7-mavzu. Metallarning umumiy xossalari

Metallarni asosiy olinish usullari

Usul	Dastlabki shakli	Olinadigan metallar
Fizik usullar
Aralashmalarni ajratish	Oddiy moddaning tug‘ma holati	Au, Pt, Hg, Ag va platina metalari
Qaytarish: vodorod bilan	Oksidlar, galogenidlar, tuzlar	Ga, Jn, Ge, Mo, W, Re
Karbotermiya (S bilan)	Oksidlar, tuzlar	Fe, Co, Ni, Cr, Mn, Pb, Sn, Zn, Cd, Cu, Sb, Bi, Mo, W
Metallotermiya: alyumotermiya	Oksidlar	Cr, Fe, Co, Ni, Mn, ishqoriy metallari
Sinktermiya	Galogenidlar, tuzlar	Ag, Au
Magniy termiya	Oksidlar galogenidlar	Be, Ti, Zr, Hf
Kalsiy termiya	Oksidlar, galogenidlar	U, V Nb, Ta, Sc, Y, La va lantanidlar
Ishqoriy metallar bilan	Oksidlar, tuzlar	Nb, Ta, Ti, Zr, Hf
Elektroliz katodda	Galogenidlar, tuzlar ishqorlar	Ishqoriy va ishqoriy-er metalari, Al, Ga, Jn, Tl, Be, Mg, Zn, lantanidlar, Pb, Nb, Ta, Mn, Cu,
Parchalash va disproporsionirlash	Galogenidlar. Subgalogenidlar. Karbonillar. Iodidlar. Azidlar.	Ge, Ti, Zr, Hf, Mo, W, V, Nb, Ta, Al, G‘e, Co, Ni, Mn

Misollar: 2TiCl₂ TiCl₄+ Ti

2TiJ₂ 2Ti + 2J₂
2AgN₃ 2Ag + 3N₂ ↑
Pb(N₃)₂ Pb + 3N₂ ↑
Fe(CO)₅ Fe + 5CO ↑
Ni(CO)₄ Ni + 4CO ↑
Ayrim o‘tuvchan d- metallarning atom radiuslari (A)

Gruppalar
IV Ti 1,47 Zr 1,60 Hf 1,59	V V 1,35 Nb 1,47 Ta 1,47	VI Cr 1,29 Mo 1,40 W 1,41	VII Mn 1,28	VIII Fe 1,29 Co 1,25 Ni 1,25

d- metallarda (qo‘shimcha guruhlarda) yuqoridan pastga tushgan sari atom radiuslari kamayadi yoki deyarli teng bo‘ladi.

Bu hodisaga d- effekt yoki d – qisilish deyiladi.


