Մետաղներ

Մետաղների ընդհանուր բնութագիրը

Ունի յոթ մետաղներ հայտնի է եղել մարդկության դեռ հին դարերից։ Գիտնականներն այն ժամանակ կարծում էին, թե մետաղները յոթից ավելի չեն կարող լինել, քանի որ մարդ էակը երկնակամարում տեսնում էր հենց այդքա՛ն երկնային մարմիններ (Արեգակ, Լուսին, Մոլորակներ)՝ անշարժ լուսավոր կետեր համարվող աստղերը չհաշված։ Յուրաքանչյուր մետաղի համապատասխանեցվել էին ոչ միայն երկնային մարմնի, այլև՝ շաբաթվա օրերից մեկի անվանումն ու խորհրդանիշը․

7 մետաղներ Երկնային մարմինը 

Մարդկության կյանքն էապես հեշտացավ, երբ սկսեցին օգտագործվել մետաղները և, որ առավել կարևոր էր՝ դրանց համաձուլվածքները։ Քարի դարը փոխարինվեց պղնձի, ապա՝ բրոնզի, և հետո՝ երկաթ դարով․

Պղինձն այն մետաղներից է, որը երբեմն հանդիպում է բնածին վիճակում, իր հանքարերից վերականգնվում է համեմատաբար ցածր ջերմաստիճաններում, ընդ որում՝ հեշտ կռելի է, և զարմանալի չէ, որ հենց ա՛յդ մետաղն առաջինն սկսեց ծառայել մարդուն։ Մի օր էլ՝ պղինձ հայելիս մարդն օգտագործեց ոչ թե մաքուր պղնձի հանք, այլ՝ անագ պարունակող։ Եվ հայտնագործվեց բրոնզը՝ պղնձի ու անագի համաձուլվածքը, որն անհամեմատ կարծր է իր բաղադրիչ մետաղներից։ Հին Եգիպտոսում, դեռևս մ․թ․ա․ IV հազարամյակում արդեն կարողանում էին բրոնզ (անագապղինձ) ստանալ, որից զենք ու գեղազարդային իրեր, արձաններ էին պատրաստում։ Իսկ առավելապես բնածին վիճակում պանդիպող արծաթից ու ոսկուց, ինչպես նաև՝ պղնձից, շատ հնուց մետաղադրամներ են դրոշմվել։

Բրոնզի դարն ավարտվեց, երբ մարդկությունը կարողացավ մեղահալման վառարաններում ջերմաստիճանը բարձրացնել մինչև 1540^oC, այսինքն՝ երկթաի հալման կայումս օգտագործվող բոլոր մետաղներ 9/10 մասը բաժին է ընկնում երկաթին ու իր համաձուլվածքներին։

Քիմիական տարրերի մեծամասնությունը դասվում է մետաղների շարքը։ Այժմ հայտնի տարրերից 85-ը մետաղ են։ Քիմիական տարրերի պարբերական համակարգում մետաղ ու ոչ մետաղ տարրերի միջև պայմանական սահմանագիծն է՝ B (բոր)- Si (սիլիցիում) - Ge(գերմանիում)- Sb (ծարիր)- At (աստատ)։ Այդ սահմանագծից ձախ և ներքև տեղադրված տարրերը մետաղներ են։ Իսկ ավելի ճշգրիտ՝ մետաղները քիմիական տարրերի պարբերական համակարգում տեղաբաշխված են հետևյալ կերպ

·      II պարբերության s-տարրերը

·      III պարբերության s-տարրերն ու ալյումին (AI) p-տարրը,

·      IV պարբերության s- և d- տարրերը, ինչպես նաև՝ գալիում (Ga) p-տարրը,

·      V պարբերության s- և d- տարրերը, ինչպես նաև՝ ինդիում (In) և անագ (Sn) p-տարրը,

·      VI պարբերության s-, p-, d- և f-տարրերը` աստատից (At) և ռադոնից (Rn) բացի,

·      VII պարբերության ներկայումս հայտնի բոլոր տարրերը։

Մետաղների առաջին առանձնահատկությունն արտաքին էներգիական մակարդակում 1-3 էլեկտրոնի առկայությունն է, ինչը հատուկ է մետաղների ճնշող մեծամասնությանը։ Իսկ երկրորդ առանձնահատկությունն այն է, որը մետաղների ատոմների չափսերը (շառավիղները) համեմատաբար մեծ են, այսինքն՝ արտաքին էներգիական մակարդակի էլեկտրոնները նշանակալից չափոց հեռու են միջուկից, որի հետ թույլ են կապված։

