Кислород, подготовка к ЕГЭ по химии

Кислород (лат. Oxygenium) — элемент VIa группы 2 периода периодической таблицы Д.И. Менделеева. Первым открывает группу халькогенов — элементов VIa группы.

Газ без цвета, без запаха, составляет 21% воздуха.

Общая характеристика элементов VIa группы

Общее название элементов VIa группы O, S, Se, Te, Po — халькогены. Халькогены (греч. χαλκος — руда + γενος — рождающий) — входят в состав многих минералов. Например, кислород составляет 50% массы земной коры.

От O к Po (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Среди элементов VIa группы O, S, Se — неметаллы. Te, Po — металлы.

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns

2np⁴:

• O — 2s²2p⁴
• S — 3s²3p⁴
• Se — 4s²4p⁴
• Te — 5s²5p⁴
• Po — 6s²6p⁴

Основное состояние атома кислорода

У атома кислорода (как и атомы азота, фтора, неона) нет возбужденного состояния, так как отсутствует свободная орбиталь с более высоким энергетическим уровнем, куда могли бы перемещаться валентные электроны.

Атом кислорода имеется два неспаренных электрона, максимальная валентность II.

Природные соединения

• Воздух — в составе воздуха кислород занимает 21% (это число пригодится в задачах!)
• В форме различных минералов в земной коре кислорода содержится около 50%
• В живых организмов кислород входит в состав органических веществ: белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот

Получение

В промышленности кислород получают из сжиженного воздуха. Также активно применяются кислородные установки, мембрана которых устроена как фильтр, отсеивающие кислород (мембранная технология).

В лаборатории кислород получают разложением перманганата калия (марганцовки) или бертолетовой соли при нагревании. Применяется реакция каталитического разложения пероксида водорода.

KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑

KClO₃ → KCl + O₂↑

H₂O₂ → (кат. — MnO₂

) H₂O + O₂

На подводных лодках для получения кислорода применяют следующую реакцию:

Na₂O₂ + CO₂ → Na₂CO₃ + O₂↑

Химические свойства

Является самым активным неметаллом после фтора, образует бинарные соединения со всеми элементами кроме гелия, неона, аргона. Чаще всего реакции с кислородом экзотермичны (горение), ускоряются при повышении температуры.

• Реакции с неметаллами

Во всех реакциях, кроме взаимодействия со фтором, кислород проявляет себя в качестве окислителя.

NO + O₂ → (t) NO₂

S + O₂ → (t) SO₂

2C + O₂ = (t) 2CO (неполное окисление — угарный газ, соотношение 2:1)

C + O₂ = (t) CO₂ (полное окисление — углекислый газ, соотношение 1:1)

F + O₂ → OF₂ (фторид кислорода, O⁺²)

• Реакции с металлами

В реакциях кислорода с металлами образуются оксиды, пероксиды и супероксиды. Реакции с активными металлами идут без нагревания.

Li + O₂ → Li₂O (оксид)

Na + O₂ → Na₂O₂ (пероксид)

K + O₂ → KO₂ (супероксид)

• Горение воды

Известна реакция горения воды во фторе.

F₂ + H₂O → HF + O₂

• Окисление органических веществ

Все органические вещества сгорают с образованием углекислого газа и воды.

C₃H₇ + O₂ = CO₂ + H₂O

• Контролируемое окисление

При применении катализаторов и особых реагентов в органической химии достигают контролируемого окисления: алканы окисляются до спиртов, спирты — до альдегидов, альдегиды — до кислот.

Процесс можно остановить на любой стадии в зависимости от желаемого результата.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к

Беллевичу Юрию.

Свойства кислорода — урок. Химия, 8–9 класс.

Простое вещество кислород состоит из двухатомных молекул. Атомы в молекуле связаны ковалентной неполярной связью. Связь двойная, так как у каждого атома имеются два неспаренных электрона на внешнем энергетическом уровне. Структурная и электронная формулы кислорода:

 

O=O,   :O:..:O:..

Физические свойства

При комнатной температуре кислород — газ без цвета, запаха и вкуса. Он примерно в \(1,1\) раза тяжелее воздуха. 

 

При температуре \(–183\) °С кислород сжижается и превращается в голубую жидкость, а при \(–218\) \( \)°С становится твёрдым.