Metallarning davriy sistemadagi o‘rni va kimyoviy xossalari
Metallarning kimyoviy xossalari ularning atom tuzilishiga va davriy sistemadagi joylashgan o‘rinlariga asoslanib tushuntiriladi.
Metallarning tashqi elektron qavatlarida kam sondagi elektronlar joylashganligi bilan xarakterlanadi.
Masalan, tashqi qavatida:
1 ta elektroni bo‘lgan metallardan -15 ta;
2 ta elektroni bo‘lgan metallardan -57 ta;
3 ta elektroni bo‘lgan metallar – 4 ta (Al, Ga, Jn, Tl);
4 ta elektroni bo‘lgan metallar 3 ta ( Ge, Sn, Pb);
5 ta elektroni bo‘lgan metallar – 2 ta (Sb, Bi);
6 ta elektroni bo‘lgan metall- 1 ta (Po);
“nol” ta elektroni bo‘lgan metall- 1 ta (Pd).
Demak, 83 ta metallning 72 tasida tashqi qavatida bitta, yoki ikkitadan elektronlari bo‘ladi.
Bitta davrning o‘zida joylashgan elementlar atomlarida elektron qavatlar soni bir xil bo‘ladi, biroq chapdan o‘ngga o‘tgan sari yadro zaryadlari bir birlikka ortib borgani sari elektron qavatlar yadroga kuchli tortiladi va atomlarning radiuslari kichrayib boradi.
Atom radiuslarining kichrayishi bilan metallarning qaytaruvchi xossalari susayadi. Bir davr ichida chapdan o‘ngga o‘tgan sari elementlarning metallik xossalari susayib, metalmaslik xossalari ortadi.
Agar davriy sistemaning uzun variantida bordan (V) astatga tomon diaganol chiziq o‘tkazilsa, diagonalning chap tomonida hamma metallar, o‘ngida esa hamma metalmaslar joylashadi. Diagonal chiziqdan qanchalik chapga siljisak metallarning aktivligi ortib boradi, diagonal chiziqqa nisbatan yaqin joylashgan metallar amfoter xossaga ega bo‘ladi.
Agar fransiydan ftorgacha diagonal chiziq o‘tkazsak chiziqning chap tomon pastki uchida eng aktiv metall (fransiy) o‘ng tomon yuqori uchida eng aktiv metalmas (ftor) joylashadi.
SHunday qilib, davriy sistemaning chap tomon pastki qismida aktiv metallar, o‘ng tomon yuqori qismida aktiv metalmaslar joylashadi. Davriy sistemada s va r metallar asosiy guruhlarda, d va f metallar esa qo‘shimcha guruhlarda joylashgan.
Metallar o‘zlaridan faqat elektron berish xususiyatiga ega bo‘lgan elementlardir. SHu sababli metallar kimyoviy birikmalarida faqat musbat oksidlanish darajalarini namoyon qiladilar. Metallar uchun manfiy oksidlanish darajasini namoyon qilish mutlaqo xarakterli emas. Metallarning eng quyi oksidlanish darajalari nolga teng.
Metallarning ion radiusi qancha katta va zaryadi qancha kichik bo‘lsa, shuncha kuchli asos xossasini namoyon qiladi. Metalning ion radiusi kichik va ion zaryadi katta bo‘lsa, metall shuncha kuchli kislota xossasini namoyon qiladi.
M asalan: Na⁺ - 0,98 Å Mg⁺² – 0,78 Å Cr⁶⁺- 0,52 Å Kislota
Asos K⁺ - 1,33 Å Ca²⁺ - 1,06 Å Mo⁶⁺-0,65 Å xossasi
xossasi Rb⁺ - 1,490 Å Sr²⁺ -1,27 Å W⁶⁺ -0,65 Å ortadi
ortadi Ss⁺ - 1,65 Å Ba⁺² – 1,43 Å ------
Metallarning elektrokimyoviy kuchlanish qatori
Metallarni chapdan o‘ngga o‘tganda standart elektrod potensiallari (E⁰) algebraik qiymatlarini ortib borish tartibida ketma-ket gorizantal joylashgan qatoriga metallarning elektrokimyoviy kuchlanish qatori deyiladi.
(bu qiymatlar suvli eritmalarda o‘lchangan).

Li

K

Cs

Rb

Ba

Sr

Ca

Na

Mg

Be

Al

Mn

Zn

Cr

--3,02

-2,924

-2,925

-2,923

-2,92

-2,89

-2,84

-2,71

-2,94

-2,87

-2,39

-1,05

-0,176

0.41

Fe

So

Ni

Sn

Pb

H2

Sb

Bi

Cu

Hg

Ag

Pt

Au

-0,44

-0,277

-0,25

-0,136

-0,126

0,00

+0,66

+0,317

+0,34

+0,79

+0,799

+1,2

+1,42

Kuchlanishlar qatoridan kelib chiqadi:

ishqoriy va ishqoriy–er metallari suvdan hamda oksidlovchi xossasini namoyon qilmaydigan kuchli va kuchsiz kislotalardan vodorodni siqib chiqaradi (HCl, HBr, HJ, H₃PO₄, CH₃COOH, H₂CO₃, H₂S …). Bu metallarga aktiv metallar deyiladi.
-kuchlanishlar qatorida magniydan vodorodgacha o‘rtacha aktivlikdagi metallar joylashadi, ular kuchli qizdirilgan suv bug‘laridan, issiq suvdan va kuchli hamda o‘rtacha kuchdagi oksidlamovchi kislotalardan N₂ siqib chiqaradi.
-kuchlanishlar qatorida N₂­ o‘ngda passiv metallar joylashadi, ular suvdan va hatto kislotalardan ham N₂ siqib chiqara olmaydilar.
-kuchlanishlar qatorida har bir metall o‘zidan keyingi metallarni ularning tuzlari eritmalaridan siqib chiqaradi.
Metallarning aktivligi ularning elektrokimyoviy kuchlanishlar qatorida joylashgan o‘rni bilan aniqlanadi. Kuchlanishlar qatorida metall qanchalik chaproqda joylashgan bo‘lsa, uning kimyoviy aktivligi shunchalik katta (qaytaruvchilik xossasi shunchalik kuchli) agar u oddiy modda ko‘rinishida olingan bo‘lsa.
Meⁿ⁺- kationining kimyoviy aktivligi, neytral atomlarning kimyoviy aktivligiga teskari proporsionaldir, ya’ni Me⁰ qanchalik passiv bo‘lsa, Meⁿ⁺ kationining aktivligi yoki oksidlovchi xossasi shunchalik kuchli bo‘ladi.
Metall oddiy modda ko‘rinishda ishtirok etadigan hamma reaksiyalar oksidlanish-qaytarilish reaksiyalaridir, bunda metall atomi qaytaruvchi rolini o‘ynaydi.
Metallarning eng muhim kimyoviy xossalari ularning suvga, kislotalarga, ishqorlarga, metalmaslarga, tuzlarga, oksidlarga, bir-biriga va qizdirishga bo‘lgan munosabatlarida namoyon bo‘ladi.
Masalan: ishqoriy va ishqoriy-er metallari suv bilan odatdagi sharoitda ta’sirlashadilar. Ishqorlar hosil bo‘ladi va N₂ ajraladi:
2Na + 2H_2­O = 2NaOH + H₂↑
Ba + 2H₂O = Ba(OH)₂ + H₂↑
Metall qanchalik aktiv bo‘lsa, reaksiya shunchalik kuchli boradi va Rb, Cs lar bilan portlab birikadi.
Metall passivroq bo‘lsa Mg, Al, Zn, Fe… reaksiya qizdirilganda boradi:
Mg + 2H₂O Mg(OH)₂ ↓ + H₂ ↑
3Fe + 4H₂O Fe_3­O₄ + 4H₂ ↑
Kislotalar bilan ta’sirlari: deyarli barcha metallar kislotalar bilan ta’sirlashib tuzlar hosil qiladi:
Zn + H₂SO_{4 (cuyul)} =ZnSO₄ + H₂↑
Zn +2H₂SO_{4 (kons)}= ZnSO₄ + SO₂ ↑ + 2H₂O
Amfoter metallar kislotalardan tashqari ishqorlar bilan ham ta’sirlashib tuzlar hosil qiladi va vodorod ajralib chiqadi:
2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂ ↑
Metallar tuzlar bilan reaksiyaga kirishadi: agar metall aktivroq bo‘lsa, tuz tarkibidagi metallni siqib chiqaradi:
Fe + CuSO₄ =FeSO₄ +Cu↓
Cu + Hg (NO₃)₂ = Cu(NO₃)₂ + Hg↓
Metallar bir-birilari bilan ta’sirlashmaydilar, ammo suyuqlantirilgan metallar bir-birlari bilan aralashadilar va eritmalar hosil qiladi, ular sovuganda qotib qotishmalar hosil qiladi, metallar odatdagi sharoitda yoki qizdirilganda inert gazlardan tashqari deyarli hamma metalmaslar bilan birikadilar.
Masalan, kislorod bilan birikib oksidlar, oltingugurt bilan sulfidlar, galogenlar bilan tuzlar hosil qiladi.
2Ca + O₂= 2CaO
4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃
Fe + S = FeS
Cu + Cl₂ = CuCl₂
6Li + N₂ = 2Li₃N
Metallar bug‘ holatda molekulalar hosil qilmaydilar. Metallar suyuqlanish va qaynash temperaturalarga ega. YUqori temperaturada metallarning aktivliklari ortadi.
Texnikada metallar va qotishmalar
Davriy jadvaldagi 105 ta ma’lum bo‘lgan kimyoviy elementlardan 83 tasi metallar va faqat 22 tasi metalmaslardir. Oltin, kumush va mis kabi metallar odamlarga qadimdan ma’lum bo‘lgan. Qadimgi va o‘rta asrlarda faqat 7 ta metall (oltin, kumush, mis, qalay, qo‘rg‘oshin, temir va simob) ma’lum bo‘lgan deb hisoblanadilar. M. V. Lomonosov metallni yaltiroq jism, ularni bolg‘alash mumkin deb ta’riflagan va metallarga oltin, kumush, mis, qalay, temir va qo‘rg‘oshinlarni kiritgan.
A. Lavuaze «Kimyoning boshlang‘ich kursi» (1789 y.) kitobida 17 ta metallni keltirgan. XIV asr boshlarida esa platina metallari, keyin ishqoriy, ishqoriy-er va qator boshqa metallar kashf qilingan.
Davriy qonunning tantanasi (triumfi) uning asosida D. I. Mendeleev tomonidan bashorat qilingan galliy, skandiy va germaniy kabi metallarning ochilishi bo‘ldi.
