Dari sudut pandang kimia Logam adalah unsur yang menunjukkan bilangan oksidasi positif pada semua senyawanya. Dari 109 unsur yang diketahui saat ini, 86 diantaranya adalah logam. Ciri pembeda utama logam adalah adanya elektron bebas dalam keadaan terkondensasi yang tidak terikat pada atom tertentu. Elektron ini mampu bergerak ke seluruh volume benda. Kehadiran elektron bebas menentukan keseluruhan sifat logam. Dalam keadaan padat, sebagian besar logam memiliki struktur kristal yang sangat simetris dengan salah satu jenis berikut: kubik berpusat badan, kubik berpusat muka, atau padat heksagonal (Gbr. 1).

Beras. 1. Struktur khas kristal logam: a – kubik berpusat badan; b–kubik berpusat pada muka; c – heksagonal padat

Ada klasifikasi teknis logam. Biasanya kelompok berikut dibedakan: logam hitam(Fe); logam berat non-ferrous(Cu, Pb, Zn, Ni, Sn, Co, Sb, Bi, Hg, Cd), logam ringan dengan massa jenis kurang dari 5 g/cm 3 (Al, Mg, Ca, dll.), logam mulia(Au, Ag dan logam platina) Dan logam langka(Be, Sc, In, Ge dan beberapa lainnya).

Dalam kimia, logam diklasifikasikan menurut tempatnya dalam tabel periodik unsur. Ada logam dari subkelompok utama dan sekunder. Logam dari subkelompok utama disebut intransisi. Logam-logam ini dicirikan oleh fakta bahwa dalam atomnya kulit elektron s– dan p– terisi secara berurutan.

Logam yang khas adalah s-elemen(logam alkali Li, Na, K, Rb, Cs, Fr dan alkali tanah Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra). Logam-logam ini terletak di subkelompok Ia dan IIa (yaitu, di subkelompok utama kelompok I dan II). Logam-logam ini sesuai dengan konfigurasi kulit elektron valensi ns 1 atau ns 2 (n adalah bilangan kuantum utama). Logam-logam ini dicirikan oleh:

a) logam memiliki 1 – 2 elektron pada tingkat terluar, oleh karena itu logam menunjukkan bilangan oksidasi +1, +2 yang konstan;

b) oksida unsur-unsur ini bersifat basa (pengecualian adalah berilium, karena jari-jari ion yang kecil memberinya sifat amfoter);

c) hidrida bersifat seperti garam dan membentuk kristal ionik;

d) eksitasi sublevel elektronik hanya mungkin terjadi pada logam golongan IIA, diikuti dengan hibridisasi orbital sp.

KE p-logam meliputi unsur golongan IIIa (Al, Ga, In, Tl), IVa (Ge, Sn, Pb), Va (Sb, Bi) dan VIa (Po) dengan bilangan kuantum utama 3, 4, 5, 6. Logam-logam ini sesuai dengan konfigurasi kulit elektron valensi ns 2 p z (z dapat bernilai 1 hingga 4 dan sama dengan nomor golongan dikurangi 2). Logam-logam ini dicirikan oleh:

a) pembentukan ikatan kimia dilakukan oleh elektron s - dan p - dalam proses eksitasi dan hibridisasinya (sp - dan spd), namun dari golongan atas ke bawah, kemampuan hibridisasi menurun;

b) oksida logam p–, bersifat amfoter atau asam (oksida basa hanya untuk In dan Tl);

c) hidrida logam-p bersifat polimer (AlH 3) n atau berbentuk gas (SnH 4, PbH 4, dll.), yang menegaskan kemiripannya dengan non-logam yang membuka golongan ini.

Dalam atom logam dari subkelompok samping, yang disebut logam transisi, terjadi pembentukan kulit d dan f, yang menurutnya mereka dibagi menjadi kelompok d dan dua kelompok f, lantanida dan aktinida.

Logam transisi mencakup 37 unsur golongan d dan 28 logam golongan f. KE logam golongan d meliputi unsur Ib (Cu, Ag, Au), IIb (Zn, Cd, Hg), IIIb (Sc, Y, La, Ac), IVb (Ti, Zr, Hf, Db), Vb (V, Nb, Ta, Jl), golongan VIb (Cr, Mo, W, Rf), VIIb (Mn, Tc, Re, Bh) dan VIII (Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Rt, Hn, Mt, Db, Jl, Rf, Bh, Hn, Gunung). Elemen-elemen ini sesuai dengan konfigurasi 3d z 4s 2. Pengecualian adalah beberapa atom, termasuk atom kromium dengan cangkang 3d 5 terisi setengah (3d 5 4s 1) dan atom tembaga dengan cangkang 3d 10 terisi penuh (3d 10 4s 1). Elemen-elemen ini memiliki beberapa sifat umum:

1. semuanya membentuk paduan antara dirinya dan logam lain;

2. adanya kulit elektron yang terisi sebagian menentukan kemampuan logam-d untuk membentuk senyawa paramagnetik;

3. dalam reaksi kimia mereka menunjukkan valensi yang bervariasi (dengan sedikit pengecualian), dan ion serta senyawanya biasanya berwarna;

4. dalam senyawa kimia unsur d bersifat elektropositif. Logam “mulia”, yang memiliki nilai positif potensial elektroda standar yang tinggi (E>0), berinteraksi dengan asam dengan cara yang tidak biasa;

5. Ion logam d mempunyai orbital atom kosong pada tingkat valensi (ns, np, (n–1) d), oleh karena itu ion tersebut menunjukkan sifat akseptor, bertindak sebagai ion pusat dalam senyawa koordinasi (kompleks).

Sifat kimia suatu unsur ditentukan oleh posisinya dalam Tabel Periodik Unsur Mendeleev. Dengan demikian, sifat logam meningkat dari atas ke bawah dalam satu golongan, yang disebabkan oleh penurunan gaya interaksi antara elektron valensi dan inti karena peningkatan jari-jari atom dan karena peningkatan penyaringan sebesar elektron yang terletak pada orbital atom internal. Hal ini menyebabkan ionisasi atom lebih mudah. Dalam satu periode, sifat logam berkurang dari kiri ke kanan karena hal ini disebabkan oleh peningkatan muatan inti dan dengan demikian meningkatkan kekuatan ikatan antara elektron valensi dan inti.