 

Кислород плохо растворяется в воде. При \(20\) °С в \(1\) объёме воды растворяется примерно \(3,1\) объёма кислорода. Растворимость кислорода, так же как и других газов, зависит от температуры. С повышением температуры растворимость уменьшается.

Химические свойства

Связь в молекуле кислорода прочная. При обычных условиях это малоактивный газ, который вступает в реакции только с наиболее активными веществами: щелочными и щелочноземельными металлами. При повышении температуры активность кислорода резко возрастает. Он энергично реагирует с большинством простых и многими сложными веществами, проявляя при этом окислительные свойства.

 

Почти все реакции с кислородом экзотермичны, поэтому нагревание требуется лишь для начала процесса. Большинство реакций с участием кислорода сопровождается выделением тепла и света. Такие реакции называют реакциями горения.

 

• Взаимодействие с простыми веществами-неметаллами.

При нагревании неметаллы (кроме инертных газов и галогенов) сгорают в кислороде с образованием оксидов. Если серу зажечь и опустить в сосуд с кислородом, то она сгорает ярким синим пламенем. При этом образуется сернистый газ:

 

 

Зажжённый фосфор горит в кислороде белым пламенем. Сосуд заполняется дымом, состоящим из мелких частиц оксида фосфора(\(V\)):

 

4P+5O2=t2P2O5+Q.

 

 

Подобным образом протекают реакции с углеродом, кремнием, водородом:

 

C+O2=tCO2+Q,

 

Si+O2=tSiO2+Q,

 

2h3+O2=t2h3O+Q.

 

Реакция азота с кислородом идёт с поглощением тепла. Для её протекания требуется высокая температура:

 

N2+O2⇄3000°C2NO−Q.

 

• Взаимодействие с простыми веществами-металлами.

 Активные металлы реагируют с кислородом при комнатной температуре:

 

4Li+O2=2Li2O,

 

2Ca+O2=2CaO+Q.

 

При нагревании реагируют менее активные металлы: 

 

2Cu+O2=t2CuO.

 

Многие металлы сгорают в кислороде. Так, раскалённое железо в чистом кислороде начинает ярко светиться и разбрасывать яркие искры:

 

3Fe+2O2=tFe3O4+Q.

 

 

 

В реакции с железом образуется смешанный оксид: Fe3O4 (FeO⋅Fe2O3).

Неактивные металлы (золото, платина, серебро) с кислородом не реагируют.

 

• Взаимодействие со сложными веществами.

В кислороде горят многие сложные органические и неорганические вещества. При этом, как правило, образуются оксиды элементов, входящих в состав этих веществ:

 

Ch5+2O2=tCO2+2h3O+Q,

 

2h3S+3O2=t2SO2+2h3O+Q,

 

2CO+O2=t2CO2+Q.

Кислород в металлах — Энциклопедия по машиностроению XXL

Из сказанного следует, что наличие водорода, азота и кислорода в металле ухудшает его свойства.  [c.190]

Третий этап (завершающий) — раскисление стали — заключается в восстановлении оксида железа, растворенного в жидком металле. При плавке повышение содержания кислорода в металле необходимо для окисления примесей, но в готовой стали кислород — вредная примесь, так как понижает механические свойства стали, особенно при высоких температурах. Сталь раскисляют двумя способами осаждающим и диффузионным.  [c.31]

При контакте расплавленного металла, содержащегося в газовой или шлаковой фазах, происходит растворение кислорода в металле, а при достижении предела растворимости — химическое взаимодействие с образованием окислов. Одновременно происходит окисление примесей и легирующих элементов, содержащихся  [c.26]

Кремний — более активный раскис-литель стали и для него характерны малые остаточные концентрации кислорода в металле. При высоких температурах активность Si как раскислителя уменьшается и он сам может восстанавливаться марганцем и даже железом.  [c.330]

Примесь кислорода в металле почти не сказывается на стойкости циркония в воде, примесь азота и углерода сказывается значительно (фиг. 22 и 23).  [c.473]

Никель и сплавы Ni—Си и 51 Ni, 49 Fe До 600 °С при атмосферном давлении и содержании кислорода В металле до 0,0004% (мае.)  [c.262]

Серебро До 500 °С при 1 МПа и содержании кислорода в металле до 0,001% (мае.)  [c.262]

С увеличением содержания кислорода в теплоносителе растет скорость коррозии стали, резко уменьшается пластичность, растет содержание кислорода в металле, предел прочности проходит через максимум при содержании кислорода 3,7-10 %.  [c.264]