XX asr o‘rtalarida yadro reaksiyalari yordamida tabiatda uchramaydigan radioaktiv transuran elementlar olindi.
Hozirgi zamon metallurgiyasi 60 dan ortiq metallarni va ular asosida 5000 dan ko‘proq qotishmalar olinadi. Metallarning strukturalari asosida musbat ionlarning zich harakatchan elektronlar gaziga botirilgan kristallik panjara yotadi. Bu elektronlar musbat ionlar orasida elektr itarilish kuchlarini kompensatsiyalaydi va shu bilan birga ularni qattiq jismga bog‘laydi.
Kimyoviy bog‘lanishning bunday turi metallik bog‘lanish deyiladi. U metallarning eng muhim fizikaviy xossalari: plastik, elektr o‘tkazuvchanlik, issiqlik o‘tkazuvchanlik, metallik yaltiroqliklariga sabab bo‘ladi.
Plastiklik metallarni zarb (urish) ta’siridan yupqa listlarga bolg‘alanishi va sim holida cho‘zilish qobiliyati ya’ni shaklini o‘zgartiradilar. Bunda kristallik panjarada atomlar va ionlarning siljishi sodir bo‘ladi, biroq ular orasidagi bog‘ uzilmaydi, chunki bog‘ni hosil qiluvchi elektronlar ham muvofiq ravishda siljiydi.
Metallarning plastikligi Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe qatori bo‘yicha kamayadi.
Texnikada eng ko‘p ishlatiladigan metallar qatoriga temir va temir asosida olinadigan cho‘yan hamda po‘lat kiradi va qora metallurgiya sanoatining asosini tashkil qiladi. Texnikada metallar turli maqsadlarda ishlatiladi. Metallar sof holda kam ishlatiladi. Asosan ular qotishmalar holida ishlatiladi. Xarakterli metall xossasiga ega bo‘lgan, 2 yoki undan ortiq metallardan iborat bir jinsli makroskopik sistemalar qotishmalar deyiladi. Qotishmalar ko‘pincha ularni hosil qilgan metallar xossasidan farq qiladi. Masalan, alyuminiy, magniy, temir kabi metallar nisbatan yumshoq bo‘lib, ulardan hosil qilinadigan qotishmalar nihoyatda qattiq bo‘ladi. Qotishmalar suyuqlantirilgan metallarni bir-birida eritib olinadi. Hozirgi paytda siyrak-er metallari asosida olinayotgan qotishmalar muhim rol o‘ynaydi.
Masalan, siyrak-er elementlari va ularning birikmalari massasi kichik doimiy magnitlarni yaratishda katta magnit energiyadan foydalaniladi.
Bu maqsad uchun eng samarali kobaltni engil siyrak-er metallari bilan hosil qilingan intermetallik birikmalari SmCo₅, NeCo₅, PrCo₅ lar bo‘ldi. Bunday materiallardan magnit energiyalari maksimum (32 mln. Gs. E gacha) bo‘lgan doimiy magnit materiallari tayyorlash imkonini beradi, bu temir gruppasi metallari asosida olinadigan magnitlarga nisbatan bir necha marta kattadir. SmCo₅ tipidagi birikmalar eng yuqori o‘rinda turadi va undan elektrotexnikada, radiotexnikada, va avtomatikada ishlatiladigan eng kuchli miniatyur, kompakt magnitlar olinmoqda. Metall qotishmalari va yarim o‘tkazgichlarning nisbatan yangi qotishmalari hamda ularning birikmalari ayniqsa katta amaliy ahamiyatga ega. Ko‘pincha qotishmalar ularning tarkibiga kiruvchi toza metallarga nisbatan ko‘proq foydali xususiyatlarga ega ekanligini odamlar uzoq o‘tmishdayoq bilishgan. Masalan, bronza uni hosil qiluvchi mis va qalaydan ancha mustahkamdir. Po‘lat va cho‘yan texnik toza temirga nisbatan ancha mustahkamdir. Qotishmalarning xossalari faqat ularning tarkibiga emas, balki ularga issiq va mexanik ishlov berishga, ya’ni toblash va bolg‘alashga ham bog‘liq.
XIX - asr oxirigacha amaliyotda foydali bo‘lgan yangi qotishmalarni tajriba usuli bilan qidirganlar. Faqat XIX asr oxiri XX - asr boshidagina fizikaviy kimyo sohasidagi fundamental kashfiyotlar natijasida metallar xossalari bilan ulardan hosil bo‘lgan qotishmalarning xossalari o‘rtasidagi qonuniy bog‘liqlik hamda ularga issiqlik, mexanik va boshqalarning ta’siri haqidagi ta’limot paydo bo‘ldi. Qotishmalarning tarkib xossalarini o‘rganish uchun ko‘p holat diagrammalari, turli sistemalar, ko‘p komponentli sistemalar uchun «tarkib - xossa» diagrammalari paydo bo‘ldi. Qotishmalar va ularning xossalarini o‘rganish uchun olimlar juda ko‘plab ilmiy tadqiqotlar olib bordilar. Bu tadqiqotlar asosida qotishmalar tarkibining, atomlararo bog‘lanish tiplari va kristall strukturasining turli-tumanligi ularning fizik, kimyoviy elektrik, magnit, optik, mexanik va boshqa xossalari orasidagi bog‘liqliklar o‘rganildi. Qotishmalar olishni yangidan - yangi zamonaviy usullari ishlab chiqildi