
  • кальций (Ca);
  • стронций (Sr);
  • барий (Ba);
  • радий (Ra).

Активные металлы в таблице Менделеева

В целом активные металлы отличаются тем, что имеют один или два валентных электрона, поэтому они легко отдают эти электроны в ходе химических реакций, выступая в качестве восстановителей. Степень активности металла можно оценить по его расположению в электрохимическом ряде активности металлов. Чем левее там находится металл, тем сильнее выражены его восстановительные свойства. Крайнее левое положение в ряде занимает литий. В вот крайне правое положение в ряду занимает золото, именно поэтому оно почти не окисляется кислотами.

Электрохимический ряд напряжений металлов

Алюминий – это так называемый постпереходный металл, по своим свойствам он находится где-то между активными и среднеактивными металлами. Разные ученые придерживаются различного мнения о том, стоит ли считать алюминий активным металлом.

Активные металлы не встречаются в природе в чистом виде, так как они быстро вступают в химические реакции с другими элементами. Чаще всего в природе они присутствуют в виде оксидов. Например, даже если алюминий получен в чистом виде, то на воздухе он быстро покрывается оксидной пленкой.

Читайте также  Чем можно снять краску с металла?

Свойства

Активные металлы отличаются мягкостью (можно разрезать ножом), лёгкостью, невысокой температурой плавления.

Основные химические свойства металлов представлены в таблице.

Реакция

Уравнение

Исключение

Щелочные металлы самовозгораются на воздухе, взаимодействуя с кислородом

Литий реагирует с кислородом только при высокой температуре

Щелочноземельные металлы и алюминий на воздухе образуют оксидные плёнки, а при нагревании самовозгораются

Реагируют с простыми веществами, образуя соли

Алюминий не вступает в реакцию с водородом

Бурно реагируют с водой, образуя щёлочи и водород

Реакция с литием протекает медленно. Алюминий реагирует с водой только после удаления оксидной плёнки

Реагируют с кислотами, образуя соли

Взаимодействуют с растворами солей, сначала реагируя с водой, а затем с солью

Активные металлы легко вступают в реакции, поэтому в природе находятся только в составе смесей – минералов, горных пород.

Рис. 3. Минералы и чистые металлы.

Тест по теме

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Активные металлы – список в химии, таблица ряда

Когда люди слышат слово «металл», то обычно оно ассоциируется с холодным и твердым веществом, проводящим электрический ток. Однако металлы и их сплавы могут очень сильно отличаться между собой. Есть те, которые относятся к группе тяжелых, эти вещества имеют самую высокую плотность. А некоторые, к примеру, литий, настолько легки, что могли бы плавать в воде, если бы только не вступали с ней в активную реакцию.

Свойства цезия

Цезий – это элемент, который, подобно металлу галлию, легко расплавить в руках. Сделать это, правда, можно лишь при одном условии: если цезий находится в стеклянной ампуле. В противном случае металл может быстро вступить в реакцию с окружающим воздухом – воспламенится. А взаимодействие цезия с водой сопровождается взрывом – таков в своем проявлении самый активный металл. Это ответ на вопрос о том, почему так сложно помещать в контейнеры цезий.

Для того чтобы его поместить внутрь пробирки, необходимо, чтобы она была изготовлена из специального стекла и наполнена аргоном или водородом. Температура плавления цезия составляет 28,7 оС. При комнатной температуре металл находится в полужидком состоянии. Цезий представляет собой вещество золотисто-белого цвета. В жидком состоянии металл хорошо отражает свет. Пары цезия имеют зеленовато-синий оттенок.

Свойства

Активные металлы отличаются мягкостью (можно разрезать ножом), лёгкостью, невысокой температурой плавления.

Основные химические свойства металлов представлены в таблице.

2K + 2HMnO 4 → 2KMnO 4 + H 2

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2 ; — 2NaOH + CuCl 2 → Cu(OH) 2 ↓ + 2NaCl

Активные металлы легко вступают в реакции, поэтому в природе находятся только в составе смесей — минералов, горных пород.

Рис. 3. Минералы и чистые металлы.

Каким способом был открыт цезий?

Самый активный металл был первым химическим элементом, наличие которого в поверхности земной коры было обнаружено при помощи метода спектрального анализа. Когда ученые получили спектр металла, то в нем они увидели две линии небесно-голубого цвета. Таким образом и получил свое название этот элемент. Слово caesius в переводе с латинского языка значит «небесно-голубой».