Медь и ее сплавы До 500° С при ЮОО ат и содержании кислорода в металле до 0,001 вес. % до 400 С при 1000 ат и содержании кислорода в металле до 0,01 вес. %  [c.99]

Никель и сплавы N1 — Си и N (51%) —Fe (49%) До 600° С при атмосферном давлении и содержании кислорода в металле до 0,0004 вес. %  [c.99]

Происходит сгорание масел, беспрерывное образование и разрушение на поверхности трения неметаллических пленок (продуктов сгорания масел), образование в поверхностных объемах металлов вторичных структур в результате интенсивной диффузии углерода и частично кислорода в металл в процессе его пластической деформации (фиг. 34, 35).  

[c.55]

Вследствие диффузии легирующих элементов из металла в окалину и кислорода в металл при нагреве в поверхностных слоях наблюдаются большие изменения состава, что отражается на свойствах изделий, особенно когда их сечения невелики. Изменения в поверхностном слое тем сильнее, чем выше температура и окислительная способность среды.  [c.223]

Растворимость кислорода в металлах в зависимости от температуры (14), [7], [81. [Э])  [c.323]

При концентрации растворенного кислорода в металле, стремящейся к нулю, химическое сродство металла к кислороду стремится к бесконечности.  [c.19]

Да и ме о растворимости кислорода в металлах, входяш,их в состав высокотемпературных припоев, приведены в табл. 4. Из таблицы видно, что кислород особенно интенсивно растворяется в расплавленных олове и меди. При охлаждении расплава меди растворенный кислород переходит в окислы. При содержании 0,39 % Оз по массе образуется эвтектика медь — кислород с температурой плавления ЮбВ С.  

[c.26]

Растворимость кислорода в металлах  [c.26]

Изменение электрического сопротивления нагревателя (рис- 75) показывает, что окисная пленка около 100 ч хорошо защищает металл от возгонки, а затем, очевидно, в результате постепенного растворения кислорода в металле, она становится рыхлой, несплошной и теряет защитные свойства. Это обнаруживается визуально после ISO — 200 ч работы нагревателя.  [c.112]

На рис. 69 показана зависимость содержания углерода и кислорода в металле от продолжительности выдержки шихты, состоящей из 100 г окиси хрома и 24,5 г пекового кокса, при  [c.161]

Большое влияние на скорость протекания реакции окисления углерода оказывает температура, содержание кислорода в металле и FeO в шлаке, метод подвода кислорода (прямой — через погруженную трубку или фурму или рудой через шлак), а также давление, по-  

[c.54]

В реальных условиях электроплавки содержание углерода даже при интенсивной продувке кислородом и температуре около 1800°С не снижается ниже 0,012%. Так как в реальных условиях фактическое содержание кислорода в металле выше равновесного, то и содержание двуокиси углерода будет выше расчетного.  [c.55]

I высокая концентрация s кислорода в металле не i только к концу продувки ванны кислородом, но и на протяжении всего периода раскисления первого шлака. Содержание  [c.137]

В результате ЭШП содержание кислорода в металле снижается в 1,5—2 раза, понижается концентрация серы, в 2—3 раза уменьшается содержание неметаллических включений, они становятся мельче и равномерно распределяются в объеме слитка. Слиток отличается плотностью, однородностью, хорошим качеством поверхности благодаря наличию шлаковой корочки 5, высокими механическими и эксплуатационными свойствами стали и сплавов. Слитки выплавляют круглого, квадратного, прямоугольного сечения массой до ПО т. Наиболее широко ЭШП используют при выплавки высококачественных сталей для шарикоподшипников, жаропрочных сталей для дисков и лопаток турбин, валов компрессоров, авиацпониых конструкций.  [c.47]