Secara kimiawi, atom-atom dari semua logam dicirikan oleh relatif mudahnya melepaskan elektron valensi (yaitu, energi ionisasi yang rendah) dan afinitas elektron yang rendah (yaitu, rendahnya kemampuan untuk menahan kelebihan elektron). Akibatnya, nilai elektronegativitas rendah, yaitu kemampuan untuk hanya membentuk ion bermuatan positif dan hanya menunjukkan bilangan oksidasi positif dalam senyawanya. Dalam hal ini, logam dalam keadaan bebas merupakan zat pereduksi.

Kemampuan mereduksi berbagai logam tidak sama. Untuk reaksi dalam larutan air, ditentukan oleh nilai potensial elektroda standar logam (yaitu posisi logam dalam rangkaian tegangan) dan konsentrasi (aktivitas) ion-ionnya dalam larutan.

Interaksi logam dengan zat pengoksidasi unsur(F 2, Cl 2, O 2, N 2, S, dst). Misalnya, reaksi dengan oksigen biasanya berlangsung sebagai berikut

2Saya + 0,5nO 2 = Saya 2 HAI n,

di mana n adalah valensi logam.

Interaksi logam dengan air. Logam dengan potensial standar kurang dari -2,71 V menggantikan hidrogen dari air dalam suhu dingin untuk membentuk logam hidroksida dan hidrogen. Logam dengan potensial standar –2,7 hingga –1,23 V menggantikan hidrogen dari air ketika dipanaskan

Saya + nH 2 O = Saya(OH) n + 0,5n H 2.

Logam lain tidak bereaksi dengan air.

Interaksi dengan alkali. Logam yang menghasilkan oksida amfoter dan logam dengan bilangan oksidasi tinggi dapat bereaksi dengan basa dengan adanya zat pengoksidasi kuat. Dalam kasus pertama, logam membentuk anion dari asamnya. Jadi, reaksi antara aluminium dan alkali akan dituliskan dengan persamaan

2Al + 6H 2 O + 2NaOH = 2Na + 3H 2

dimana ligannya adalah ion hidroksida. Dalam kasus kedua, garam terbentuk, misalnya K 2 CrO 4 .

Interaksi logam dengan asam. Logam bereaksi secara berbeda dengan asam bergantung pada nilai numerik potensial elektroda standar (E) (yaitu, pada posisi logam dalam rangkaian tegangan) dan sifat oksidatif asam:

· dalam larutan hidrogen halida dan asam sulfat encer, hanya ion H+ yang merupakan zat pengoksidasi, dan oleh karena itu logam yang potensial standarnya lebih kecil dari potensial standar hidrogen berinteraksi dengan asam berikut:

Saya + 2n H + = Saya n+ + n H 2 ;

· Asam sulfat pekat melarutkan hampir semua logam, apapun posisinya dalam rangkaian potensial elektroda standar (kecuali Au dan Pt). Hidrogen tidak dilepaskan dalam kasus ini, karena Fungsi zat pengoksidasi dalam asam dilakukan oleh ion sulfat (SO 4 2–). Tergantung pada konsentrasi dan kondisi percobaan, ion sulfat direduksi menjadi berbagai produk. Jadi, seng, bergantung pada konsentrasi asam sulfat dan suhu, bereaksi sebagai berikut:

Zn + H 2 SO 4 (diencerkan) = ZnSO 4 + H 2

Zn + 2H 2 SO 4 (konsentrasi) = ZnSO 4 + SO 2 +H 2 O

– bila dipanaskan 3Zn + 4H 2 SO 4 (konsentrasi) = 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O

– pada suhu yang sangat tinggi 4Zn + 5H 2 SO 4 (konsentrasi) = 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O;

· dalam asam nitrat encer dan pekat, ion nitrat (NO 3 –) berfungsi sebagai zat pengoksidasi, oleh karena itu produk reduksi bergantung pada derajat pengenceran asam nitrat dan aktivitas logam. Tergantung pada konsentrasi asam, logam (nilai potensial elektroda standarnya) dan kondisi percobaan, ion nitrat direduksi menjadi berbagai produk. Jadi, kalsium, bergantung pada konsentrasi asam nitrat, bereaksi sebagai berikut:

4Ca +10HNO3(sangat encer) = 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

4Ca + 10HNO3(konsentrasi) = 4Ca(NO3)2 + N2O + 5H2O.

Asam nitrat pekat tidak bereaksi (pasif) dengan besi, aluminium, kromium, platina dan beberapa logam lainnya.

Interaksi logam satu sama lain. Pada suhu tinggi, logam dapat bereaksi satu sama lain membentuk paduan. Paduan dapat berupa larutan padat dan senyawa kimia (intermetalik) (Mg 2 Pb, SnSb, Na 3 Sb 8, Na 2 K, dll).

Sifat logam kromium (…3d 5 4s 1). Zat sederhana kromium adalah logam keperakan yang bersinar jika dipecah, menghantarkan listrik dengan baik, memiliki titik leleh yang tinggi (1890°C) dan titik didih (2430°C), kekerasan yang tinggi (dengan adanya pengotor, kromium yang sangat murni bersifat lunak ) dan kepadatan (7 ,2 g/cm 3).

Pada suhu biasa, kromium tahan terhadap zat pengoksidasi unsur dan air karena lapisan oksidanya yang padat. Pada suhu tinggi, kromium berinteraksi dengan oksigen dan zat pengoksidasi lainnya.