История открытия

Его открытие принадлежит немецким исследователям Р. Бунзену и Г. Кирхгофу. Уже тогда ученые интересовались, какие металлы активные, а какие – нет. В 1860 году исследователи изучали состав воды из Дюркгеймского водохранилища. Делали они это при помощи спектрального анализа. В образце воды ученые обнаружили такие элементы, как стронций, магний, литий, кальций.

Затем они решили проанализировать каплю воды при помощи спектроскопа. Тогда они и увидели две ярко-голубые линии, находящиеся недалеко друг от друга. Одна из них по своему положению практически совпадала с линией металла стронция. Ученые решили, что выявленное ими вещество является неизвестным и отнесли его к группе щелочных металлов.

В том же году Бунзен написал письмо своему коллеге-фотохимику Г. Роско, в котором рассказывал об этом открытии. А официально о цезии было сообщено 10 мая 1860 года на заседании ученых Берлинской академии. Через шесть месяцев Бунзен смог выделить около 50 граммов хлороплатинита цезия. Ученые переработали 300 тонн минеральной воды и выделили порядка 1 кг хлорида лития в качестве побочного продукта, чтобы в конечном счете получить самый активный металл. Это говорит о том, что цезия в минеральных водах содержится очень мало.

Сложность получения цезия постоянно толкает ученых на поиск содержащих его минералов, одним из которых является поллуцит. Но извлечение цезия из руд всегда оказывается неполным, в процессе эксплуатации цезий очень быстро рассеивается. Это делает его одним из самых труднодоступных веществ в металлургии. В земной коре, к примеру, содержится 3,7 граммов цезия на одну тонну. А в одном литре морской воды лишь 0,5 мкг вещества представляют собой самый активный металл. Это приводит к тому, что извлечение цезия является одним из самых трудоемких процессов.

Технология получения

Способ получения металлического лития определяется сырьем:

  • Руду преобразуют методом электролиза. Обработка расплава смеси хлоридов лития и калия происходит при 410-455°С. Затем удаляются примеси – методом вакуумной дистилляции, ректификации либо плавкой.
  • Концентрацию в рассолах повышают выпариванием. Затем литий осаждают карбонатом натрия и гидроксидом кальция. Процесс длится полтора-два года.

У второго способа получения есть недостатки: медленность обработки и загрязненность конечного продукта трудноудаляемыми примесями. Но солончаки богаты, поэтому метод считается рентабельным. Именно его рассматривает как базовый для нужд своей корпорации Илон Маск.

Ученые пытаются извлечь литий из рассолов с помощью металл-органических мембран-каркасов.

В основе лежит воспроизведение функции аналогичных структур живых клеток. Ценный побочный продукт производства – пресная вода.

Третий источник лития – использованные литиевые аккумуляторы. Пока их переработка нерентабельна.

Получение в России

Как было указано, главным минералом, из которого получают цезий, является поллуцит. А также этот наиболее активный металл можно получить из редкого авогадрита. В промышленности используется именно поллуцит. Добыча его после распада Советского Союза в России не велась, несмотря на то что еще в те времена были обнаружены гигантские запасы цезия в Вороньей тундре под Мурманском.

К тому моменту, когда отечественная промышленность смогла позволить себе добычу цезия, лицензия на разработку этого месторождения была приобретена компанией из Канады. Сейчас извлечение цезия производит новосибирская .

Промышленное получение

Для получения лития промышленными способами сначала происходит подготовка расходного сырья — минералов или солевых растворов, которые добываются из соляных озер. Независимо от способа добычи расходного сырья, на выходе получается Li2CO3, который будет проходить промышленную обработку.

Способы получения расходного сырья:

  • электролиз;
  • восстановление;
  • рафинирование.

Выбор промышленного способа получения щелочного металла зависит от наличия оборудования, требуемого результата, вида расходного сырья.

Рафинирование (Фото: Instagram / krasnoyarsk.science)

Использование цезия

Этот металл используется для изготовления различных фотоэлементов. А также соединения цезия применяются в специальных отраслях оптики – в изготовлении инфракрасных приборов, биноклей ночного видения. Цезий используют в изготовлении прицелов, которые позволяют заметить технику и живую силу врага. Также его применяют для изготовления особых металлогалогенных ламп.

Но этим не исчерпывается круг его применения. На основе цезия был создан также ряд медицинских препаратов. Это лекарства для лечения дифтерии, язвенных болезней, шоков и шизофрении. Как и соли лития, соли цезия обладают нормотимическими свойствами – или, попросту, способны стабилизировать эмоциональный фон.