Взаимодействие кислорода с чистой поверхностью металла протекает в три этапа I) адсорбция кислорода, 2) иуклеация, т. е. образование зародышей, 3) рост сплошной оксидной пленки. На первых стадиях адсорбции пленка состоит из атомов кислорода, так как свободная энергия адсорбции атомов кислорода превышает свободную энергию диссоциации его молекул. Методом дифракции медленных электронов удалось установить, что атомы некоторых металлов входят в состав адсорбционной пленки и образуют относительно стабильную двухмерную структуру из ионов кислорода (отрицательно заряженных) и металла (положительно заряженных). Как уже говорилось в отношении пассивирующей пленки (разд. 5.5), адсорбционная пленка, составляющая доли монослоя, термодинамически более стабильна, чем оксид металла. На никеле, например, она сохраняется вплоть до точки плавления никеля [1 ], тогда как NiO разрушается вследствие растворения кислорода в металле . Дальнейшая выдержка при низком давлении кислорода ведет к адсорбции на металле молекул Оа, проникающих сквозь первичный адсорбционный слой. Так как второй слой кислорода связан менее прочно, чем первый, он адсорбируется не диссоциируя. Возникающая в результате структура более стабильна на переходных, чем на непереходных металлах [2]. Любые дополнительные слои адсорбированного кислорода связаны еще слабее, и наружные слои становятся подвижными при повышенных температурах, о чем свидетельствуют рентгенограммы, отвечающие аморфной структуре. Вероятно, ионы металла входят в многослойную адсорбционную пленку в нестехиометрических количествах и к тому же относительно подвижны. Например, обнаружено, что скорость поверхностной диффузии атомов серебра и меди выше в присутствии адсорбированного кислорода, чем в его отсутствие [3].  [c.189]

Высокие температуры, используемые при сварке плавлением, с одной стороны, понижают термодинамическую устойчивость оксидов, как это было показано в п. 9.2, но, с другой стороны, скорость их образования резко увеличивается и за очень небольшое время сварочного цикла металлы поглощают значительное количество кислорода. Поглощенный кислород может находиться в металле или в растворенном состоянии в виде оксидов (обычно низшей степени окисления), или субоксидов (TieO, TisO, Ti20), а также может создавать неметаллические включения эндогенного типа, образовавшиеся при раскислении металла более активными элементами. И то, и другое резко снижает качество сварных соединений, особенно пластичность металла шва. Исследования этого вопроса показали, что основная масса кислорода в металле обычно находится в неметаллических включениях [20]. Источниками кислорода в металле при сварке служат окислительно-восстановительные реакции между металлом и атмосферой сварочной дуги, металлом и шлаками, образующимися в результате плавления флюсов или при разложении и плавлении компонентов электродного покрытия, а также при взаимодействии с наполнителями порошковой проволоки.  [c.317]

Л1едь и его сплавы До 500 «С при 100 МПа и кислороде в металле до 0,001% (мае.), до 400 «С при 100 МПа и содержании кислорода в металле до 0,01 i (мае.)  [c.262]

Согласно [100], лантан (до 0,1 мае. %) и церий (до 0,092 мас.%) не оказывают влияния на а железа. По данным [6, 17], лантан и церий понижают о железа. В работе [57] присадки Се и La производили в карбонильное железо, содержащее после расплавления 0,08% кислорода. С увеличением количества вводимого церия или лантана ст железа возрастает от 1240 до 1850—1900 apzj M . Добавки лантана к железу способствуют более интенсивному возрастанию сг, чем присадки церия. При введении церия в количестве 0,8 мас.% и лантана 0,5 мае. % а достигает максимальных значений. При дальнейшем увеличении количества присаживаемых РЗЭ до 1—1,2% а расплавов снижается. Повышение а происходит одновременно с понижением содержания кислорода в металле вследствие раскисления его РЗЭ. В [10] приведены рассчитанные изотермы а железа со скандием, иттрием, лантаном и неодимом.  [c.30]

Расчеты, проведенные с использованием данных о составе окалнны (рнс. 14), показали, что масса нарастающей и отслаивающейся за каждый цикл окалины (и их разность) в этот период времени остается почти постоянной (рис. 17). Конец первой стадии окисления характеризуется ослаблением диффузионного потока хрома, что обусловлено снижением концентрации хрома на границе с окалиной после 5 — 6 циклов до 11 -12 %. Несмотря на усиление диффузии никеля, визуальная картина остается неизменной в течение нескольких циклов. Затем наступает момент, когда на поверхности нагревателей начинают обнаруживаться мелкие, протяженностью до 2 мм наросты из закиси никеля, которые имеют черный, с фиолетовым оттенком, цвет и блестят при освещении. С этого момента начинается вторая стадия окисления, характеризующаяся интенсификацией проникновения кислорода в металл сквозь участки из закиси  [c.44]

