Kimyo · Elementlar kimyosi · 9-sinf

Metallar va qotishmalar

Nega mis kuporosiga solingan temir mix qizarib qoladi, bronza esa misdan qattiq?

Vaziyat

Maktab kimyo xonasida «Metallar» ko‘rgazmasi tayyorlandi: bir xil kattalikdagi metall kubiklar, cho‘yan qozon, bronza qo‘ng‘iroq, duralyumin qanot qovurg‘asi va oltin uzuk. Laborant mis kuporosi eritmasiga temir mix soldi — bir necha daqiqada mix qizg‘ish tusga kirdi. Metallar nega yaltiraydi va tok o‘tkazadi, qotishma toza metalldan nimasi bilan farq qiladi va qaysi metall boshqasini tuzi eritmasidan siqib chiqaradi?

Mavzu

Metallar va qotishmalar: xossalari va faollik qatori. Metallar ko‘rgazmasi: mis kuporosiga solingan temir mix qizaradi; bronza, latun, duralyumin va 585-proba oltin

Asosiy tushunchalar

Metall bog‘lanish
Qotishmalar
Metallarning faollik qatori

Formulalar

ρ = \frac{m}{V}

Zichlik: kubik qirrasi 2 sm, hajmi $V$ = 8 sm³; massa tarozida o‘lchanadi.

Fe + CuSO_{4} \overset{}{\to} FeSO_{4} + Cu

Faolroq metall kamroq faol metallni uning tuzi eritmasidan siqib chiqaradi.

Cu + 2 AgNO_{3} \overset{}{\to} Cu (NO_{3})_{2} + 2 Ag

Mis kumushni siqib chiqaradi: sim kumushrang kristallar bilan qoplanadi, eritma ko‘karadi.

Δ m = n (Cu) (M (Cu) - M (Fe))

Mix massasining ortishi: erigan har mol temir o‘rniga bir mol mis o‘tiradi (63,55 − 55,85 = 7,70 g/mol).

ω (Au) = \frac{proba}{1000}

585-proba: qotishma massasining 58,5 % i — sof oltin.

Nazariya

Metall bog‘lanish va fizik xossalar

Metall kristallida atomlar tashqi elektronlarini «umumiy» qiladi: panjara tugunlarida musbat kationlar, ular orasida erkin harakatlanadigan elektron gazi — bu metall bog‘lanish. Umumiy xossalar shundan: elektr va issiqlik o‘tkazuvchanlik (kuchlanish ulansa, erkin elektronlar bir tomonga siljiydi — modelda ko‘ring), metall yaltiroqlik (elektronlar yorug‘likni qaytaradi), plastiklik (kation qatlamlari bog‘ uzilmasdan siljiydi — metall bolg‘alanadi, simga cho‘ziladi). Elektr o‘tkazuvchanlik: Ag > Cu > Au > Al. Zichligi 5 g/sm³ dan kichiklari — yengil metallar (Li, Na, Mg, Al, Ti), kattalari — og‘ir (Fe, Cu, Pb, Au, W). Eng yengili litiy (0,534 g/sm³), eng zichi osmiy (22,59 g/sm³). Simob −38,8 °C da qotadi — odatdagi sharoitda suyuq yagona metall; volfram 3422 °C da eriydi. Magnitga temir, nikel va kobalt tortiladi. Elektronlar harakati haqida batafsil — «Metallarda elektr toki» tajribasida.

Qotishmalar

Qotishma — ikki yoki undan ortiq metallni (yoki metall bilan uglerod, kremniy kabi metallmasni) birga suyuqlantirib, sovitib olingan modda. Turli o‘lchamli atomlar kation qatlamlarining siljishiga xalaqit beradi — shuning uchun qotishma odatda toza metalldan qattiqroq va mustahkamroq, elektr o‘tkazuvchanligi pastroq, ko‘pincha pastroq haroratda eriydi. Bronza — Cu + Sn, latun — Cu + Zn, duralyumin — Al + Cu + Mg + Mn, po‘lat — Fe + C (< 2,14 %), cho‘yan — Fe + C (> 2,14 %), zanglamas po‘lat — Fe + 18 % Cr + 10 % Ni. Qalay va qo‘rg‘oshin qotishmasi tarkibida 61,9 % Sn bo‘lganda bitta haroratda — 183 °C da eriydi (evtektika): bu qalay (231,9 °C) va qo‘rg‘oshindan (327,5 °C) ancha past. Oltin buyumlarning probasi — 1000 g qotishmadagi sof oltin grammlari.