Сферы применения

Используется при изготовлении:

  1. Термоэлектропреобразователей.
  2. Высокоэффективных лазеров.
  3. Пиротехники. С его помощью окрашивают пламя фейерверков в красный цвет.
  4. Припоев.
  5. Металлогалогеновых ламп, щелочных аккумуляторов.
  6. Смазочных материалов.
  7. Стекла, покрытий для фарфоровых изделий.

Основные сферы применения:

  • ядерная энергетика;
  • металлургия;
  • медицина.

Перхлорат щелочного металла используется в качестве окислителя.

Аккумулятор (Фото: Instagram / aspil_energy)

Металл франций

Еще одним из металлов с самыми интенсивными свойствами является франций. Он получил свое название в честь родины первооткрывательницы металла. М. Пере, родившаяся во Франции, открыла новый химический элемент в 1939 году. Он принадлежит к числу таких элементов, о которых даже сами исследователи-химики затрудняются делать какие-либо выводы.

Читайте также  Золочение металла в домашних условиях

Франций является самым тяжелым металлом. При этом и самый активный металл – это франций, наряду с цезием. Этим редким сочетанием – высокой химической активностью и низкой ядерной устойчивостью и обладает франций. У его самого долгоживущего изотопа период полураспада составляет всего лишь 22 минуты. Франций используется для обнаружения другого элемента – актиния. А также соли франция раньше предлагалось применять для обнаружения раковых опухолей. Однако из-за высокой стоимости эту соль невыгодно производить.

Положение в таблице Менделеева

Металлические свойства элементов ослабевают слева направо в периодической таблице Менделеева. Поэтому наиболее активными считаются элементы I и II групп.

Рис. 1. Активные металлы в таблице Менделеева.

Все металлы являются восстановителями и легко расстаются с электронами на внешнем энергетическом уровне. У активных металлов всего один-два валентных электрона. При этом металлические свойства усиливаются сверху вниз с возрастанием количества энергетических уровней, т.к. чем дальше электрон находится от ядра атома, тем легче ему отделиться.

Наиболее активными считаются щелочные металлы:

  • литий;
  • натрий;
  • калий;
  • рубидий;
  • цезий;
  • франций.

К щелочноземельным металлам относятся:

  • бериллий;
  • магний;
  • кальций;
  • стронций;
  • барий;
  • радий.

Узнать степень активности металла можно по электрохимическому ряду напряжений металлов. Чем левее от водорода расположен элемент, тем более он активен. Металлы, стоящие справа от водорода, малоактивны и могут взаимодействовать только с концентрированными кислотами.

Рис. 2. Электрохимический ряд напряжений металлов.

К списку активных металлов в химии также относят алюминий, расположенный в III группе и стоящий левее водорода. Однако алюминий находится на границе активных и среднеактивных металлов и не реагирует с некоторыми веществами при обычных условиях.

Это интересно: Что называют ветром и от чего зависит его сила? Какова главная причина образования ветра?

Сравнение самых активных металлов

Унуненний – это пока еще не открытый металл. Он будет занимать первое место в восьмой строке периодической системы. Разработка и исследования этого элемента проводятся в России в Объединенном институте ядерных исследований. Этот металл должен будет обладать также очень высокой активностью. Если же сравнивать уже известные франций и цезий, то самым высоким потенциалом ионизации – 380 кДж/моль – будет обладать франций.

У цезия этот показатель составляет 375 кДж/моль. Но реагирует франций все же не так быстро, как цезий. Таким образом, цезий – самый активный металл. Это – ответ (химия чаще всего является тем предметом, в программе которого можно встретить подобный вопрос), который может быть полезным как на уроке в школе, так и в профессионально-техническом училище.

Активные металлы

  1. Положение активных металлов в таблице Менделеева
  2. Свойства щелочных металлов
  3. Свойства щелочноземельных металлов
  4. Подведение итогов

Среди всех металлов некоторые отличаются тем, что они очень легко вступают в восстановительные реакции. Такие металлы имеют много схожих свойств и объединяются в класс активных металлов.

Положение активных металлов в таблице Менделеева

К активным металлам относятся три группы элементов:

  • щелочные металлы;
  • щелочноземельные металлы;
  • алюминий.

Щелочные металлы находятся в первой группе таблицы Менделеева, то есть занимают в ней крайнее левое положение. В частности щелочными металлами являются:

  • литий (Li);
  • натрий (Na);
  • калий (K);
  • рубидий (Rb);
  • цезий (Cs);
  • франций (Fr).