В слое подокалины в этот период времени имеется зона внутреннего окисления, которая длительное время мало меняется по глубине и количеству включений. Изучение окисляемости показало, что образование наружной части окалины происходит за счет диффузии металлических ионов практически с постоянной скоростью (рис. 17). Внутренняя часть окалины, по данным микроанализа, в течение длительного времени (более 50 % от срока службы нагревателей) изменяется мало (фронт окисления медленно продвигается в глубь металла) и выполняет роль диффузионного барьера в начале каждого нового цикла нагрева. Тем не менее структура внутренней части окалины претерпевает изменения. Кремний постепенно расходуется за счет частичного осыпания с наружной частью оКалины. Об этом можно судить по обеднению крем-нйем границы металла с окалиной (рис. 29). Прослойка из двуокиси кремния лишь до какого-то времени (50 — 60 % от срока службы нагревателей) надежно предотвращает проникновение кислорода в металл, а затем состав внутренней части окалины начинает заметно меняться, вследствие истощения матрицы кремнием наступает момент, когда во внутренней части окалины появляется закись никеля.  [c.57]

Поскольку внутренний слой окалины образуется за счет диффузии кислорода в металле, то специальные микродобавки играют важную роль в его формировании. Обладая более высоким сродством к кислороду, чем основные компоненты сплава, они повыщают термодинамическую стабильность окисной фазы и увеличивают ее толш 1ну. Это в равной степени относится и к двойным сплавам никель-хром. Пример неблагоприятного механизма окисления показывает, что нельзя допускать образования собственных окислов микродобавок, которые отличаются высокой стабильностью, но обладают низкими защитными свойствами даже при комнатной температуре. Определение оптимального количества микродобавок не поддается расчету, поэтому этот вопрос пока решается всеми фирмами эмпирически путем трудоемких экспериментов. Следует отметить, что данные по кинетике окисления не коррелируют с долговечностью нагревателей. Не наблюдается также удовлетворительного соответствия между данными по долговечности проволоки диаметром 3,0 и 0,8 мм.  [c.62]

С этого момента начинается вторая стадия окисления, характеризующаяся увеличением диффузионного потока кислорода в металл и развитием внутреннего окисления алюминия в подокалине.  [c.67]

Уменьшение количества этих неметаллических лклю чений является наиболее доступным способом снижения содержания кислорода. в металле (путем подбора оптимального состава шлака, увеличения времени, выдержки, повышения стойкости огнеупоров и т. д.). Снижение содержания окиси хрома в металле возможно при повышении остаточного содержания алюминия, однако продукты раскисления в виде скелетных кр.исталлов внутри зерен хрома обнаруживаются даже при 6% А1.  [c.104]

Рис. 68. Зависимость содер-жавия углерода и кислорода в металле от количества древесного угля в шихте (1670° К) [179]

На основании исследования процесса карботермического восстановления окиси хрома Карсановым и др. [179] был предложен двухстадийный процесс, в котором на первой стадии происходит восстановление окиси хрома углеродом при обычном давлении, а на второй — обезуглероживание полученного продукта избытком окиси хрома в вакууме. Проведенные опыты показали, что в результате восстановления окиси хрома углеродом при 1570 — 1670° К, атмосферном давлении и составе шихты, обеспечивающем получение на второй стадии безуглеродистого хрома, образуется продукт, содержащий 6—6,5% С и до 8% О. Продолжительность этой стадии не более 2 ч, включая 1 ч разогрева шихты до заданной температуры. Полученный продукт измельчают, брикетируют, а затем в вакуумной печи доводят содержание кислорода в металле до 0,5%, а углерода до 0,02—0,03%.  [c.162]

В связи с необходимостью в начале рафинировки легирования металла хромом, который затрудняет его восстановление, на практике применяют предварительное осадочное раскисление кремнием (в виде кускового 45%-ного ферросилиция и силикомарганца) и алюминием (на штангах). Пои выилавке низкоуглеродистой нержавеющей стали (С 0,03%), когда содержание кислорода в металле, а также в остатках иеудаленного шлака особенно велико, количество вводимых кремния и алюминия увеличивают и, кроме того, присаживают марганец и силикокальций. Дальнейшее раскисление металла проводится диффузионным методом через шлак с помощью порошков 75%-ного ферросилиция, силикокальция, а в ряде случаев и алюминия.  [c.70]

Для улучшения, условий диффузионного раскислеиия шлака необходимо также предварительное осадочное раскисление металла сразу же ио окончании продувки, так как высокое содержание кислорода в металле в конце продувки (рис 17) тормозит процесс восстановления окислов хрома.  [c.75]