4Cr + 3O 2 ® 2Cr 2 O 3

2Cr + 3S (uap) ® Cr 2 S 3

Cr + Cl 2 (gas) ® CrCl 3 (warna raspberry)

Cr + HCl (gas) ® CrCl 2

2Cr + N 2 ® 2CrN (atau Cr 2 N)

Ketika menyatu dengan logam, kromium membentuk senyawa intermetalik (FeCr 2, CrMn 3). Pada suhu 600°C, kromium bereaksi dengan uap air:

2Cr + 3H 2 O ® Cr 2 O 3 + 3H 2

Secara elektrokimia, logam kromium mirip dengan besi: Oleh karena itu, ia dapat larut dalam asam mineral non-oksidasi (oleh anion), seperti hidrohalida:

Cr + 2HCl ® CrCl 2 (warna biru) + H 2.

Di udara tahap berikut terjadi dengan cepat:

2CrCl 2 + 1/2O 2 + 2HCl ® 2CrCl 3 (hijau) + H 2 O

Asam mineral pengoksidasi (oleh anion) melarutkan kromium ke keadaan trivalen:

2Cr + 6H 2 SO 4 ® Cr 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Dalam kasus HNO 3 (conc), terjadi pasivasi kromium - lapisan oksida kuat terbentuk di permukaan - dan logam tidak bereaksi dengan asam. (Kromium pasif mempunyai potensi redoks yang tinggi = +1,3 V.)

Bidang utama penerapan kromium adalah metalurgi: pembuatan baja kromium. Jadi, 3 - 4% kromium ditambahkan ke baja perkakas, baja bantalan bola mengandung 0,5 - 1,5% kromium, baja tahan karat (salah satu pilihan): 18 - 25% kromium, 6 - 10% nikel,< 0,14% углерода, ~0,8% титана, остальное – железо.

Sifat-sifat besi metalik (…3d 6 4s 2). Besi adalah logam berwarna putih mengkilat. Membentuk beberapa modifikasi kristal yang stabil pada kisaran suhu tertentu.

Sifat kimia besi logam ditentukan oleh posisinya dalam rangkaian tegangan logam: .

Ketika dipanaskan di atmosfer udara kering, besi teroksidasi:

2Fe + 3/2O 2 ® Fe 2 O 3

Tergantung pada kondisi dan aktivitas non-logam, besi dapat membentuk senyawa seperti logam (Fe 3 C, Fe 3 Si, Fe 4 N), seperti garam (FeCl 2, FeS) dan larutan padat (dengan C, Si , N, B, P, H ).

Besi terkorosi secara intensif di dalam air:

2Fe + 3/2O 2 +nH 2 O ® Fe 2 O 3 ×nH 2 O.

Dengan kekurangan oksigen, campuran oksida Fe 3 O 4 terbentuk:

3Fe + 2O 2 + nH 2 O ® Fe 3 O 4 ×nH 2 O

Asam klorida, sulfat, dan nitrat encer melarutkan besi menjadi ion divalen:

Fe + 2HCl ® FeCl 2 + H 2

4Fe + 10HNO 3(ultra dil.) ® 4Fe(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

Asam nitrat pekat dan asam sulfat pekat panas mengoksidasi besi menjadi keadaan trivalen (masing-masing NO dan SO 2 dilepaskan):

Fe + 4HNO 3 ® Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O

Asam nitrat yang sangat pekat (densitas 1,4 g/cm3) dan asam sulfat (oleum) mempasifkan besi, membentuk lapisan oksida pada permukaan logam.

Besi digunakan untuk memproduksi paduan besi-karbon. Signifikansi biologis dari besi sangat besar, karena itu adalah komponen hemoglobin dalam darah. Tubuh manusia mengandung sekitar 3 g zat besi.

Sifat kimia logam seng (…3d 10 4s 2). Seng merupakan logam berwarna putih kebiruan, ulet dan mudah dibentuk, namun pada suhu di atas 200°C menjadi rapuh. Di udara lembab, ia ditutupi dengan lapisan pelindung dari garam dasar ZnCO 3 × 3Zn(OH) 2 atau ZnO dan tidak terjadi oksidasi lebih lanjut. Pada suhu tinggi ia berinteraksi:

2Zn + O 2 ® 2ZnO

Zn + Cl 2 ® ZnCl 2

Zn + H 2 O (uap) ® Zn(OH) 2 + H 2 .

Berdasarkan nilai potensial elektroda standar, seng menggantikan kadmium, yang merupakan analog elektroniknya, dari garam: Cd 2+ + Zn ® Cd + Zn 2+.

Karena sifat amfoter seng hidroksida, logam seng dapat larut dalam basa:

Zn + 2KOH + H 2 O ® K 2 + H 2

Dalam asam encer:

Zn + H 2 JADI 4 ® ZnSO 4 + H 2

4Zn + 10HNO 3 ® 4Zn(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

Dalam asam pekat:

4Zn + 5H 2 JADI 4 ® 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

3Zn + 8HNO 3 ® 3Zn(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O

Sebagian besar seng digunakan untuk menggembleng produk besi dan baja. Paduan seng-tembaga (perak nikel, kuningan) banyak digunakan dalam industri. Seng banyak digunakan dalam pembuatan sel galvanik.

Sifat kimia logam tembaga (…3d 10 4s 1). Tembaga metalik mengkristal dalam kisi kristal kubik yang berpusat pada permukaan. Ini adalah logam berwarna merah muda kental yang mudah dibentuk, lunak, dengan titik leleh 1083°C. Tembaga menempati urutan kedua setelah perak dalam hal konduktivitas listrik dan termal, yang menentukan pentingnya tembaga bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi.

Tembaga bereaksi dari permukaan dengan oksigen atmosfer pada suhu kamar, warna permukaan menjadi lebih gelap, dan dengan adanya CO 2, SO 2 dan uap air menjadi tertutup lapisan garam basa (CuOH) 2 CO 3 berwarna kehijauan, (CuOH) 2 JADI 4.

