Уравнение реакции металла с газом

3. Общие химические свойства металлов

Теория:

• благородные металлы (серебро, золото, платина);
• щелочные металлы (металлы, образованные элементами \(I\)А группы периодической системы);
• щелочноземельныеметаллы (кальций, стронций, барий, радий).

1. В ряду активности восстановительные свойства металлов снижаются. Самые сильные воостановительные свойства у первых металлов ряда.

2. Более активный металл может вытеснить из растворов солей металлы, расположенные в ряду активности после него.

Насыщение расплавленного металла газами в капле и сварной ванне

В жидком металле капель и сварочной ванны происходят про­цессы растворения газов столба дуги. В сварочной ванне эти про­цессы протекают менее интенсивно, чем в каплях, по следующим причинам:

1. температура жидкого металла в сварочной ванне ниже, чем в каплях, где она приближается к температуре кипения металла;

2. для сварочной ванны отношение поверхности реакции к объему значительно меньше, чем для капель.

Растворимость газа в жидком металле также зависит от его парциального давления и состояния. Если газ находится в атомар­ном состоянии, то его растворимость в металле [Г] при Т=constсогласно закону Генри прямо пропорциональна его давлению ([Г] =К₁ р_г), а растворимость двухатомных газов, находящихся в молекулярном состоянии, подчиняется закону Сивертса ([Г₂] =К₂√р_г2), т.е. прямо пропорциональна корню квадратному из давления газа.

Количество растворяющегося в металле газа [С]_гдля большин­ства металлов увеличивается с ростом температуры по следующей зависимости:

(9.15)

где А ик — константы;Е — теплота растворения газа в металле.

Из уравнения (9.15) следует, что с увеличением температуры металла повышается и содержание растворенного в нем газа, при­чем в каплях оно может быть значительным. Однако нельзя забы­вать, что при температурах, близких к температуре кипения ме­талла, имеет место и обратный процесс: содержание газа в металле заметно падает и в момент кипения становится равным нулю, по­скольку образуется много паров металла, а парциальное давление газа при этом снижается.

Процесс растворения газов в жидком металле состоит из от­дельных, протекающих последовательно стадий (подробно рас­смотренных в гл. 8):

· адсорбции атомов газа поверхностью металла капли и сва­рочной ванны;

· взаимодействия адсорбированного газа в поверхностном слое сметаллом, т. е. образования растворов и химических соединений (этот процесс называется хемосорбцией);

· отвода продуктов хемосорбции в глубь жидкого металла.

Адсорбция и хемосорбция протекают с очень большими скоро­стями — практически мгновенно. Отвод продуктов хемосорбции в глубь жидкого металла происходит с меньшей скоростью. На этой стадии процесса растворения газов в жидком металла большую роль играет механическое перемешивание. При сварке оно прояв­ляется довольно значительно вследствие интенсивного турбулент­ного движения расплава (из головной части сварочной ванны в хвостовую, см. рис. 9.2), обусловленного давлением дуги на жидкий металл. Наибольшее насыщение металла газом происхо­дит в каплях. Оно зависит от длительности пребывания капли на торце электрода и времени ее пролета через столб дуги, а также от температуры капли. Температура, максимальная при коротком за­мыкании столба дуги каплей, зависит от состава газовой среды. По данным А.Я. Ищенко, в условиях сварки в аргоне при I_св= 400 А алюминиевого сплава АМг6, плавящегося при

970 К, температу­ра капель достигает 2100 К, а при сварке в гелии — значительно меньшего значения: 1900 К.

Рассмотренная схема растворения атомарных газов в металле, в основе которой лежит закон Генри, получила название химиче­ского поглощения газов металлом.

М аксимальное насыщение газов в твердом или жидком метал­ле достигается в равновесном состоянии. Его зависимости при нормальном давлении от температуры и фазового состояния дляFe,A1, Сu,NiиTiпредставлены на рис. 9.6 и 9.7. Из рис. 9.6 сле­дует, что равновесная растворимость атмосферных газов при нормальном давлении в алюминии А1, меди Сu, никелеNiсуществен­но зависит от температуры и агре­гатного состояния металла (при температуре кристаллизации рас­творимость Н₂в А1 падает от 0,69 до 0,036 см 3 /100 г), а их раствори­мость в железе — и от фазовой мо­дификации:Fe_α ,Fe_γ,Fe_δ.

При электродуговой сварке на­личие электрического поля создаст возможность электрического по­глощения газов металлом. Оно на­блюдается только у поверхности катода а области активного пятна, куда внедряются положитель­ные ионы газов, переносящие заряды столба дуги. Наличие у по­верхности катода слоя положительных ионов повышенной концентрации приводит к их перемещению в объем металла диффузи­онным путем вследствие выравнивания разности концентраций (по механизму концентрационной диффузии). Поэтому при сварке на обратной полярности («+» на электроде) в капле растворяется меньше водорода. Это снизит концентрацию Н₂и в ванне. Степень развития электрического поглощения газов металлом зависит так­же от значения катодного падения потенциала, состава газовой среды, силы тока и других факторов.