Նշված առանձնահատկություններից էլ բխում են մետաղներին բնորոշ քիմիական հատկությունները մեծ շառավիղը պայմանավորում է մետաղների իոնացման փոքր էներգիան և ուժեղ վերականգնող հատկությունը։ Մետաղների ատոմների հեշտությամբ տրամադրում են իրենց արտաքին էլեկտրոնները՝ դրական լիցքավորված իոնների փոխակերպվելով» Մետաղի ատոմը չի կարող էլեկտրոն միացնել, այսինքն՝ օքսիդացնող չի կարող լինել։

Սակայն կրկին ընդգծենք, որ քիմիական տարրերի դասակարգումը մետաղների ու ոչ մետաղների պայմանական է։ Այսպես, օրինակ՝ անագի (Sn) տարաձևություններից մեկը՝ α-անագը (մոխրագույն անահ) ոչ մետաղ է, իսկ β-անագը (սպիտակ անագը)՝ մետաղ։ Բերիլիում (Be), ալյումին (AI) և ցինկ (Zn) տարրերը մետաղներ են, բայց դրանց առաջացրած օքսիդներն ու հիդրօքսիդներն օժտված են և՛ թթվային, և՛ հիմնային հատկություններով։ Մյուս կողմից՝ մետաղական որոշ հատկություններ են ցուցաբերում գերմանիումը (Ge), արսենը (As), ծարիրը (Sb), տելուրը (Te) և աստատը (At), որոնք երբեմն անվանվում են մետաղանման տարրեր։

Առաջադրանք

1.      Թվարկե՛ք հին դարրերից մարդու հայտնի 7 քիմիական տարրը (մետաղները)։

Ունի յոթ մետաղներ հայտնի է եղել մարդկության դեռ հին դարերից։ Գիտնականներն այն ժամանակ կարծում էին, թե մետաղները յոթից ավելի չեն կարող լինել, քանի որ մարդ էակը երկնակամարում տեսնում էր հենց այդքա՛ն երկնային մարմիններ (Արեգակ, Լուսին, Մոլորակներ)՝ անշարժ լուսավոր կետեր համարվող աստղերը չհաշված։ Յուրաքանչյուր մետաղի համապատասխանեցվել էին ոչ միայն երկնային մարմնի, այլև՝ շաբաթվա օրերից մեկի անվանումն ու խորհրդանիշը։

2.      Փորձե՛ք բացատրել, թե ինչո՞ւ հնում հայտնի 7 մետաղին համապատասխանեցվել են հատկապես վեր նշված երկնային մարմինները։

Մոլորակային համակարգ, որը գտնվում է Ծիր Կաթին գալակտիկայի մեջ և բաղկացած է Արեգակից և այլ երկնային մարմիններից, որոնք ձգողությամբ կապում են նրա ութ մոլորակները, նրանց 167 բնական արբանյակները,հինգ գաճաճ մոլորակները (Սերես, Պլուտոն, Հոմեա, Մակեմակե և Էրիս) և նրանց վեց բնական արբանյակները) և միլիարդավոր այլ փոքր մարմիններ։ Այս վերջինը բաղկացած է աստերոիդներից, Կոյպերի գոտու մարմիններից, գիսաստղերից, աստղաքարերից և տիեզերական փոշուց։

3.      Ի՞նչ դեր են կատարել մետաղները մարդկության պատմության զարգացման գործընթացում։

Առաջին մետաղը, որ օգտագործեցին մարդիկ, պղինձն էր: Պղինձը փափուկ մետաղ է, այդ պատճառով քարե գործիքները լիովին դուրս չեկան գործածությունից: Դրանով պայմանավորված՝ նախնադարի պատմության այդ փուլն անվանում են պղնձի–քարի դար (էնեոլիթ): Այն տևել է Ք.ա. VI հազարամյակի կեսերից մինչև Ք.ա. V հազարամյակի վերջերը:

Ք.ա. IV հազարամյակում հայտնաբերվեց բրոնզը`   պղնձի և անագի համաձուլվածքը, որն ավելի ամուր և կարծր էր: Բրոնզից պատրաստում էին տարբեր առարկաներ՝ կացին, սուր և այլն:  

Բրոնզե գործիքները նպաստեցին արհեստների, երկրագործության և անասնապահության զարգացմանը: Առաջացան արհեստների նոր ճյուղեր`   դարբնություն, զինագործություն և այլն: Կարևորագույն հայտնագործություն էր նաև բրոնզե ծայրակալով արորը, որի շնորհիվ մարդիկ մշակում էին ավելի մեծ հողատարածքներ և ստանում ավե լի շատ բերք: Զարգացան փոխադրամիջոցները: Դրանցից էր անիվավոր սայլը, որը սկսեց լայնորեն կիրառվել: Հասարակության կյանքում հեղաշրջում առաջացրեց երկաթի մշակումը: Երկաթը լայնորեն սկսեցին կիրառել Ք.ա. II հազարամյակից:

4.      Ե՞րբ ինչո՞ւ  է քարի դարը փոխարինվել բրոնզի դարով, իսկ վերջինս երկաթի դարով։ Ո՞ր մետաղների համաձուլվածքն է բրոնզը։

Մարդկության կյանքն էապես հեշտացավ, երբ սկսեցին օգտագործվել մետաղները և, որ առավել կարևոր էր՝ դրանց համաձուլվածքները։ Քարի դարը փոխարինվեց պղնձի, ապա՝ բրոնզի, և հետո՝ երկաթ դարով։

5.      Աշխարհի յոթ հրաշալիքներից մեկը՝ Քեոփսի բուրգը, կառուցված է 2 միլիոն 300 հազար քարից, որոնցից յուրաքանչյուրի զանգվածը 2,5 տ է։ Ի՞նչ եք կարծում՝ ո՞ր մետաղներից են գործիքներ կիրառվել բուրգը կառուցելիս։

Հին Եգիպտոսում, դեռևս մ․թ․ա․ IV հազարամյակում արդեն կարողանում էին բրոնզ (անագապղինձ) ստանալ, որից զենք ու գեղազարդային իրեր, արձաններ էին պատրաստում։

6.      Ո՞ր առանձահատկություններն են բնորոշում բոլոր մետաղները։

?

7.      Ինչո՞վ են պայմանավորված մետաղների վերականգնող հատկությունները։

Նշված առանձնահտկություններից էլ բխում են մետաղներին բնորոշ քիմիական հատկությունները մեծ շառավիղը պայմանավորում է մետաղների իոնացման փոքր էներգիան և ուժեղ վերականգնող հատկությունը։ Մետաղների ատոմների հեշտությամբ տրամադրում են իրենց արտաքին էլեկտրոնները՝ դրական լիցքավորված իոնների փոխակերպվելով» Մետաղի ատոմը չի կարող էլեկտրոն միացնել, այսինքն՝ օքսիդացնող չի կարող լինել։

8.      Ո՞րն է «հինգերորդ ավելորդ» տարրը հետևյալ շարքերից յուրաքանչյուրումն (ընտրությունը հիմնավորե՛ք)

ա) Zn    Fe   Cu   J       Ba

բ) Br      As   Si    B      Hg

գ) Na     Ai   Ca   Mg    li

Մետաղների ֆիզիկական հատկությունները

Մետաղական բյուրեղացանցի հանգույցներում կանոնավոր տեղաբաշխված են մետաղի կատիոններ ու ատոմներ, որոնք միմյանց հետ կապված են այդ կատիոններին համապատասխան վալենտային էլեկտրոնների բազմակի վրածածկից առաջացրած ընդհանուր, շարժուն էլեկտրոնային ամպով։ Այսպես՝ եթե պատկերացնենք, որ կալցիում մետաղի բյուրեղանացանցի տարրական բջիի հանգույցներում 8 իոն (Сa²⁺) է տեղադրված, ապա յուրաքանչյուր Сa²⁺ իոն ձգում է (փոխադարձաբար) 16 էլեկտրոն ներառող ընդհանուր, ապա տեղայնացված բացասակն ամպը։ Վերջինս «ցեմենտում է» վերը նշված բոլոր 8 իոնները՝ մետաղական բյուրեղացանցի կայունությունն ապահովելով։

Էլեկտրահաղորդականություն ու ջերմահաղորդականություն

Մետաղները ջերմության և էլեկտրականության լավ հաղորդիչներ են։ Պատճառը մետաղական բյուրեղացանցում առկա, շարծում էլեկտրոններն են, որոնք ուղղոդրվում են էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ։ Մետաղներից ամենալավ հաղորդիչներն են արծաթը Ag, պղինձը՝ Сu, ոսկին՝ Au, իսկ ամենավատ հաղորդիչները՝ կապարը՝ Pb, մանգանը՝ Mn, և սնդիկը՝ Hg:

Մետաղական փայլ ու անթափանցիկություն

Հարթ մակերեսով մետաղներին բնութագրական է մետաղական փայլը, որը լուսային ճառագայթների անդրադարձմամբ է պայմանավորված։

Փոշի վիճակում մետաղների մեծ մասը կորցնում է փայլը՝ սև կամ մոխրագույն գունավորվելով։

Մագնեզիում (Mg), ալյումինը (AI) և որոշ այլ մետաղներ պահպանում են մետաղական փայլը, նույնիսկ փոշի վիճակում։ Այդ հատկությամբ էլ պայմանավորված է արծաթ (Ag), ալյումին (AI) և պալադիում (Pd) մետաղների օգտագործումը հայելիներ պատրաստելիս ու լուսարձակներում։