Tembaga langsung bergabung dengan oksigen, halogen, belerang:

2Cu + O2 2CuO

4CuO 2Cu 2 O + O 2

Cu + S ® Cu 2 S

Dengan adanya oksigen, logam tembaga bereaksi dengan larutan amonia pada suhu biasa:

Berada dalam rangkaian tegangan setelah hidrogen, tembaga tidak menggantikannya dari asam klorida dan asam sulfat encer. Namun, dengan adanya oksigen di atmosfer, tembaga larut dalam asam berikut:

2Cu + 4HCl + O 2 ® 2CuCl 2 + 2H 2 O

Asam pengoksidasi melarutkan tembaga, mengubahnya menjadi keadaan divalen:

Cu + 2H 2 JADI 4 ® CuSO 4 + JADI 2 + 2H 2 O

3Cu + 8HNO 3(konsentrasi) ® 3Cu(NO 3) 2 + NO 2 + 4H 2 O

Tembaga tidak berinteraksi dengan basa.

Tembaga berinteraksi dengan garam dari logam yang lebih aktif, dan reaksi redoks ini mendasari beberapa sel galvanik:

Cu SO 4 + Zn® Zn SO 4 + Cu; E o = 1,1 B

Mg + CuCl 2 ® MgCl 2 + Cu; E o = 1,75 V.

Tembaga membentuk sejumlah besar senyawa intermetalik dengan logam lain. Paduan yang paling terkenal dan berharga adalah: kuningan Cu–Zn (18 – 40% Zn), perunggu Cu–Sn (perunggu lonceng – 20% Sn), perunggu perkakas Cu–Zn–Sn (11% Zn, 3 – 8% Sn ), cupronickel Cu–Ni–Mn–Fe (68% Cu, 30% Ni, 1% Mn, 1% Fe).

Menemukan logam di alam dan metode produksinya. Karena aktivitas kimianya yang tinggi, logam di alam ditemukan dalam bentuk berbagai senyawa, dan hanya logam dengan aktivitas rendah (mulia) - platina, emas, dll. – ditemukan dalam keadaan asli (bebas).

Senyawa logam alami yang paling umum adalah oksida (hematit Fe 2 O 3 , magnetit Fe 3 O 4 , kuprit Cu 2 O , korundum Al 2 O 3 , pirolusit MnO 2 , dll.), sulfida (galena PbS, sfalerit ZnS, kalkopirit CuFeS , cinnabar HgS, dll.), serta garam dari asam yang mengandung oksigen (karbonat, silikat, fosfat, dan sulfat). Logam alkali dan alkali tanah terutama terdapat dalam bentuk halida (fluorida atau klorida).

Sebagian besar logam diperoleh dengan mengolah mineral - bijih. Karena logam penyusun bijih berada dalam keadaan teroksidasi, maka diperoleh melalui reaksi reduksi. Bijih pertama kali dimurnikan dari batuan sisa.

Konsentrat oksida logam yang dihasilkan dimurnikan dari air, dan sulfida, untuk kemudahan pemrosesan selanjutnya, diubah menjadi oksida melalui pembakaran, misalnya:

2ZnS + 2O 2 = 2ZnO + 2SO 2.

Untuk memisahkan unsur bijih polimetalik digunakan metode klorinasi. Ketika bijih diolah dengan klorin dengan adanya zat pereduksi, klorida dari berbagai logam terbentuk, yang karena volatilitasnya yang signifikan dan bervariasi, dapat dengan mudah dipisahkan satu sama lain.

Pemulihan logam dalam industri dilakukan melalui berbagai proses. Proses reduksi senyawa logam anhidrat pada suhu tinggi disebut pirometalurgi. Logam yang lebih aktif dibandingkan bahan atau karbon yang dihasilkan digunakan sebagai zat pereduksi. Dalam kasus pertama mereka berbicara tentang metalotermi, yang kedua - karbotermi, misalnya:

Ga 2 O 3 + 3C = 2Ga + 3CO,

Cr 2 O 3 + 2Al = 2Cr + Al 2 O 3,

TiCl 4 + 2Mg = Ti + 2MgCl 2.

Karbon menjadi sangat penting sebagai zat pereduksi besi. Karbon biasanya digunakan untuk reduksi logam dalam bentuk kokas.

Proses perolehan kembali logam dari larutan garamnya termasuk dalam bidang hidrometalurgi. Produksi logam dilakukan pada suhu biasa, dan logam atau elektron katoda yang relatif aktif selama elektrolisis dapat digunakan sebagai zat pereduksi. Dengan elektrolisis larutan garam dalam air, hanya logam dengan aktivitas relatif rendah yang dapat diperoleh, terletak pada rangkaian tegangan (potensial elektroda standar) tepat sebelum atau sesudah hidrogen. Logam aktif - alkali, alkali tanah, aluminium dan beberapa lainnya, diperoleh dengan elektrolisis garam cair.

Sifat kimia logam: interaksi dengan oksigen, halogen, belerang dan hubungannya dengan air, asam, garam.

Sifat kimia logam ditentukan oleh kemampuan atomnya dengan mudah melepaskan elektron dari tingkat energi eksternal, berubah menjadi ion bermuatan positif. Jadi, dalam reaksi kimia, logam terbukti merupakan zat pereduksi yang energik. Ini adalah sifat kimia umum utama mereka.

Kemampuan untuk menyumbangkan elektron bervariasi antar atom unsur logam individu. Semakin mudah suatu logam melepaskan elektronnya, semakin aktif logam tersebut, dan semakin kuat reaksinya dengan zat lain. Berdasarkan penelitian, semua logam disusun berdasarkan aktivitas yang menurun. Seri ini pertama kali dikemukakan oleh ilmuwan terkemuka N. N. Beketov. Deret aktivitas logam ini disebut juga deret perpindahan logam atau deret elektrokimia tegangan logam. Ini terlihat seperti ini:

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Pt, Au

Dengan bantuan seri ini Anda dapat mengetahui logam mana yang aktif di logam lain. Seri ini mengandung hidrogen, yang bukan merupakan logam. Sifat-sifatnya yang terlihat diambil untuk perbandingan sebagai semacam nol.