5.Влияние атмосферных газов на свойства стали и сплавов при сварке: кислорода, азота, водорода, СО₂, СО, Н₂О

Дата добавления: 2017-01-13 ; просмотров: 942 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Химические свойства металлов

О чем эта статья:

8 класс, 9 класс, ЕГЭ/ОГЭ

Металлы — это химические элементы, атомы которых способны отдавать электроны с внешнего энергетического уровня, превращаясь в положительные ионы (катионы) и проявляя восстановительные свойства.

В окислительно-восстановительных реакциях металлы способны только отдавать электроны, являясь сильными восстановителями. В роли окислителей выступают простые вещества — неметаллы (кислород, фосфор) и сложные вещества (кислоты, соли и т. д.).

Металлы в природе встречаются в виде простых веществ и соединений. Активность металла в химических реакциях определяют, используя электрохимический ряд, который предложил русский ученый Н. Н. Бекетов. По химической активности выделяют три группы металлов.

Ряд активности металлов

Металлы средней активности

Общие химические свойства металлов

Взаимодействие с неметаллами

Щелочные металлы сравнительно легко реагируют с кислородом, но каждый металл проявляет свою индивидуальность:

оксид образует только литий

натрий образует пероксид

калий, рубидий и цезий — надпероксид

Остальные металлы с кислородом образуют оксиды:

2Zn + O₂ = 2ZnO (при нагревании)

Металлы, которые в ряду активности расположены левее водорода, при контакте с кислородом воздуха образуют ржавчину. Например, так делает железо:

С галогенами металлы образуют галогениды:

Медный порошок реагирует с хлором и бромом (в эфире):

При взаимодействии с водородом образуются гидриды:

Взаимодействие с серой приводит к образованию сульфидов (реакции протекают при нагревании):

Реакции с фосфором протекают до образования фосфидов (при нагревании):

Основной продукт взаимодействия металла с углеродом — карбид (реакции протекают при нагревании).

Из щелочноземельных металлов с углеродом карбиды образуют литий и натрий:

Калий, рубидий и цезий карбиды не образуют, могут образовывать соединения включения с графитом:

С азотом из металлов IA группы легко реагирует только литий. Реакция протекает при комнатной температуре с образованием нитрида лития:

Взаимодействие с водой

Все металлы I A и IIA группы реагируют с водой, в результате образуются растворимые основания и выделяется H2. Литий реагирует спокойно, держась на поверхности воды, натрий часто воспламеняется, а калий, рубидий и цезий реагируют со взрывом:

Металлы средней активности реагируют с водой только при условии, что металл нагрет до высоких температур. Результат данной реакции — образование оксида.

Неактивные металлы с водой не взаимодействуют.

Взаимодействие с кислотами

Если металл расположен в ряду активности левее водорода, то происходит вытеснение водорода из разбавленных кислот. Данное правило работает в том случае, если в реакции с кислотой образуется растворимая соль.

2Na + 2HCl = 2NaCl + H₂

При взаимодействии с кислотами-окислителями, например, азотной, образуется продукт восстановления кислоты, хотя протекание реакции также неоднозначно.

Металлы IА группы:

Металлы IIА группы

Такие металлы, как железо, хром, никель, кобальт на холоде не взаимодействуют с серной кислотой, но при нагревании реакция возможна.

Взаимодействие с солями

Металлы способны вытеснять из растворов солей другие металлы, стоящие в ряду напряжений правее, и могут быть вытеснены металлами, расположенными левее:

Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu

На металлы IА и IIА группы это правило не распространяется, так как они реагируют с водой.

Реакция между металлом и солью менее активного металла возможна в том случае, если соли — как вступающие в реакцию, так и образующиеся в результате — растворимы в воде.

Взаимодействие с аммиаком

Щелочные металлы реагируют с аммиаком с образованием амида натрия:

Взаимодействие с органическими веществами

Металлы IА группы реагируют со спиртами и фенолами, которые проявляют в данном случае кислотные свойства:

Также они могут вступать в реакции с галогеналканами, галогенпроизводными аренов и другими органическими веществами.

Взаимодействие металлов с оксидами

Для металлов при высокой температуре характерно восстановление неметаллов или менее активных металлов из их оксидов.

3Са + Cr₂O₃ = 3СаО + 2Cr (кальциетермия)

Вопросы для самоконтроля

С чем реагируют неактивные металлы?

С чем связаны восстановительные свойства металлов?

Верно ли утверждение, что щелочные и щелочноземельные металлы легко реагируют с водой, образуя щелочи?

Методом электронного баланса расставьте коэффициенты в уравнении реакции по схеме:

Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NH4NO3 + Н2O

Как металлы реагируют с кислотами?

Подведем итоги

От активности металлов зависит их химические свойства. Простые вещества — металлы в окислительно-восстановительных реакциях являются восстановителями. По положению металла в электрохимическом ряду можно судить о том, насколько активно он способен вступать в химические реакции (т. е. насколько сильно у металла проявляются восстановительные свойства).

Напоследок поделимся таблицей, которая поможет запомнить, с чем реагируют металлы, и подготовиться к контрольной работе по химии.