Metale i niemetale — właściwości i reakcje

Metale i niemetale — właściwości i reakcje

1. Metale — właściwości fizyczne

| Właściwość | Opis |
|-----------|------|
| Stan skupienia | stałe (wyjątek: Hg — ciecz) |
| Połysk | metaliczny (odbijają światło) |
| Przewodnictwo | elektryczne i cieplne (Ag > Cu > Au > Al) |
| Plastyczność | kowalne, ciągliwe (Au — najbardziej ciągliwy) |
| Temperatura topnienia | od −39°C (Hg) do 3422°C (W — wolfram) |
| Gęstość | od 0,534 g/cm³ (Li) do 22,59 g/cm³ (Os) |

2. Metale — właściwości chemiczne

a) Reakcja z tlenem (utlenianie)

2Mg + O₂ → 2MgO (tlenek magnezu — tlenek zasadowy)
4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃ (tlenek glinu — tlenek amfoteryczny)
Au, Pt — nie reagują z O₂ (metale szlachetne)

b) Reakcja z wodą

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ (gwałtowna, litowce)
Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑
Mg + H₂O → MgO + H₂ (tylko z parą wodną, wolno)
Fe, Cu, Au — nie reagują z wodą w temperaturze pokojowej

c) Reakcja z kwasami

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑ (metale aktywne z kwasami nieutleniającymi)
Cu + 4HNO₃(stęż.) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O (kwas utleniający)
3Cu + 8HNO₃(rozc.) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O

d) Reakcja z zasadami (metale amfoteryczne)

2Al + 2NaOH + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂↑
Zn + 2NaOH → Na₂ZnO₂ + H₂↑

3. Tlenki — podział

| Typ tlenku | Charakter | Reakcja z wodą | Przykłady |
|-----------|-----------|---------------|-----------|
| Zasadowy | reaguje z kwasami | → wodorotlenek | Na₂O, CaO, MgO |
| Kwasowy | reaguje z zasadami | → kwas | CO₂, SO₃, P₂O₅ |
| Amfoteryczny | z kwasami i zasadami | nie reaguje | Al₂O₃, ZnO, Cr₂O₃ |
| Obojętny | nie reaguje | nie reaguje | CO, NO, N₂O |

Reakcje tlenków z wodą:

• Na₂O + H₂O → 2NaOH
• CaO + H₂O → Ca(OH)₂
• SO₃ + H₂O → H₂SO₄
• P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄

4. Niemetale — właściwości

| Właściwość | Opis |
|-----------|------|
| Stan skupienia | gazy (O₂, N₂, Cl₂, H₂), ciecz (Br₂), ciała stałe (S, C, P, I₂) |
| Przewodnictwo | izolatory (wyjątek: grafit — C) |
| Połysk | brak (wyjątek: jod, grafit, diament) |
| Kruche | w stanie stałym |

5. Ważne niemetale i ich reakcje

Wodór (H₂):

• Najlżejszy pierwiastek, gaz, palny
• 2H₂ + O₂ → 2H₂O (spalanie — bardzo egzotermiczne)

Tlen (O₂):

• Podtrzymuje spalanie, niezbędny do oddychania
• Ozon O₃ — alotropowa odmiana tlenu, chroni przed UV

Siarka (S):

• Żółte ciało stałe, kilka odmian alotropowych
• S + O₂ → SO₂ (spalanie)
• Zastosowania: produkcja H₂SO₄, wulkanizacja gumy

Azot (N₂):

• 78% atmosfery, bardzo trwałe wiązanie potrójne N≡N
• N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ (synteza amoniaku, proces Habera-Boscha)

Chlor (Cl₂):

• Żółtozielony gaz, toksyczny, silny utleniacz
• Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O (woda chlorowa)

6. Alotropia

Alotropia — zjawisko występowania pierwiastka w różnych odmianach alotropowych.

| Pierwiastek | Odmiany alotropowe |
|------------|-------------------|
| Węgiel | diament, grafit, fulleren, grafen |
| Tlen | O₂ (tlen), O₃ (ozon) |
| Siarka | S₈ (rombowa), S (monoklinowa) |
| Fosfor | biały P₄, czerwony, czarny |

7. Stopy metali

| Stop | Skład | Zastosowanie |
|------|-------|-------------|
| Stal | Fe + C (0,2–2,1%) | budownictwo, narzędzia |
| Brąz | Cu + Sn | posągi, dzwony |
| Mosiądz | Cu + Zn | instrumenty, armatura |
| Duraluminium | Al + Cu + Mg + Mn | lotnictwo |

8. Najczęstsze błędy

• Twierdzenie, że wszystkie metale reagują z kwasami (szlachetne — nie!).
• Zapominanie o amfoteryczności Al₂O₃ i ZnO.
• Mylenie alotropii (ten sam pierwiastek) z izomerią (te same atomy, różne ułożenie w cząsteczce).