Մետաղները տարբեր գույնի են։ Արտադրության ոլորտում դրանք պայմանականորեն բաժանվում են սև մետաղների (երկաթն ու իր համաձուլվածքները) և գունավոր մետաղների (բոլոր մնացյալ մետաղները)։

Պլաստիկություն

Արտաքին ազդակները ներգործությամբ մետաղները փոխում են իրենց ձևն ու պահպանում ընդունած ձևն այդ ազդեցությունը վերացնելիս։ Հենց դա՛ է պլաստիկությունը, որը պայմանավորված է այն հանգամանքով, որ արտաքին ազդեցության ներքո իոնատոմների մի շերտը մյուսի նկատմամբ սահում է՝ առանց ապատեղայնացած ամպի հետ կապի կտրման։ Առավել պլաստիկական են ոսկի (Au), արծաթը (Ag), պղինձը (Сu) և էլի մի քանի մետաղ։ Այսպես՝ ոսկուց (Au) կարելի է գլանել 0,003 մմ հաստությամբ փայլաթիթեղ, իսկ վոլֆրամից (W)` 0,015 մմ հաստությամբ մետաղալար։

Կարծրություն, հալման ջերմաստիճան ու խտություն

Բոլոր մետաղներին (սնդիկից բացի) սովորական պայմաններում հատուկ է պինդ ագրեգատային վիճակը, սակայն դրանց կարծրություններն ու հալման ջերմաստիճաններ տարբեր են։

Ամենակարծր մետաղները հիմնականում d-տարրեր են։ Այսպես՝ քրոմի (Cr) կարծրությունը մոտենում է ալմաստի կարծրությանը։ Իսկ ամենափափուկն են ալկալիական մետաղները։

Նկար 3 էլեկտրական լամպում
օգտագործվող մետաղները։

Ըստ խտության մետաղներն ընդունված է բաժանել թեթև (P<5գ/սմ³) և ծանր (P>5գ/սմ³) մետաղների։ Ամենածանր մետաղն օսմիումն է՝ Օs (P=22,65 գ/սմ³), իսկ ամենաթեթևը՝ լիթիումը՝ Li (P=0,53 գ/սմ³): Թեթև մետաղների շարքն են դասվում ալկալիական, հողալկալիական մետաղները, ալյումինը (AI), սկանդիումը (Sc), տիտանը (Ti), իտրիումը (Y): Վերջին չորս մետաղը և՛ թեթև են, և՛ դժվարահալ ու լայնորեն կիրառվում են տնտեսության տարբեր բնագավառներում։

Սովորաբար, թեթև մետաղները դյուրահալ են։ Օրինակ՝ ցեզիումը (Сs) և գալիումը (Ga) ձեռքի ափի մեջ հալվում են։

Ամենադժվարահալ մետաղն է վոլֆրամը (W), որի հալման ջերմաստիճանն է 3380^oC: Այդ մետաղից, մասնավորապես՝ էլեկտրական (շիկացման) լամպերի թելիկներ են պատրաստում։ Ի դեպ՝ այդ լամպերում, վոլֆրամից բացի՝ ևս 7 մետաղ է օգտագործվում նկար 3:

Առաջադրանք

1.      Ո՞ր հատկություններ են բնութագրում մետաղական բյուրեղացանցով նյութերը սովորական պայմաններում (ընտրե՛ք ճիշտ պատասխաններն ու ընտրությունը հիմնավորե՛ք)

ա) ջերմահաղորդականության,

բ) էլեկտրահաղորդականություն,

գ) լուսաթափանցիկություն,

դ) փխրություն,

ե) պլաստիկություն,

զ) առաձգականություն,

2.      Թվարկե՛ք ու հակիրճ մեկնաբանե՛ք մետաղների ընդհանուր։ Ֆիզիկական հատկությունները։

Մետաղական բյուրեղացանցի հանգույցներում կանոնավոր տեղաբաշխված են մետաղի կատիոններ ու ատոմներ, որոնք միմյանց հետ կապված են այդ կատիոններին համապատասխան վալենտային էլեկտրոնների բազմակի վրածածկից առաջացրած ընդհանուր, շարժուն էլեկտրոնային ամպով։ Այսպես՝ եթե պատկերացնենք, որ կալցիում մետաղի բյուրեղանացանցի տարրական բջիի հանգույցներում 8 իոն (Сa²⁺) է տեղադրված, ապա յուրաքանչյուր Сa²⁺ իոն ձգում է (փոխադարձաբար) 16 էլեկտրոն ներառող ընդհանուր, ապա տեղայնացված բացասակն ամպը։ Վերջինս «ցեմենտում է» վերը նշված բոլոր 8 իոնները՝ մետաղական բյուրեղացանցի կայունությունն ապահովելով։

3.      Արդյոք հնարավո՞ր է, որ մետաղը սենյակային ջերմատիճանում հեղուկ վիճակում լինի (պատասխանը հիմնավորե՛ք)

?

