Metalai, nemetalai ir svarbiausių dujų gavimas

Metalai, nemetalai ir svarbiausių dujų gavimas

Mokymosi tikslai

• Metalų ir nemetalų savybes aiškinti jų dalelių sandara bei ryšiais.
• Taikyti metalų aktyvumo eilę pavadavimo reakcijoms prognozuoti.
• Parinkti vandenilio ir deguonies gavimo, surinkimo bei saugaus atpažinimo būdą.
• Pagal išlygintą lygtį apskaičiuoti susidarančių dujų kiekį ir tūrį.

Sąvokos

Vieninė medžiaga, alotropija, metalo aktyvumo eilė, pavadavimo reakcija, oksidatorius, vandenilis, deguonis, dujų surinkimas, kokybinis testas, lydinys.

Vieninės medžiagos sudarytos iš vieno cheminio elemento, tačiau tas pats elementas gali sudaryti skirtingos sandaros alotropines atmainas. Metalų ir nemetalų savybės aiškinamos jų sandara, ryšiais ir padėtimi periodinėje lentelėje.

Prisimink

Metalams būdingas elektrinis bei šiluminis laidumas, kalumas ir blizgesys, nes jų valentiniai elektronai delokalizuoti. Nemetalų vieninių medžiagų savybės įvairesnės: jos gali būti molekulinės, pvz. $\ce{O2}$, arba sudaryti kovalentinį tinklą, pvz. deimantas.

Alotropija – to paties elemento kelių vieninių medžiagų egzistavimas. Deguonies alotropai $\ce{O2}$ ir $\ce{O3}$ skiriasi molekulės sandara bei savybėmis; anglies alotropų deimanto ir grafito savybes lemia skirtingas atomų tinklas.

Metalų aktyvumas

Metalų aktyvumo eilė padeda prognozuoti pavadavimo reakcijas. Metalas gali redukuoti mažiau aktyvaus metalo jonus:

$\ce{Zn(s) + Cu^{2+}(aq) -> Zn^{2+}(aq) + Cu(s)}.$

Metalai, aktyvumo eilėje esantys prieš vandenilį, tinkamomis sąlygomis gali iš neoksiduojančių rūgščių išstumti vandenilį. Tačiau metalų pasyvacija, rūgšties koncentracija ir oksiduojančios savybės gali pakeisti paprastą prognozę.

Vandenilio gavimas ir atpažinimas

Laboratorijoje vandenilis gali būti gaunamas cinkui reaguojant su praskiesta druskos rūgštimi:

$\ce{Zn(s) + 2HCl(aq) -> ZnCl2(aq) + H2(g)}.$

Vandenilis menkai tirpsta vandenyje, todėl gali būti renkamas išstumiant vandenį. Prieš uždegimo bandymą pirmoji dujų porcija turi pašalinti orą iš aparato. Nedidelis vandenilio mėginys prie liepsnos sudega su būdingu spragtelėjimu. Didelio ar nežinomos sudėties dujų kiekio uždegti negalima.

Deguonies gavimas ir atpažinimas

Deguonis gaunamas kataliziškai skaidant vandenilio peroksidą:

$\ce{2H2O2(aq) ->[MnO2] 2H2O(l) + O2(g)}.$

Katalizatorius $\ce{MnO2}$ pagreitina skilimą, bet bendroje lygtyje nesunaudojamas. Deguonyje rusenanti skiedra vėl įsidega. Deguonis pats nėra degus, bet palaiko degimą.

Dujų surinkimo pasirinkimas

• Išstumiant vandenį renkamos su vandeniu menkai reaguojančios ir menkai tirpios dujos.
• Išstumiant orą reikia įvertinti dujų tankį oro atžvilgiu ir jų pavojingumą.
• Toksiškos ar ėsdinančios dujos turi būti gaunamos traukos spintoje ir neutralizuojamos, o ne leidžiamos į patalpą.

Lydiniai

Lydinys nėra grynas metalas. Įterpti kitų elementų atomai trikdo taisyklingą sluoksnių slinkimą, todėl lydinys dažnai kietesnis. Plienas, žalvaris ir bronza pasirenkami pagal reikiamą stiprumą, korozinį atsparumą, laidumą ir kainą.

Išspręstas pavyzdys

$0{,}100\ \mathrm{mol}$ Zn reaguoja su HCl pertekliumi:

$\ce{Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2}.$

Santykis $\ce{Zn}:\ce{H2}=1:1$, todėl susidaro $0{,}100\ \mathrm{mol}$ $\ce{H2}$. Standartinėmis sąlygomis:

$V=0{,}100\cdot22{,}7=2{,}27\ \mathrm{L}.$

Prieš bet kokį uždegimo mėginį iš aparato turi būti pašalintas oras.

Dažnos klaidos

• Deguonis vadinamas degiomis dujomis; jis yra oksidatorius ir palaiko kitų medžiagų degimą.
• Bet kuriam metalui su bet kuria rūgštimi prognozuojamas $\ce{H2}$, neįvertinus aktyvumo ir rūgšties pobūdžio.
• Dujų savybės tikrinamos ties aparato anga dar nepašalinus oro.
• Grafito laidumas aiškinamas metaliniu ryšiu; jį lemia delokalizuoti elektronai kovalentiniuose sluoksniuose.

Pasitikrink

1. Parašyk grynąją joninę cinko reakcijos su $\ce{H+}$ lygtį.
2. Kaip saugiai atpažįstamas nedidelis deguonies mėginys?
3. Kodėl žalvario savybės skiriasi nuo gryno vario?

Oficialūs šaltiniai

• SRC-BP-V1269 – Chemijos bendroji programa, IV gimnazijos klasė, metalai, nemetalai ir svarbiausios dujos.
• SRC-EMOKYKLA-CHEM – oficialus Bendrosios programos atvaizdavimas eMokykloje.
• SRC-IR-2025 – III–IV gimnazijos klasių įgyvendinimo rekomendacijos; naudota dujų gavimui, atpažinimui ir saugai.

Santrauka

Vieninių medžiagų savybės kyla iš jų sandaros. Reakcijų prognozei naudok aktyvumo eilę kartu su sąlygomis, o dujų gavimą planuok pagal tirpumą, tankį, reaktyvumą ir pavojingumą.