Плавки ведут, как правило, на шихте из чистых углеродистых отходов, а также специальной паспортной болванки с содержанием серы и фосфора не более 0,010% каждого. Получение низкого содержания кислорода в металле достигается за счет предварительного осадочного раскисления стали сплавами марганца (на 0,25%) и кремния (на 0,10%), проплавления феррохрома под известково-глиноземистым шлаком с последующей его заменой на нзвестково-флюориговыи, систематического раскисления шлака порошками 75%-ного ферросилиция, силикокальция, кокса (при низком содержании углерода — древесного угля), применения электромагнитного перемешивания, продувки металла аргоном в печи перед выпуском или, что лучше, в ковше через пористую пробку.  [c.180]

---

Взаимодействие металлов с кислородом — Энциклопедия по машиностроению XXL

Рис. 9.1. Система взаимодействия металла с кислородом

Кроме того, взаимодействие металла с кислородом при сварке осложняется образованием растворов оксидов в металлах, а это сильно изменяет их термодинамическую устойчивость из-за возрастания энтропии в процессе растворения.  [c.318]

Рис. 9.5. Схема взаимодействия металла с кислородом в ненасыщенном (а) и насыщенном б) растворах

Коррозия металла — это самопроизвольный химический процесс, в результате которого возникает оксид металла. Реакция взаимодействия металла с кислородом может протекать в сторону образования оксида (направление направо), в сторону диссоциации оксида (направление влево) или находиться в химическом равновесии. В последнем случае будут одновременно происходить окисление металла и диссоциация оксида таким образом, что количество металла, кислорода и оксида в системе со временем не изменяется.  [c.44]

Взаимодействие газовой фазы с металлом в контактной зоне отливки характеризуется окислительно-восстановительными реакциями. В общем виде взаимодействие металла с кислородом можно описать реакцией  [c.98]

Химическая коррозия. Характерной особенностью химической коррозии, возникающей при взаимодействии металла со средой без появления электрического тока, является то, что продукты коррозии образуются непосредственно на тех участках поверхности, которые вступают в реакцию. Чаще всего химическая коррозия происходит при взаимодействии металла с кислородом, образуя на поверхности окисные пленки. Плотную окисную пленку при химической коррозии образуют кадмий, алюминий, свинец, олово, железо, хром, медь, цинк, никель. Пористые пленки окислов, сравнительно слабо препятствующие дальнейшему окислению, образуют магний, кальций, калий, натрий, поэтому эти металлы требуют специальной защиты от кислорода окружающей среды. i  [c.159]

Все научные исследования направлены к расшифровке механизма окисления на атомарном уровне. В этой связи наиболее ясной представляется начальная стадия взаимодействия металла с кислородом — адсорбция. В литературе в настоящее время встречаются разные определения адсорбции. Для рассматриваемого случая пригодно одно из последних универсальных определений адсорбция — концентрирование (сгущение) какого — либо вещества в пограничном слое у поверхности раздела двух фаз.  [c.9]

Размеры микрокамер и их форма выбираются в зависимости от вида свариваемого металла и его толщины, режимов сварки, формы изделия. При этом микрокамеры должны обеспечивать надежную защиту инертным газом зоны металла, нагретого до температур, при которых еще может происходить активное взаимодействие металла с кислородом и азотом воздуха. При сварке циркония необходимо защищать зону металла с температурой выше 500° С (773° К).  [c.46]

Теоретические представления, лежащие в основе моделей высокотемпературного взаимодействия металлов с кислородом в равной мере справедливы по отношению к реакциям металлов с галогенами, серусодержащими и другими газами. Классификация этих процессов должна базироваться на особенностях массопереноСа компонентов в твердой и газовой фазах  [c.413]

При таких операциях, как прокатка, ковка, штамповка, нормализация, закалка и отжиг, необходим нагрев заготовок до высоких температур. В результате взаимодействия металла с кислородом в процессе нагрева поверхностные слои металла окисляются, на поверхности заготовок образуется слой окалины. Чем продолжительнее нагрев и выше температура, тем больше угар металла. При прокатке заготовок окалина закатывается в поверхность листов, что приводит к образованию поверхностных дефектов и является причиной брака металла. Не удаленная с поверхности окалина, обладающая высокой твердостью, ускоряет износ прокатных валков. Потери металла в виде окалины в металлургическом производстве в среднем составляют около 4%, на машиностроительных заводах эти потери дополнительно составляют при ковке до 7 и штамповке до 3% массы заготовки.  [c.5]