Memiliki sifat zat pereduksi, logam bereaksi dengan berbagai zat pengoksidasi, terutama dengan nonlogam. Logam bereaksi dengan oksigen dalam kondisi normal atau bila dipanaskan membentuk oksida, misalnya:

2Mg0 + O02 = 2Mg+2O-2

Dalam reaksi ini, atom magnesium teroksidasi dan atom oksigen tereduksi. Logam mulia pada akhir deret bereaksi dengan oksigen. Reaksi dengan halogen aktif terjadi, misalnya pembakaran tembaga dalam klorin:

Cu0 + Cl02 = Cu+2Cl-2

Reaksi dengan belerang paling sering terjadi ketika dipanaskan, misalnya:

Fe0 + S0 = Fe+2S-2

Logam aktif dalam rangkaian aktivitas logam dalam Mg bereaksi dengan air membentuk basa dan hidrogen:

2Na0 + 2H+2O → 2Na+OH + H02

Logam aktivitas sedang dari Al hingga H2 bereaksi dengan air dalam kondisi yang lebih parah dan membentuk oksida dan hidrogen:

Pb0 + H+2O Sifat kimia logam: interaksi dengan oksigen Pb+2O + H02.

Kemampuan suatu logam untuk bereaksi dengan asam dan garam dalam larutan juga bergantung pada posisinya dalam deret perpindahan logam. Logam-logam pada barisan logam yang menggantikan hidrogen di sebelah kiri hidrogen biasanya menggantikan (mengurangi) hidrogen dari asam encer, sedangkan logam-logam yang terletak di sebelah kanan hidrogen tidak menggantikannya. Jadi, seng dan magnesium bereaksi dengan larutan asam, melepaskan hidrogen dan membentuk garam, tetapi tembaga tidak bereaksi.

Mg0 + 2H+Cl → Mg+2Cl2 + H02

Zn0 + H+2SO4 → Zn+2SO4 + H02.

Atom logam dalam reaksi ini adalah zat pereduksi, dan ion hidrogen adalah zat pengoksidasi.

Logam bereaksi dengan garam dalam larutan air. Logam aktif menggantikan logam yang kurang aktif dari komposisi garam. Hal ini dapat ditentukan oleh rangkaian aktivitas logam. Produk reaksinya adalah garam baru dan logam baru. Jadi, jika sebuah pelat besi dicelupkan ke dalam larutan tembaga (II) sulfat, lama kelamaan tembaga akan terlepas di atasnya dalam bentuk lapisan merah:

Fe0 + Cu+2SO4 → Fe+2SO4 + Cu0.

Tetapi jika sebuah pelat perak dicelupkan ke dalam larutan tembaga (II) sulfat, maka tidak akan terjadi reaksi:

Ag + CuSO4 ≠ .

Untuk melakukan reaksi tersebut, Anda tidak dapat menggunakan logam yang terlalu aktif (dari litium hingga natrium) yang dapat bereaksi dengan air.

Oleh karena itu, logam mampu bereaksi dengan nonlogam, air, asam, dan garam. Dalam semua kasus ini, logam teroksidasi dan merupakan zat pereduksi. Untuk memprediksi jalannya reaksi kimia yang melibatkan logam, digunakan serangkaian perpindahan logam.

Pertama-tama, ingatlah bahwa logam umumnya dibagi menjadi tiga kelompok:

1) Logam reaktif: Logam ini mencakup semua logam alkali, logam alkali tanah, serta magnesium dan aluminium.

2) Logam dengan aktivitas antara: termasuk logam yang terletak di antara aluminium dan hidrogen dalam rangkaian aktivitas.

3) Logam dengan aktivitas rendah: logam yang terletak pada deret aktivitas di sebelah kanan hidrogen.

Pertama-tama, Anda harus ingat bahwa logam dengan aktivitas rendah (yaitu logam yang terletak setelah hidrogen) tidak bereaksi dengan air dalam kondisi apa pun.

Logam alkali dan alkali tanah bereaksi dengan air dalam kondisi apa pun (bahkan pada suhu normal dan dingin), dan reaksi tersebut disertai dengan pelepasan hidrogen dan pembentukan logam hidroksida. Misalnya:

2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2

Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2

Magnesium, karena dilapisi dengan lapisan oksida pelindung, hanya bereaksi dengan air ketika direbus. Ketika dipanaskan dalam air, lapisan oksida yang terdiri dari MgO hancur dan magnesium di bawahnya mulai bereaksi dengan air. Dalam hal ini, reaksi juga disertai dengan pelepasan hidrogen dan pembentukan logam hidroksida, yang, bagaimanapun, tidak larut dalam kasus magnesium:

Mg + 2H 2 O = Mg(OH) 2 ↓ + H 2

Aluminium, seperti magnesium, dilapisi dengan lapisan oksida pelindung, tetapi dalam hal ini tidak dapat dihancurkan dengan cara direbus. Untuk menghilangkannya, baik pembersihan mekanis (dengan semacam bahan abrasif) atau penghancuran kimianya dengan alkali, diperlukan larutan garam merkuri atau garam amonium:

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2

Logam aktivitas sedang bereaksi dengan air hanya jika berada dalam keadaan uap air super panas. Logam itu sendiri harus dipanaskan sampai suhu panas membara (sekitar 600-800 o C). Berbeda dengan logam aktif, logam dengan aktivitas sedang bereaksi dengan air membentuk oksida logam, bukan hidroksida. Produk reduksi dalam hal ini adalah hidrogen:

Zn + H 2 O = ZnO + H 2

3Fe + 4H 2 O = Fe 3 O 4 + 4H 2 atau

Fe + H 2 O = FeO + H 2 (tergantung derajat pemanasan)

Sifat umum logam.

Kehadiran elektron valensi yang terikat lemah pada inti menentukan sifat kimia umum logam. Dalam reaksi kimia mereka selalu bertindak sebagai zat pereduksi; zat logam sederhana tidak pernah menunjukkan sifat pengoksidasi.

Memperoleh logam:
- reduksi dari oksida dengan karbon (C), karbon monoksida (CO), hidrogen (H2) atau logam yang lebih aktif (Al, Ca, Mg);
- reduksi dari larutan garam dengan logam yang lebih aktif;
- elektrolisis larutan atau lelehan senyawa logam - reduksi logam paling aktif (alkali, logam alkali tanah dan aluminium) menggunakan arus listrik.