4.      Ինչո՞ւ էլեկտրական լամպի շիկացման թելիկ պատրաստելիս երկաթ չի օգտագործվում։

Այդ մետաղից, մասնավորապես՝ էլեկտրական (շիկացման) լամպերի թելիկներ են պատրաստում։ Ի դեպ՝ այդ լամպերում, վոլֆրամից բացի՝ ևս 7 մետաղ է օգտագործվում։

5.      Ինչո՞ւ բնակարաններում էլեկտրահաղորդալարեր անցկացնելիս գործի գիտակները նախընտրում են ոչ թե ալյումինե, այլ՝ պղնձե լարերը (ընտրե՛ք ճիշտ պատասխանն ու հիմնավորե՛ք)

ա) պղինձն ավելի թեթև է,

բ) պղինձն ավելի էժան է,

գ) պղինձն ավելի դժվարահալ է,

դ) պղինձը պակաս թունավոր է,

6.      Արծաթն էլեկտրականության լավագույն հաղորդիչներից է։ Ինչո՞ւ էլեկտրակահաղորդալարերը, այնուամենանիվ, արծաթից չեն պատրաստում։

Մետաղները ջերմության և էլեկտրականության լավ հաղորդիչներ են։ Պատճառը մետաղական բյուրեղացանցում առկա, շարծում էլեկտրոններն են, որոնք ուղղոդրվում են էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ։ Մետաղներից ամենալավ հաղորդիչներն են արծաթը Ag, պղինձը՝ Сu, ոսկին՝ Au, իսկ ամենավատ հաղորդիչները՝ կապարը՝ Pb, մանգանը՝ Mn, և սնդիկը՝ Hg:

7.      Առաջարկե՛ք կենցաղում մի քանի մետաղի օգտագործման օրինակներ, որոնք պայմանավորված են իրենք ֆիզիկական հատկություններով։

?

Մետաղների քիմիական հատկությունները

Քիմիական ռեակցիաներում մետաղները միայն վերականգնող հատկություն են ցուցաբերում, այսինքն՝ այլ տարրերի ատոմների հետ փոխազդելիս մետաղների ատոմներն էլեկտրոններ են տրամադրում և, որպես արդյուն՝ միայն դրական լիցքավորված իոններ առաջացնում։ Մետաղների վերականգնող հատկությունը կարելի է արտահայտել հետևյալ ընդհանուր հավասարմամբ․

  Մետաղների հետ փոխազդեցության ռեակցիաներում որպես օքսիդացնող կարող են հանդես գալ ոչ մետաղները, ջրածնի H⁺ կատիոնները, այլ մետաղների կատիոններ և այլն։ Ոչ մետաղների հետ առաջացրած մետաղների երկտարր միացությունները ձեզ արդեն հիմնականում ծանոթ են՝ օքսիդներ, քլորիդներ (հալոգենիդներ), սուլֆիդներ, նիտրիդներ, ֆոսֆիդներ, կարբիդներ, սիլիցիդներ, հիդրիդներ։ Դիտարկենք այդպիսի միացությունների առաջացման ռեակցիաների օրինակները․

Օքսիդներ

Ոսկին (Au), պլատինը (Pt) և պլատինային շարքի մետաղները ոչ մի պայմանում օդի թթվածնով չեն օքսիդանում։

Քլորիդներ (հալոգենիդներ)

Սուլֆիդներ

Նիտրիդներ

Ֆոսֆիդներ

Կարբիդներ

Սիլիցիդներ

Հիդրիդներ

Ալկալիական ու հողալկալիական մետաղները հեշտությամբ վերականգնում են H⁺ կատիոնները՝ ջրի հետ փոխազդելով։ Այս դեպքում առաջանում են նաև լուծելի հիդրօքսիդներ՝ ալկալիներ․

Պակաս ակտիվ մետաղները   ջրի հետ փոխազդում են միայն տաքացման պայմաններում, ընդ որում՝ առաջանում են ոչ թե հիդրօքսիդներ այլ՝ օքսիդներ օրինակ՝

Ջրային լուծույթում մետաղի վերականգնող ակտիվությունը պայմանավորված է այն հանգամանքով, թե որքանո՛վ հեշտ են բյուրեղացանցի հանգույցներից, ջրի բևեռանում։ Որքան հեշտ են բյուրեղացանցից պոկվում մետաղի դրական լիցքավորված իոնները, այնքան մետաղի վերականգնող հատկությունը մեծ է, իսկ թե որքանո՞վ այդ իոնները հեշտ կպոկվեն՝ կախված է մետաղի բնույթից միջուկի լիցքից, ատոմի շառավղից։