Kimyoviy xossalar: metallar — qaytaruvchilar

Metall atomlari elektron berib, kationga aylanadi: $M - n e^{-} \to M^{n +}$ — metallar qaytaruvchilar. Metallmaslar bilan: $2 Mg + O_{2} \overset{}{\to} 2 MgO$ (ko‘zni qamashtiruvchi alanga), $2 Cu + O_{2} \overset{}{\to} 2 CuO$ (qizdirilganda qorayadi), $3 Fe + 2 O_{2} \overset{}{\to} Fe_{3} O_{4}$ , $Fe + S \overset{}{\to} FeS$ , $2 Fe + 3 Cl_{2} \overset{}{\to} 2 FeCl_{3}$ . Suv bilan: ishqoriy metallar shiddatli ( $2 Na + 2 H_{2} O \overset{}{\to} 2 NaOH + H_{2} ↑$ ), magniy sovuq suvda juda sekin, issiq suvda tezroq ( $Mg + 2 H_{2} O \overset{}{\to} Mg (OH)_{2} + H_{2} ↑$ ), temir faqat cho‘g‘langanda suv bug‘i bilan: $3 Fe + 4 H_{2} O \overset{}{\to} Fe_{3} O_{4} + 4 H_{2}$ . Kislotalar bilan: vodoroddan chapdagi metallar vodorodni siqib chiqaradi: $Zn + 2 HCl \overset{}{\to} ZnCl_{2} + H_{2} ↑$ ; mis, kumush, oltin — yo‘q (batafsil — «Kislotalar va metallar» tajribasida).

Faollik qatori va tuzlar bilan reaksiya

Metallarning faollik qatori (N.N. Beketov): Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au. Qatorda chaproqdagi metall o‘ngdagi metallni uning tuzi eritmasidan siqib chiqaradi: temir mis kuporosida mis bilan qoplanadi, mis kumush nitratda — kumush bilan. Qator standart elektrod potensiallari $E °$ ga mos: Mg −2,37 V, Zn −0,76 V, Fe −0,44 V, Cu +0,34 V, Ag +0,80 V — potensiali qanchalik manfiy bo‘lsa, metall shunchalik kuchli qaytaruvchi. Natriy, kaliy, kalsiy kabi juda faol metallar tuz eritmasida avval suv bilan reaksiyaga kirishadi, shuning uchun ularni siqib chiqarishga ishlatilmaydi. 6-laboratoriya ishi: to‘rt metallni to‘rt tuz eritmasiga solib, jadval tuziladi — reaksiya faqat metall tuzdagi metalldan chapda turganda boradi.

Laboratoriya ishlari va amaliy ish

4-laboratoriya ishi — metall namunalarini ko‘zdan kechirish: rangi, yaltiroqligi, qattiqligi (tirnab ko‘riladi), magnitga tortilishi, zichligi: $ρ = m / V$ (bir xil hajmli kubiklar tortiladi). 5-laboratoriya ishi — qotishmalar namunalari: tarkibi, rangi va ishlatilishi toza metalllar bilan solishtiriladi. 3-amaliy ish (tajribaviy masala): temir mix tortiladi ( $m_{1}$ ), CuSO₄ eritmasida ushlanadi, chiqarib quritiladi va yana tortiladi ( $m_{2}$ ). Mix og‘irlashadi: erigan har bir mol Fe (55,85 g) o‘rniga bir mol Cu (63,55 g) o‘tiradi. Demak $n (Cu) = Δ m / 7,70$ mol, $m (Cu) = n \cdot 63,55$ g, sarflangan CuSO₄ ham shuncha mol.

Xavfsizlik va model

Xavfsizlik: kumush nitrat terini qoraytiradi, mis kuporosi zararli — qo‘lqop va ko‘zoynak taqing; xlorid kislotani suvga quying, aksincha emas; qo‘rg‘oshin namunalaridan keyin qo‘lni yuving; simob bug‘i zaharli — u faqat payvandlangan ampulada saqlanadi; issiq plita va eritilgan metall kuydiradi. Model: kubiklar hajmi aniq 8 sm³, zichliklar 20 °C dagi ma’lumotnoma qiymatlari; probirkalardagi reaksiya tezliklari sxematik (vaqt 20 marta tezlashtirilgan), qaysi reaksiya borishi — faollik qatori bo‘yicha; Sn–Pb holat diagrammasi to‘g‘ri chiziqlar bilan soddalashtirilgan, plitaning quvvati va issiqlik sig‘imi namunaviy (vaqt 4 marta tez); mixga mis o‘tirishi birinchi tartibli kinetika ( $τ$ = 600 min — bir soatda Cu²⁺ ning atigi bir necha foizi sarflanadi) bilan hisoblangan, vaqt 60 marta tez.

Bilasizmi?

Kumush — eng yaxshi elektr o‘tkazuvchi metall (20 °C da solishtirma qarshiligi 1,59·10⁻⁸ Ω·m). Mis undan atigi taxminan 5 % yomonroq o‘tkazadi, lekin ancha arzon — shuning uchun simlar misdan yasaladi.
Sof oltin juda yumshoq (Moos shkalasi bo‘yicha 2,5) — taqinchoq tez yeyilib ketardi. Shuning uchun uzuklar qotishmadan yasaladi: 585-proba buyum massasining 58,5 % i oltin, qolgani kumush va mis.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Azot, ammiak va nitrat kislota — 8-sinf
Fosfor va mineral o‘g‘itlar — 8-sinf
Uglerod va uning birikmalari — 9-sinf
Kremniy va silikatlar — 9-sinf
Cho‘yan va po‘lat olish — 9-sinf
Ishqoriy metallar va soda — 9-sinf
Alyuminiy va uning birikmalari — 9-sinf
Mis, kumush, oltin va rux — 9-sinf
Xrom va marganets: rangli ionlar — 9-sinf
Temir va uning birikmalari — 9-sinf