Металлы – восстановители. Реакция металлов с кислородом

Археологические раскопки дают важную информацию о том, как люди жили раньше. Именно так учёные нашли старинные изделия из меди, серебра и золота. Хотя начиная с Железного века железо стали использовать очень много, изделий из него находят мало. Это потому, что железо ржавеет и со временем разрушается, так что максимум, что можно отыскать – это рассыпающуюся в крошку красно-коричневую ржавчину, которая почти полностью состоит из оксида железа. Химические свойства металлов могут быть совершенно разными, и это нужно учитывать при изготовлении металлических деталей.

На археологических раскопках в Иордании найдены кувшины и фигурки животных, содержащие в своём составе медь

Seotud sisu

Металлы – восстановители

Во внешнем электронном слое атома металла обычно мало электронов, и в химической реакции атом легко отдаёт их. Вещество, частицы которого легко отдают электроны (окисляются), называют восстановителем. В результате потери электронов увеличивается степень окисления (см. параграф 4.6) атома металла. Вещество, частицы которого присоединяют электроны (восстанавливаются), называют окислителем, и в процессе реакции его степень окисления уменьшается. Химическую реакцию, в которой участвуют восстановитель и окислитель, и в которой изменяются степени окисления атомов, называют окислительно-восстановительной реакцией.

Восстановитель – это вещество, частицы которого отдают электроны.

Например, магний – это серебристо-белый металл, который легко поддаётся обработке. При соприкосновении с воздухом, то есть под действием кислорода, магний покрывается плотным слоем оксида. Речь идёт об окислительно-восстановительной реакции, в которой магний является восстановителем, а кислород окислителем.

$2 \overset{0}{Mg} + {\overset{0}{O}}_{2} \to 2 \overset{II}{Mg} \overset{- II}{O}$

Магний – восстановитель, отдаёт электроны, а кислород – окислитель, присоединяет электроны

В реакции $4 \overset{0}{Cu} + {\overset{0}{O}}_{2} \to 2 \overset{I}{{Cu}_{2}} \overset{- II}{O}$ медь выступает в роли
В реакции $\overset{0}{H_{2}} + {\overset{0}{Br}}_{2} \to 2 \overset{I}{H} \overset{- I}{Br}$ бром выступает в роли
В окислительно-восстановительной реакции металл выступает в роли
Вещество, частицы которого отдают электроны в окислительно-восстановительной реакции, –
Вещество, степень окисления в окислительно-восстановительной реакции которого уменьшается, –

Подумай!

Выясни и расскажи, откуда взялись слова «восстановитель» и «окислитель».

Seotud sisu

Пояснение

Не все химические реакции являются окислительно-восстановительными. В случае некоторых реакций ни у одного элемента не меняется степень окисления, хотя образуются новые вещества. Например, при нейтрализации гидроксида натрия (NaOH) соляной кислотой (HCl) образуются хлорид натрия (NaCl) и вода (H₂O).

$\overset{I}{Na} \overset{- II}{O} \overset{I}{H} + \overset{I}{H} \overset{- I}{Cl} \to \overset{I}{Na} \overset{- I}{Cl} + {\overset{I}{H}}_{2} \overset{- II}{O}$

Seotud sisu

Реакция металлов с кислородом

Кислород является самым известным окислителем (см. параграф 4.6). Кислород способен реагировать с большинством элементов периодической системы, исключение составляют разве что благородные газы и некоторые малоактивные металлы. При реакции с кислородом металлы проявляют разную активность. В реакции металла и кислорода в качестве продукта образуется оксид металла.

Активные металлы, такие как щелочные и щёлочноземельные металлы, очень легко реагируют с кислородом. На воздухе их поверхность быстро покрывается оксидным слоем, поэтому хранить такие металлы следует в закрытом сосуде, куда не проникает воздух, причём под слоем масла или керосина.

$4 \overset{0}{Li} + {\overset{0}{O}}_{2} \to 2 {\overset{I}{Li}}_{2} \overset{- II}{O}$

$2 \overset{0}{Ca} + {\overset{0}{O}}_{2} \to 2 \overset{II}{Ca} \overset{- II}{O}$

Поверхность на свежем срезе натрия быстро теряет металлический блеск из-за окисления натрия

Натрий хранится в закрытом сосуде в керосине

Металлы, обладающие средней активностью, при комнатной температуре довольно устойчивы к действию кислорода. В эту группу входят многие хорошо известные и распространённые металлы. На воздухе поверхность металла (например, магния, алюминия, хрома) покрывается тонким оксидным слоем, который защищает металл от дальнейшего окисления и тем самым делает его очень устойчивым.

$4 \overset{0}{Cr} + 3 {\overset{0}{O}}_{2} \to 2 {\overset{III}{Cr}}_{2} {\overset{- II}{O}}_{3}$

Защитный оксидный слой на поверхности хрома вовсе не мешает светоотражению

Как металл, железо тоже обладает средней активностью, но его поверхность на влажном воздухе покрывается рыхлым красно-коричневым слоем ржавчины. Образующаяся ржавчина совершенно не защищает металл от дальнейшего окисления, и железо продолжает окисляться до полного разрушения. Ржавчина большей частью состоит из оксида железа(III).

$4 \overset{0}{Fe} + 3 {\overset{0}{O}}_{2} \to 2 {\overset{III}{Fe}}_{2} {\overset{- II}{O}}_{3}$

Малоактивные металлы очень устойчивы к действию кислорода. Например, благородные металлы (такие как золото, серебро, платина) вообще не реагируют с кислородом ни при комнатной температуре, ни даже при нагревании.

Железо ржавеет и со временем разрушается

Фигура Будды в Таиланде покрыта слоем золота. Золото является благородным металлом и не окисляется под действием кислорода

Подумай!

Почему маловероятно, что археолог отыщет изделие из железа, изготовленное сотни лет назад?

Seotud sisu

Я знаю, что ...

Восстановитель – вещество, частицы которого отдают электроны (окисляются).
Окислитель – вещество, частицы которого присоединяют электроны (восстанавливаются).
Окислительно-восстановительная реакция – химическая реакция, в которой участвуют восстановитель и окислитель, и изменяются степени окисления атомов.

Seotud sisu