Այժմ փոքր-ինչ ավելի մանրամասն քննարկենք վերը նշված երևույթը։

Մետաղը ջրի հետ հպվելիս մետաղական բյուրեղացանցի հանգույցներում տեղաբաշխված դրական իոնների ու ջրի դիպոլները միջև փոխազդեցություն է տեղի ունենում։

Ձեզ արդեն հայտնի է, որ այդ փոխազդեցությունն անվանվում է հիդրատացում ու ընթանում է ջերմության անջատմամբ։ Եթե հիդրատացման ընթացքում անջատված E_հիդր․ էներգիան գերազանցում է բյուրեղացանցում այդ իոնի ու «էլեկտրոնային գազի» փոխազդեցության E_բ-ցանց էներգիան, ապա իոնը պոկվում ու լուծույթ է անցնում։ Որքան մեծ է հիդրատացման էներգիան և փոքր բյուրեղացանցի էներգիան, այնքան մետաղն ակտիվ է։ Օրինակ ջրային լուծույթում լիթիում մետաղի վերականգնող ընդունակությունն ամենամեծն է, քանի որ այդ մետաղի ատոմի շառավղի փոքրության պատճառով հիդրատացման էներգիան մեծ է։

Ըստ ջրային լուծույթում վերականգնող ընդունակության (աճի կամ՝ նվազման) կարգի՝ մետաղները կարելի է դասավորել ձեզ արդեն ծանոթ մի շարքով, որն անվանվում է նաև՝ մետաղների էլեկտրաքիմիական լարվածության շարք

Li   K   Ca   Na  Mg  AI  Zn  Fe   Ni   Sn   Pb   (H₂) Cu Hg Ag Au Pt

Այս շարքի առավել ճշգրիտ անվանում է ստանդարտային էլեկտրոդային պոտենցիալների շարք։ Այդ մասին մանրամասն կտեղեկանաք բարձր դասարաններում։ Անշուշտ, նկատեցիք, որ այստեղ ընդգրկված է նաև ջրածինըմ որ մետաղների նման ընդունակ է էլեկտրոն տրամադրելու և դրական լիցքավորված H⁺ իոն առաջացնելու։ Լարվածության շարքում մետաղների դիրքից բխում են դրանց երկու հիմնական հատկությունները

Մետաղների ակտիվության շարքում ջրածնից ձախ տեղադրված մետաղները թթուների լուծույթից ջրածին են դուրս մեղում, իսկ աջ տեղադրվածները ջրածին դուրս չեն մղում, օրինակ․

Այս կանոնի վերաբերյալ հարկ է նշել, որ

ա) Կանոնը պահպանվում է, եթե թթվի ու մետաղի փոխազդեցությունից լուծելի աղ է ստացվում

բ)  Խիտ ծծմբական թթուն և ցանկացած կոնցենտրացիայով ազոտական թթուն մետաղների հետ փոխազդում են, բայց ջրածին դուրս չի մղում։

·      Յուրաքանչյուր մետաղ աղերի լուծույթենրից դուրս է մղում, այլ մետաղներ, որոնք լարվածության շարքում իենից աջ են տեղադրված, իսկ ինքը դուրս է մղվում իրենից ձախ տեղադրվածներից, օրինակ՝

Fe+CuSO₄=FeSO₄ + Cu

Zn + FeSO₄=Fe + ZnSO₄

Վերը նշված կանոնը չի վերաբերում ալկալիական և հողալկալիական մետաղներին, քանի որ դրանք առաջին հերթին փոխազդում են ջրի հետ։

Առաջադրանք

1.   Ստորև թվարկված մետաղները դասավորե՛ք ՝ ըստ իոնացման էներգիայի մեծացման կարգի

ա) K

2.   Ստորև թվարկվածներից ո՞ր մետաղն է միացություններում հաստատուն օքսիդացման աստիճան դրսևորում

գ) AI կամ բ)Ag

3.   Ստորև թվարկված տարրերի ատոմները դասավորվե՛ք շարքով (25^oC ջերմաստիճանի պայմաններում)՝ ըստ ջրային լուծույթներում այդ տարրերի վերականգնող հատկության նվազման կարգի

?

4.   Հետևյալ մետաղները (միևնույն զանգվածով) ավելցուկով վերցված թթվի հետ փոխազդելիս ո՞ր դեպքում ավելի շատ ջրածին կանջատվի

բ) Zn

5.   Արդյոք հնարավո՞ր է ջրածին ստանալ կալցիումի ու խիտ ծծբական թթվի փոխազդեցությունից (պատասխանը հիմնավորե՛ք)։

?