Щелочноземельные металлы находятся во второй группе, то есть правее щелочных металлов. К ним относятся:

  • бериллий (Be);
  • магний (Mg);
  • кальций (Ca);
  • стронций (Sr);
  • барий (Ba);
  • радий (Ra).

Активные металлы в таблице Менделеева

В целом активные металлы отличаются тем, что имеют один или два валентных электрона, поэтому они легко отдают эти электроны в ходе химических реакций, выступая в качестве восстановителей. Степень активности металла можно оценить по его расположению в электрохимическом ряде активности металлов. Чем левее там находится металл, тем сильнее выражены его восстановительные свойства. Крайнее левое положение в ряде занимает литий. В вот крайне правое положение в ряду занимает золото, именно поэтому оно почти не окисляется кислотами.

Алюминий – это так называемый постпереходный металл, по своим свойствам он находится где-то между активными и среднеактивными металлами. Разные ученые придерживаются различного мнения о том, стоит ли считать алюминий активным металлом.

Активные металлы не встречаются в природе в чистом виде, так как они быстро вступают в химические реакции с другими элементами. Чаще всего в природе они присутствуют в виде оксидов. Например, даже если алюминий получен в чистом виде, то на воздухе он быстро покрывается оксидной пленкой.

Свойства щелочных металлов

Цвет всех щелочных металлов – белый, с серебристым оттенком. Исключением является цезий, имеющий серебристо-желтый цвет. Щелочные металлы можно резать простым скальпелем, так как у них низкая твердость. Также они имеют малую плотность – от 534 кг/м 3 у лития до 1900 кг/м 3 у цезия. Литий, калий и натрий настолько легкие, что они плавают в воде, но построить корабль из них не получится, так как вода быстро окисляет и разрушает эти металлы. Франций и цезий плавятся уже при комнатной температуре, а самый тугоплавкий щелочной металл – это литий, плавящийся при 180,6°С.

Для защиты щелочных металлов от воздуха и волы их хранят в керосине. При реагировании лития с водой выделяется водород, а натрий и особенно калий просто взрываются в воде. При взаимодействии с кислородом образуются оксиды.

Свойства щелочноземельных металлов

Щелочноземельные металлы значительно тверже щелочных, их нельзя просто взять и разрежать ножом. Также они тяжелее – их плотность колеблется от 1550 кг/м 3 у кальция до 5500 кг/м 3 у радия. Цвет щелочноземельных металлов – серый. Температуры плавления этих элементов находятся в диапазоне 650-840°С. Исключение – бериллий, плавящийся лишь при 1278°С.

Чем больше порядковый номер щелочноземельного металла в таблице Менделеева, тем выше его химическая активность. Например, бериллий вообще не взаимодействует с кислородом и по своим свойствам напоминает алюминий. Наиболее активные стронций, барий и радий приходится хранить в керосине, также как и щелочные металлы.

Подведение итогов

Активные металлы отличаются тем, что имеют лишь один-два валентных электрона, которые они легко отдают. Поэтому эти элементы очень быстро вступают в химические реакции, а в природе в чистом виде не встречаются.

Ряд активности металлов

Что же из себя представляет ряд активности металлов давайте разбираться. Металлы — группа химических элементов, обладающих сходными свойствами. Среди них — электропроводность, пластичность, температурная зависимость сопротивления. По виду металлы можно отличить по характерному блеску, который так и назвали — металлический. Но химические свойства элементов отличаются в зависимости от строения их молекул и кристаллической решетки. Особенно ярко отличия проявляются по отношению взаимодействия с кислотами и щелочами. Всего на данный момент насчитывается 96 металлов. Общие свойства металлов показаны в таблице:

Все металлы в той или иной степени являются восстановителями, то есть, отдают электроны при течении окислительно-восстановительных реакций. Таблица электроотрицательности металлов показывает, какой металл является наиболее активным восстановителем. Если цифра напротив элемента больше 2, то это окислитель с характерными свойствами и выходит из ряда металлов, проявляя типичные свойства неметалла.

Электрохимический ряд активности металлов показывает, какие из металлов более активные, какие менее. Расположение элементов в горизонтальном ряду слева направо показывает направление снижения восстановительной способности и возрастание окислительной.

Восстановительная способность — свойство отдавать электроны в химических реакциях с водными растворами солей и щелочей.

Окислительная способность — свойство присоединять электроны в реакциях с теми же веществами.