Di alam, logam ditemukan terutama dalam bentuk senyawa, hanya logam dengan aktivitas rendah yang ditemukan dalam bentuk zat sederhana (logam asli).

Sifat kimia logam.
1. Interaksi dengan zat sederhana, bukan logam:
Kebanyakan logam dapat dioksidasi oleh non-logam seperti halogen, oksigen, belerang, dan nitrogen. Namun sebagian besar reaksi ini memerlukan pemanasan awal untuk memulai. Selanjutnya, reaksi dapat dilanjutkan dengan pelepasan sejumlah besar panas, yang menyebabkan penyalaan logam.
Pada suhu kamar, reaksi hanya mungkin terjadi antara logam paling aktif (alkali dan alkali tanah) dan nonlogam paling aktif (halogen, oksigen). Logam alkali (Na, K) bereaksi dengan oksigen membentuk peroksida dan superoksida (Na2O2, KO2).

a) interaksi logam dengan air.
Pada suhu kamar, logam alkali dan alkali tanah berinteraksi dengan air. Akibat reaksi substitusi terbentuk alkali (basa larut) dan hidrogen: Logam + H2O = Me(OH) + H2
Saat dipanaskan, logam lain di sebelah kiri hidrogen dalam rangkaian aktivitas berinteraksi dengan air. Magnesium bereaksi dengan air mendidih, aluminium - setelah perlakuan permukaan khusus, menghasilkan pembentukan basa yang tidak larut - magnesium hidroksida atau aluminium hidroksida - dan hidrogen dilepaskan. Logam dalam rangkaian aktivitas dari seng (inklusif) hingga timbal (inklusif) berinteraksi dengan uap air (yaitu di atas 100 C), dan oksida dari logam dan hidrogen yang bersangkutan terbentuk.
Logam yang terletak pada deret aktivitas di sebelah kanan hidrogen tidak berinteraksi dengan air.
b) interaksi dengan oksida:
logam aktif bereaksi melalui reaksi substitusi dengan oksida logam lain atau nonlogam, mereduksinya menjadi zat sederhana.
c) interaksi dengan asam:
Logam yang terletak pada deret aktivitas di sebelah kiri hidrogen bereaksi dengan asam untuk melepaskan hidrogen dan membentuk garam yang sesuai. Logam yang terletak pada deret aktivitas di sebelah kanan hidrogen tidak berinteraksi dengan larutan asam.
Tempat khusus ditempati oleh reaksi logam dengan asam nitrat dan asam sulfat pekat. Semua logam kecuali logam mulia (emas, platina) dapat dioksidasi oleh asam pengoksidasi ini. Reaksi-reaksi ini akan selalu menghasilkan masing-masing garam, air, dan produk reduksi nitrogen atau belerang.
d) dengan basa
Logam yang membentuk senyawa amfoter (aluminium, berilium, seng) mampu bereaksi dengan lelehan (dalam hal ini, garam sedang aluminat, berilat atau sengat terbentuk) atau larutan alkali (dalam hal ini garam kompleks yang sesuai terbentuk). Semua reaksi akan menghasilkan hidrogen.
e) Sesuai dengan kedudukan logam dalam deret aktivitas, reaksi reduksi (perpindahan) logam yang kurang aktif dari larutan garamnya oleh logam lain yang lebih aktif dapat terjadi. Sebagai hasil reaksi, garam dari logam yang lebih aktif dan zat sederhana - logam yang kurang aktif - terbentuk.

Sifat umum nonlogam.

Jumlah nonlogam jauh lebih sedikit dibandingkan logam (22 unsur). Namun, sifat kimia nonlogam jauh lebih kompleks karena tingkat energi terluar atomnya lebih besar.
Sifat fisik nonlogam lebih beragam: di antaranya ada zat gas (fluor, klor, oksigen, nitrogen, hidrogen), cair (bromin) dan padat yang sangat berbeda satu sama lain titik lelehnya. Kebanyakan nonlogam tidak menghantarkan listrik, namun silikon, grafit, dan germanium memiliki sifat semikonduktor.
Non-logam berbentuk gas, cair dan beberapa padat (yodium) memiliki struktur molekul kisi kristal, non-logam lainnya memiliki kisi kristal atom.
Fluor, klor, brom, yodium, oksigen, nitrogen dan hidrogen dalam kondisi normal ada dalam bentuk molekul diatomik.
Banyak unsur bukan logam membentuk beberapa modifikasi alotropik zat sederhana. Jadi oksigen memiliki dua modifikasi alotropik - oksigen O2 dan ozon O3, belerang memiliki tiga modifikasi alotropik - belerang ortorombik, plastik dan monoklinik, fosfor memiliki tiga modifikasi alotropik - fosfor merah, putih dan hitam, karbon - enam modifikasi alotropik - jelaga, grafit, berlian , karbina, fullerena, graphene.

Berbeda dengan logam, yang hanya menunjukkan sifat pereduksi, nonlogam, ketika bereaksi dengan zat sederhana dan kompleks, dapat bertindak sebagai zat pereduksi dan zat pengoksidasi. Menurut aktivitasnya, nonlogam menempati tempat tertentu dalam deret elektronegativitas. Fluor dianggap sebagai non-logam paling aktif. Ini hanya menunjukkan sifat pengoksidasi. Aktivitas di urutan kedua adalah oksigen, di urutan ketiga adalah nitrogen, kemudian halogen dan non-logam lainnya. Hidrogen memiliki keelektronegatifan terendah di antara non-logam.

Sifat kimia bukan logam.