6.   Էլեկտրոնային հաշվեկշռի եղանակով ընտրե՛ք հետևյալ քիմիական ռեակցիայի հավասարման գործակիցները

7.    Առաջարկե՛ք երկու միացություն, որոնց մոլեկուլներում իոնները (և՛ անիոնը, և՛ կատիոնը) արտահայտվեն միայն 1s22s22p63s²3p⁶ էլեկտրոնային բանաձևով։

?

Մետաղները բնության մեջ, Մետաղների Ստացման ընդհանուր եղանակները։

Մետաղները բնության մեջ հանդիպում են հիմնականում այլ տարրերի հետ առաջացրած միացությունների ձևով։ Եթե բնական միացությւոնից հնարավոր է մետաղը հայթաթել, ապա նման միացությունն անվանվում է հանք։ Որպես կանոն՝ թեթև մետաղները հանդիպում են քլորիդների՝ NaCI, KCI, NaCI x KCI, CaCI₂ x 2H₂O, MgCI₂ x 6H₂O  և այլն, նիտրատների՝ NaNO₃, NH₄NO₃, KNO₃, Ca(NO₃)₂ և այլ, սուլֆատների՝ MgSO₄ 7H₂O, CaSO₄ x 2H₂O, Na₂SO₄ x 10H₂O և այլն, ֆոսֆատների՝ Сa₃(PO₄)₂, Ba₃(PO₄)₂, Mg₃(PO₄)₂ և այլն, կարբոնատների՝ CaCO₃, CaCO₃ x MgCO₃ և այլն, սիլիկատների՝ Na₂SiO₃, Li₂SiO₃, CaSiO₃ և այլն, ձևով։

Ծանր մետաղների հանքերն են օքսիդները, սուլֆատներն ու կարբոնատները։ Ամենատարածված հանք օքսիդներն են մագնետիտը կամ մագնիսական երկաթաքարը՝ Fe₃O₄, կարմիր երկաթաքարը (հեմատիտ)՝ Fe₂O₃ գորշ երկաթաքարը (լիմոնիտ)՝  Fe₂O₃  x nH₂O, կարմիր պղնձի հանքը (կուպրիտ)՝ Сu₂O, անագաքարը՝ SnO₂, պիրոլուզիտը՝ MnO₂ և այլն։

Կարևորագույն հանք սուլֆիդներն են երկաթի կամ ծծմբի հրաքարը (պիրիտ)՝ FeS₂, պղնձե փայլը՝ Ag₂S, զինջարակը (կինովար)՝ HgS:

Հանք կարբոնատներն են երկաթասպաթը`FeCO₃, ցինկապաթը՝ ZnCO₃, մալաքիտը՝ (СuOH)₂CO₃ և այլն։

Ոչ ակտիվ և, մասնավորապես, այսպես կոչված ազնիվ մետաղները բնության մեջ հանդիպում են ազատ վիճակում, անվանվում են նաև՝ բնածին մետաղներ։ Հազվադեպ հանդիպում են բնածին մետաղների մեծ կտորներ։ Այսպես՝ գտնված ամենամեծ բնածին պղիձն ունի 420 տ, արծաթը՝ 13,5 տ, ոսկին՝ 112 կգ զանգված։

Սակայն նույնիսկ բնածին մետաղները հարկ է լինում մաքրել ու դատարկ ապարներից առանձնացնել։

Հանքերից մետաղների արդյունահանման խնդիրներ  ուսումնասիրությամբ զբաղվող գիտությունն անվանում է մետաղագործություն (մետալուրգիա)։ Ըստ հանքերից մետաղների ադրյունահանման եղանակների՝ տարբերում են հրամետաղագործություն (պիրոմետալուրգիա), ջրամետաղագործություն (հիդւրոմետալուրգիա) և էլեկտրամետաղագործություն (էլեկտրամետալուրգիա)։

Հրամետաղագործությունը միավորում է այն եղանակները, որոնք հիմնված են բարձր ջերմաստիճաններում հանքերից մետաղների վերականգնման վրա՝ ածխի (C), ածխածնի (II) օքսիդի միջոցով։ Այդ նպատակով երբեմն օգտագործվում են նաև ակտիվ մետաղներ՝ ալյումին, կալցիում, ինչպես նաև՝ սիլիցիում և ջրածին։

Հանք օքսիդներից մետաղը վերականգնում են ածխով կամ ածխածնի (II) օքսիդով՝ բարձր ջերմաստիճանում, օրինակ՝․

Հանք սուլֆիդներից մետաղի վերականգնումը կատարվում է երկու փուլով։ Նախ՝ սուլֆիդը հատուկ վառարաններում թրծում են ու ստանում մետաղի օքսիդը, որն ապա վերականգնում են՝ մինչև ազատ մետաղ, օրինակ`․