Металлы в правой стороне более слабые восстановители, они вытесняются при реакциях с солевыми растворами металлами, расположенными левее. Пример реакции — Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu, которая протекает только в одном направлении. Цинк вытесняет медь, реагируя с водным раствором любой соли меди. Цинковая пластинка, при этом, растворяется, а медная восстанавливается.

Такую последовательность элементов еще называют ряд напряженности металлов, или ряд Бекетова. На всех вариантах записи ряда можно заметить, что последовательность металлов разделена знаком водорода (гидрогена), который металлом никак не является. Это своеобразный маркер, показывающий, что стоящие левее металлы вытесняют водород из водных растворов кислот, не обладающих окислительными свойствами. Некоторые металлы, например, литий, кальций, барий и остальные, стоящи до алюминия, вытесняют водород и при реакции с водой.

Читайте также  Как избежать деформации металла при сварке?

2Al +3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Стоящие правее знака водорода металлы с кислотами-неокислителями не взаимодействуют при нормальных условиях.

Шкала активности металлов широко используется для практических целей, например, в гальванике. Если электроды сделаны из разных металлов, то разрушаться будет тот, который стоит левее. Чем больше промежуток между металлами в ряду, тем активнее проходит процесс коррозии.

Например, метод оцинковки позволяет защитить железо именно потому, что цинк находится левее железа в ряду активности. Пока он не разрушится, то ржавчина на железе не появится. При электролизе, расположенные за водородом металлы осаживаются на катоде, а самые активные, занимающее места до алюминия, выделить из солевых растворов в не получится при нормальных температуре и давлении.

Малоактивные металлы, так называемые переходные элементы с электроотрицательностью в пределах 1,5 – 2. Это:

  • Ртуть;
  • Олово;
  • Серебро;
  • Никель;
  • Рений;
  • Медь;
  • Марганец и еще несколько элементов.

К металлам средней активности относятся элементы с числом электроотрицательности от 1 до 1,5. В эту группу входят такие известные элементы, как магний, плутоний, неодим, кальций. Остальные элементы обладают высокой химической активностью. Лидирует в этом списке Франций, который практически не встречается в чистом виде. Из более известных можно назвать калий и натрий, которые приходится хранить в керосине, чтобы они не взаимодействовали с водой и воздухом. Если извлечь их из керосина, то металлы практически мгновенно сгорают.

Реакции кальция и натрия с водой при комнатной температуре выглядят так:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

Сa + 2H2O = Сa(OH)2 + H2Стоящие в ряду электронапряжения металлов правее элементы тоже взаимодействуют с водой, но реакция протекает при более высокой температуре с образованием оксида и водорода.

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2

Если вступает в реакцию металл и неметалл, то электрический ряд напряжений металлов тоже дает возможность заранее узнать, в каком направлении будет протекать реакция. Скорость реакции зависит как от восстановительной активности металла, так и от окислительных свойств неметалла. Стоящие до водорода металлы реагируют с кислородом уже при комнатной температуре, некоторые — достаточно бурно, например, литий и кальций.

4Li + O2 = 2Li2O

2Ca + O2 = 2CaO.

При таком взаимодействии образуются оксиды. Менее активные металлы, например железо, реагируют с кислородом спокойнее, а некоторые, например, золото и серебро, платина не окисляются вовсе, благодаря чему получили определение благородных.

С хлором реагируют практически все активные металлы с выделением теплоты.

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

Также выделяется теплота при реакции активных металлов с серой, но начинается она при нагревании. После начала реакции нагрев не нужен — образовавшегося тепла достаточно для поддержания реакции.

2Al + 3S = Al2S3

Внимательно изучив ряд металлов, несложно определить тип реакции при контакте с другими элементами в зависимости от места в последовательности. Также легко назвать основные характеристики металла, как химического элемента, и возможность его использования на практике.

ЛИТИЙ — в космосе, на земле, под водой

«По значимости в современной технике литий является одним из важнейших редких элементов».

Краткая химическая энциклопедия.

Из четырех процентов

История открытия лития началась с …математики. Химик Арфведсон анализировал минерал с рудника Уто. Ученый определил, что это обычный алюмосиликат, и содержание в нем алюминия, кремния и кислорода составляет 96%. Настырный химик задумался — что с оставшимися 4%. Отделив основные составляющие и растворив остаток, он получил раствор со щелочными свойствами. Логично было предположить, что открыт новый элемент.

Описанием минерала, из которого извлекли новый элемент, служат слова: «обычный булыжник». Потому и назвали новый металл литием (litos по латыни камень).