1. Interaksi dengan zat sederhana:
Nonlogam berinteraksi dengan logam. Dalam reaksi tersebut, logam berperan sebagai zat pereduksi, dan nonlogam berperan sebagai zat pengoksidasi. Sebagai hasil dari reaksi senyawa, senyawa biner terbentuk - oksida, peroksida, nitrida, hidrida, garam dari asam bebas oksigen.
Dalam reaksi nonlogam satu sama lain, nonlogam yang lebih elektronegatif menunjukkan sifat-sifat zat pengoksidasi, dan nonlogam yang kurang elektronegatif menunjukkan sifat-sifat zat pereduksi. Reaksi senyawa menghasilkan senyawa biner. Harus diingat bahwa non-logam dapat menunjukkan bilangan oksidasi yang berbeda-beda dalam senyawanya.
2. Interaksi dengan zat kompleks:
a) dengan air:
Dalam kondisi normal, hanya halogen yang berinteraksi dengan air.
b) dengan oksida logam dan nonlogam:
Banyak nonlogam dapat bereaksi pada suhu tinggi dengan oksida nonlogam lainnya, mereduksinya menjadi zat sederhana. Nonlogam di sebelah kiri belerang dalam deret elektronegativitas juga dapat berinteraksi dengan oksida logam, mereduksi logam menjadi zat sederhana.
c) dengan asam:
Beberapa nonlogam dapat dioksidasi dengan asam sulfat atau nitrat pekat.
d) dengan basa:
Di bawah pengaruh basa, beberapa nonlogam dapat mengalami dismutasi, baik sebagai zat pengoksidasi maupun zat pereduksi.
Misalnya pada reaksi halogen dengan larutan alkali tanpa pemanasan: Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O atau dengan pemanasan: 3Cl2 + 6NaOH = 5NaCl + NaClO3 + 3H2O.
d) dengan garam:
Ketika berinteraksi, mereka adalah zat pengoksidasi kuat dan menunjukkan sifat pereduksi.
Halogen (kecuali fluor) masuk ke dalam reaksi substitusi dengan larutan garam asam hidrohalat: halogen yang lebih aktif menggantikan halogen yang kurang aktif dari larutan garam.

Sifat-sifat logam.

1. Sifat dasar logam.

Sifat-sifat logam dibagi menjadi fisik, kimia, mekanik dan teknologi.

Sifat fisis antara lain: warna, berat jenis, daya lebur, daya hantar listrik, sifat kemagnetan, daya hantar panas, pemuaian bila dipanaskan.

Sifat kimia meliputi oksidasi, kelarutan dan ketahanan terhadap korosi.

Mekanik - kekuatan, kekerasan, elastisitas, viskositas, plastisitas.

Yang berteknologi meliputi kemampuan pengerasan, fluiditas, kelenturan, kemampuan las, kemampuan mesin.

1. Sifat fisika dan kimia.

Warna. Logam bersifat buram, mis. jangan biarkan cahaya melewatinya, dan dalam cahaya yang dipantulkan ini, setiap logam memiliki warna - warna tersendiri.

Dari logam teknis, hanya tembaga (merah) dan paduannya yang dicat. Warna logam lainnya berkisar dari abu-abu baja hingga putih keperakan. Lapisan oksida tertipis pada permukaan produk logam memberi warna tambahan.

Berat jenis. Berat satu sentimeter kubik suatu zat, dinyatakan dalam gram, disebut berat jenis.

Berdasarkan berat jenisnya, logam ringan dan logam berat dibedakan. Dari logam teknis, yang paling ringan adalah magnesium (berat jenis 1,74), yang terberat adalah tungsten (berat jenis 19,3). Berat jenis logam sampai batas tertentu bergantung pada metode produksi dan pengolahannya.

Fusibilitas. Kemampuan untuk berubah wujud dari padat menjadi cair ketika dipanaskan adalah sifat paling penting dari logam. Ketika dipanaskan, semua logam berubah dari padat menjadi cair, dan ketika logam cair didinginkan, dari cair menjadi padat. Titik leleh paduan teknis tidak memiliki satu titik leleh tertentu, tetapi kisaran suhu, terkadang cukup signifikan.

Konduktivitas listrik. Konduktivitas listrik melibatkan transfer listrik melalui elektron bebas. Konduktivitas listrik logam ribuan kali lebih tinggi dibandingkan konduktivitas listrik benda non-logam. Dengan meningkatnya suhu, konduktivitas listrik logam menurun, dan seiring dengan penurunan, konduktivitas listrik meningkat. Ketika mendekati nol mutlak (-273 0 C), konduktivitas listrik logam tak terhingga berkisar antara +232 0 (timah) hingga 3370 0 (tungsten). Sebagian besar meningkat (resistansi turun hingga hampir nol).

Konduktivitas listrik suatu paduan selalu lebih rendah dibandingkan dengan konduktivitas listrik salah satu komponen penyusun paduan tersebut.

Sifat magnetik. Hanya tiga logam yang jelas bersifat magnetis (feromagnetik): besi, nikel, dan kobalt, serta beberapa paduannya. Ketika dipanaskan sampai suhu tertentu, logam-logam ini juga kehilangan sifat kemagnetannya. Beberapa paduan besi tidak bersifat feromagnetik bahkan pada suhu kamar. Semua logam lainnya dibagi menjadi paramagnetik (ditarik magnet) dan diamagnetik (ditolak magnet).

Konduktivitas termal. Konduktivitas termal adalah perpindahan panas dalam suatu benda dari tempat yang lebih panas ke tempat yang kurang panas tanpa terlihat adanya pergerakan partikel-partikel benda tersebut. Konduktivitas termal yang tinggi pada logam memungkinkan logam dipanaskan dan didinginkan dengan cepat dan merata.

Dari logam teknis, tembaga memiliki konduktivitas termal tertinggi. Konduktivitas termal besi jauh lebih rendah, dan konduktivitas termal baja bervariasi tergantung pada kandungan komponen di dalamnya. Ketika suhu meningkat, konduktivitas termal menurun, dan ketika suhu menurun, konduktivitas termal meningkat.

Kapasitas panas. Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu tubuh sebesar 1 0 .

Kapasitas kalor jenis suatu zat adalah jumlah kalor dalam kilogram - kalori yang harus diberikan kepada 1 kg suatu zat untuk menaikkan suhunya sebesar 1 0.

Kapasitas kalor jenis logam rendah dibandingkan zat lain, sehingga relatif mudah untuk memanaskannya hingga suhu tinggi.