 Հանք կարբոնատներից մետաղ հայթայթելու նպատակով սկզբում կարբոնաը քայքայում են, ապա՝ օքսիդը վերականգնում մինչև ազատ մետաղ, օրինակ՝․

Դժվարահալ մետաղները՝ քրոմը (Cr), վանադիումը (V), վոլֆրամը (W), մանգանը (Mn) և այլն, վերականգնվում են օքսիդներից մետաղաթերմիայի, տվյալ դեպքում այսպես կոչվում ալյումինաթերմիայի օգնությամբ, օրինակ

Cr₂O₃ + 2AI=2Cr+AI₂O₃

Մաքուր մետաղներ ստանալու նպատակով երբեմն, որպես վերականգնող, ջրածին են օգտագործում, օրինակ

WO₃+3H₂=W+3H₂O

V₂O₅ + 5H₂=2V + 5H₂O

Ջրամետաղագործությունը հիմնված է մետաղների ստացման վրա՝ վերջիններիս աղերի լուծույթներից։ Սովորաբար, հանքը մաքրում են դատարկ ապարներից, հապատասխան լուծիչի օգնությամբ մետաղը լուծույթ անցկացնում, ապա՝ մետաղն աղից վերականգնում։ Օրինակ՝ 0,5-1% պղինձ պարունակող հանքը մշակում են ծծմբական թթվով և ջրում լուծելի պղնձի (II) սուլֆատ ստանում

СuO+H₂SO₄=CuSO₄ + H₂O

Առաջացած լուծույթից պղինձ կարելի է ստանալ՝ ավելի ակտիվ մետաղով դուրս մղելով կամ էլեկտրատարրալուծման միջոցով, օրինակ՝

СuSO₄ + Fe=FeSO₄ + Cu

էլեկտրամետաղագործություն ընդգրկում է էլեկտրատարրալուծման վրա հիմնած՝ մետաղների ստացման եղանակները։ Ալկալիական, հողալկալիական մետաղներն ու ալյումինը հիմնականում ստանում են էլեկտրատարրալուծման միջոցով։ Այդ եղանակով նաև մաքրում են մյուս մետաղները։

Առաջադրանք

1.      Արդյո՞ք հնարավո՞ր է ալկալիական մետաղներ ստանալ ջրամետաղագործությամբ (պատասխանը հիմնավորե՛ք)։

Ջրամետաղագործությունը հիմնված է մետաղների ստացման վրա՝ վերջիններիս աղերի լուծույթներից։ Սովորաբար, հանքը մաքրում են դատարկ ապարներից, հապատասխան լուծիչի օգնությամբ մետաղը լուծույթ անցկացնում, ապա՝ մետաղն աղից վերականգնում։ Օրինակ՝ 0,5-1% պղինձ պարունակող հանքը մշակում են ծծմբական թթվով և ջրում լուծելի պղնձի (II) սուլֆատ ստանում

СuO+H₂SO₄=CuSO₄ + H₂O

2.      Հալենիտ (կապարե փայլ՝ PbS) հանքից կապարի ստացումն իրականացվում է երկու փուլով։ Գրե՛ք այդ փուլերին համապատասխանող ռեակցիաների հավասարումները

?

3.      Մաքուր երկաթ ստացվում է թերմիտ խառնուրդից, որը երկաթի հարուկի (Fe₃O₄) և մետաղական ալյումինի խառնուրդն է։ Գրե՛ք ռեակցիայի հավասարումն ու ընտրե՛ք գործակիցներն էլեկտրոնային հաշվեկշռի եղանակով։

?

4.      Ինչպե՞ս կարելի է ստանալ նատրիում մետաղը (ընտրե՛ք ճիշտ պատասխանն ու հիմնավորե՛ք)

ա) Նատրիումի օքսիդն ածխով վերականգնելով

բ) Նատրիումի քլորիդի հալույթի էլեկտրատարրալուծմամբ

գ) Նատրիումի քլորիդի ջրային լուծույթի էլեկտրատարրալուծմամբ

դ) Նատրիումի հիդրօքսիդի հալույթի էլեկտրատարրալուծմամբ

5.      Հիմնականում ի՞նչ ձևով են հանդիպում ազնիվ մետաղները բնության մեջ ինչո՞ւ 

Ոչ ակտիվ և, մասնավորապես, այսպես կոչված ազնիվ մետաղները բնության մեջ հանդիպում են ազատ վիճակում, անվանվում են նաև՝ բնածին մետաղներ։ Հազվադեպ հանդիպում են բնածին մետաղների մեծ կտորներ։ Այսպես՝ գտնված ամենամեծ բնածին պղիձն ունի 420 տ, արծաթը՝ 13,5 տ, ոսկին՝ 112 կգ զանգված։