Свойства лития

Литий — щелочной металл, имеет атомный № 3 в таблице Менделеева.

Характеристики:

  • относится к пластичным и мягким металлам (легко режется ножом);
  • его легко отличить от других металлов — он самый легкий на Земле, не тонет даже в керосине (плотность почти в 2 раза меньше плотности воды);
  • структура кристаллической решетки объемноцентрированная, кубическая;
  • в ряду щелочных металлов у лития самые высокие температуры плавления и кипения.

Химические свойства:

  1. В условиях повышенной влажности реагирует с газами воздуха. Образуются соединения с литием — нитриды, карбонаты, гидроксиды.
  2. Постоянная валентность лития 1+.
  3. С водой реагирует по формуле 2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂↑.
  4. Охотно реагирует с галогенами (кроме йода), образует галогениды.
  5. При температуре от 100 до 300 градусов образует на поверхности оксидную пленку.
Свойства атома
Название, символ, номер Ли́тий / Lithium (Li), 3
Атомная масса
(молярная масса)
[6,938; 6,997][комм 1][1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [He] 2s1, 1s22s1
Радиус атома 145[2] пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 134[2] пм
Радиус иона 76 (+1e)[3] пм
Электроотрицательность 0,98 (шкала Полинга)
Электродный потенциал -3,06 В
Степени окисления +1
Энергия ионизации
(первый электрон)
519,9 (5,39) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 0,534 г/см³
Температура плавления 453,69 K (180,54 °C, 356,97 °F)
Температура кипения 1613 K (1339,85 °C, 2443,73 °F)
Уд. теплота плавления 2,89 кДж/моль
Уд. теплота испарения 148 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 24,86[4] Дж/(K·моль)
Молярный объём 13,1 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая объёмноцентрированная
Параметры решётки 3,490 Å
Температура Дебая 400 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 84,8 Вт/(м·К)
Номер CAS 7439-93-2

Месторождения

В природе литий содержится в солевых растворах (подземных водах). Твердые источники часто расположены в пегматитовых рудах. Минералы: сподумен, лепидолит, эльбаит, ядарит.

В России 16 месторождений, но добыча не производится.

  • Боливия;
  • Аргентина;
  • Чили;
  • Китай.

Добыча

В добыче литиевого рассола есть пара проблем — география и надежность.

Рассол выкачивают в «бассейны» — специальные пруды, где естественным выпариванием концентрируется содержание элемента. Нужна постоянно высокая температура (география) и время — процесс занимает до года. Дальше концентрированная рапа (1-2% Li) отправляют на обработку на химзавод.

Твердые источники разрабатываются традиционными методами бурения и переработки.

В мире четыре производителя контролируют 85% добычи (основные — Аргентина и Чили).

Производство

Способы получения лития зависит от исходного материала.

Солевые растворы (рапа) выпаривают, затем осаждают литиевое соединение.

Твердые минералы вначале обогащают (с помощью магнитной сепарации, гравитационных методов, а при добыче крупных кристаллов сподумена просто вручную). Производство происходит в основном гидрометаллургическим способом.

Применение

Литий и его соединения используют:

  1. В производстве аккумуляторов и батарей.
  2. В качестве лигатуры в сплавах.
  3. В ядерной энергетике, радиоэлектронике.
  4. В медицине (соединения лития используют в лечении подагры, как психотропные, антидепрессанты).
  5. В пиротехнике (LiNO3 даст фейерверку красный цвет).

Мировое применение легкого металла распределяется так:

  • 56% производство батарей и аккумуляторов;
  • 23% керамика и стекло;
  • 6% консистентные смазки;
  • 2% воздухоочистка;
  • 13% прочие.

Плюсы и минусы литиевых батарей

Эти аккумуляторы и батареи просты в эксплуатации, они постоянно готовы к эксплуатации.

Достоинства Недостатки
Хороший ресурс эксплуатации (до 10 лет) Взрывоопасны при нарушении герметичности корпуса
Запас циклов зарядки-разрядки более 1000 Срок службы зависит от времени работы (не от количества циклов зарядка-разрядка)
Нет «эффекта памяти» (батареи можно регулярно подзаряжать) Работает в ограниченном температурном диапазоне (от -20 до +50оС)
Легкий вес Высокая цена

Стоимость

Цена лития марки ЛЭ-1 (99,9%) за килограмм 15 000 рублей.

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

Оцените статью
Добавить комментарий