Kemampuan untuk diperluas saat dipanaskan. Perbandingan pertambahan panjang suatu benda ketika dipanaskan sebesar 1 0 terhadap panjang aslinya disebut koefisien muai panjang. Untuk logam yang berbeda, koefisien muai panjang sangat bervariasi. Misalnya, tungsten memiliki koefisien ekspansi linier 4,0·10 -6, dan timbal 29,5·10 -6.

Tahan korosi. Korosi adalah penghancuran suatu logam karena interaksi kimia atau elektrokimia dengan lingkungan luar. Contoh korosi adalah karatnya besi.

Ketahanan yang tinggi terhadap korosi (ketahanan korosi) merupakan sifat alami yang penting dari beberapa logam: platina, emas dan perak, oleh karena itu disebut mulia. Nikel dan logam non-ferrous lainnya juga tahan terhadap korosi. Logam besi terkorosi lebih kuat dan lebih cepat dibandingkan logam non-besi.

2. Sifat mekanik.

Kekuatan. Kekuatan suatu logam adalah kemampuannya menahan gaya luar tanpa putus.

Kekerasan. Kekerasan adalah kemampuan suatu benda untuk menahan penetrasi benda lain yang lebih keras.

Elastisitas. Elastisitas suatu logam adalah kemampuannya untuk mengembalikan bentuknya setelah berhentinya kerja gaya-gaya luar yang menyebabkan perubahan bentuk (deformasi).

Viskositas. Ketangguhan adalah kemampuan suatu logam untuk menahan gaya luar (benturan) yang meningkat dengan cepat. Viskositas adalah kebalikan dari kerapuhan.

Plastik. Plastisitas adalah sifat logam untuk berubah bentuk tanpa kerusakan di bawah pengaruh gaya luar dan mempertahankan bentuk barunya setelah gaya tersebut berhenti. Plastisitas adalah kebalikan dari elastisitas.

Di meja 1 menunjukkan sifat-sifat logam teknis.

Tabel 1.

Sifat logam teknis.

Nama logam	Berat jenis (densitas) gsm 3	Titik lebur 0 C	kekerasan brinell	Kekuatan tarik (ketahanan sementara) kgmm 2	Ekstensi relatif %	Penyempitan relatif pada penampang %
AluminiumTungstenBesiKobaltMagnesiummanganTembagaNikelTimahMemimpinKromiumSeng	2,7 19,3 7,87 8,9 1,74 7,44 8,84 8,9 7,3 11,34 7,14 7,14	658 3370 1530 1490 651 1242 1083 1452 232 327 1550 419	20-37 160 50 125 25 20 35 60 5-10 4-6 108 30-42	8-11 110 25-33 70 17-20 Rentan22 40-50 2-4 1,8 Rentan11,3-15	40 - 21-55 3 15 Rentan60 40 40 50 Rentan5-20	85 - 68-55 - 20 Rentan75 70 74 100 Rentan-

3. Pentingnya sifat-sifat logam.

Peralatan mekanis. Persyaratan pertama untuk produk apa pun adalah kekuatan yang cukup.

Logam memiliki kekuatan yang lebih tinggi dibandingkan bahan lain, sehingga bagian mesin, mekanisme, dan struktur yang dibebani biasanya terbuat dari logam.

Banyak produk, selain kekuatan umum, juga harus memiliki sifat khusus yang menjadi ciri pengoperasian produk tersebut. Misalnya alat pemotong harus mempunyai kekerasan yang tinggi. Baja perkakas dan paduannya digunakan untuk pembuatan perkakas pemotong lainnya.

Untuk pembuatan pegas dan pegas, digunakan baja dan paduan khusus dengan elastisitas tinggi

Logam kental digunakan ketika bagian-bagiannya terkena beban kejut selama pengoperasian.

Plastisitas logam memungkinkan untuk diproses dengan tekanan (penempaan, penggulungan).

Properti fisik. Dalam konstruksi pesawat terbang, mobil, dan gerbong, bobot komponen sering kali menjadi karakteristik yang paling penting, oleh karena itu aluminium dan khususnya paduan magnesium tidak tergantikan di sini. Kekuatan spesifik (rasio kekuatan tarik terhadap berat jenis) untuk beberapa paduan, seperti aluminium, lebih tinggi dibandingkan baja ringan.

Fusibilitas digunakan untuk menghasilkan coran dengan menuangkan logam cair ke dalam cetakan. Logam dengan titik leleh rendah (misalnya timbal) digunakan sebagai media pendinginan untuk baja. Beberapa paduan kompleks memiliki titik leleh yang rendah sehingga dapat meleleh dalam air panas. Paduan tersebut digunakan untuk pengecoran matriks tipografi dan perangkat yang digunakan untuk melindungi dari kebakaran.

Logam dengan tinggi konduktivitas listrik(tembaga, aluminium) digunakan dalam teknik kelistrikan, untuk konstruksi saluran listrik, dan paduan dengan hambatan listrik tinggi digunakan untuk lampu pijar dan alat pemanas listrik.

Sifat magnetik logam memainkan peran utama dalam teknik kelistrikan (dinamo, motor, transformator), untuk perangkat komunikasi (perangkat telepon dan telegraf) dan digunakan di banyak jenis mesin dan perangkat lainnya.

Konduktivitas termal logam memungkinkan untuk menghasilkan sifat fisiknya. Konduktivitas termal juga digunakan dalam penyolderan dan pengelasan logam.

Beberapa paduan logam memilikinya koefisien ekspansi linier, mendekati nol; Paduan tersebut digunakan untuk pembuatan instrumen presisi dan tabung radio. Pemuaian logam harus diperhitungkan ketika membangun struktur panjang seperti jembatan. Perlu juga diingat bahwa dua bagian yang terbuat dari logam dengan koefisien muai berbeda dan diikat menjadi satu dapat bengkok bahkan pecah saat dipanaskan.

Sifat kimia. Ketahanan terhadap korosi sangat penting terutama untuk produk yang beroperasi di lingkungan yang sangat teroksidasi (jaringan, bagian mesin dan instrumen kimia). Untuk mencapai ketahanan korosi yang tinggi, diproduksi baja tahan karat khusus, tahan asam dan tahan panas, dan lapisan pelindung juga digunakan.