При нагреве сталей и сплавов в обычной атмосфере заметно проявляется взаимодействие металла с кислородом.  [c.120]

Рассмотрим наиболее распространенный случай газовой коррозии — взаимодействие металла с кислородом с образованием слоя оксидов по реакции  [c.28]

При взаимодействии металла с кислородом продуктами коррозии являются оксидные пленки различной толщины, от свойств которых зависит дальнейший процесс коррозии. Поэтому важно знать свойства образующихся пленок, механизм и законы их роста, отношение их к воздействию температуры, давления и т. д. Толщина образовавшихся пленок зависит от свойств металла, среды и других факторов. Пленки бывают тонкие (до 40 нм), средние (от 40 до 500 нм) и толстые (более 500 нм).  [c.28]

Коррозионно-механическое изнашивание представляет собой изнашивание при трении материала, уже вступившего в химическое взаимодействие со средой. Коррозионное изнашивание является следствием взаимодействия металла с кислородом окружающей среды. В результате такого изнашивания на поверхности металла появляются осповидные ямки, язвы, ржавчина.  [c.494]

Считают, что причиной замедления анодного растворения при пассивации могут быть два процесса во-первых, хемосорбция кислорода, растворенного в электролите, который насыщает свободные валентности поверхностных атомов металла и снижает его химическую активность во-вторых, возникновение на поверхности металла тончайшей пленки продуктов взаимодействия металла с кислородом [3]. К металлам, способным к пассивации, относятся хром, алюминий, титан, никель, железо, молибден и ряд других.  [c.8]

Химическая коррозия — процесс взаимодействия металла с электропроводящей средой. При данном типе коррозии металлы и сплавы разрушаются без воздействия электрического тока. Такая коррозия возникает при взаимодействии металла с кислородом, сильно активизируясь при повышенных температурах, а также при наличии галогенов, сероводорода, сернистого газа и т. д. Она может возникать в жидкостях, не проводящих электрический ток, если в этих средах имеются продукты, химически взаимодействующие с данным металлом, например в обезвоженной нефти и продуктах ее переработки, в которых имеются серосодержащие вещества.  [c.23]

Рассмотрим наиболее распространенный случай газовой коррозии на примере взаимодействия металла с кислородом. Известно, что поверхностный слой любого металла, т. е. поверхностные ад-ионы металла, имеет свободные связи, которые при соприкосновении с кислородом могут адсорбировать его, а затем ад-ионы металла взаимодействуют с ним с образованием слоя оксидов по реакции  [c.35]

Взаимодействие металла с кислородом (окисление металла) протекает по уравнению  [c.12]

Незащищенная поверхность металла адсорбирует из окружающей среды окислительные компоненты — молекулы кислорода, оксидов углерода и серы, хлора и другие. Образуется оксидная пленка, которая на воздухе всегда содержит конденсированную влагу. Толщина пленки может быть различной в зависимости от температуры, влажности воздуха и других атмосферных условий. В условиях сухой атмосферы происходит химическое взаимодействие металла с кислородом и другими газообразными реагентами из воздуха. Как правило, сухая атмосферная коррозия приводит к потускнению поверхности металла, не вызывая его разрушения. Железо и сталь в сухой атмосфере не корродируют даже при наличии агрессивных газов.  [c.241]

Процессы, происходящие при выплавке стали, протекают в соответствии с целым рядом законов. По закону действующих масс скорость химических реакций пропорциональна концентрации реагирующих веществ. Поэтому при взаимодействии металла с кислородом в сталеплавильной печи происходит интенсивное окисление железа по реакции  [c.44]

Наиболее важными при сварке являются реакции взаимодействия металла с кислородом, а также диссоциация, растворение и выделение в металле таких газов, как азот и водород. Большое значение имеют реакции связывания и нейтрализации водорода, а также подавления окисления углерода при затвердевании металла.  [c.47]

В широком смысле под вторичными структурами понимаются не только пленки, образующиеся в результате взаимодействия металла с кислородом, но и другие защитные пленки разного состава, строения и свойств, предохраняющие поверхности металла от непосредственного контакта.  [c.321]

Химической коррозией называют такие процессы, ири которых окисление металла и восстановление окислительного элемента происходят в одном акте, т. е. одновременно и в одном месте. Примером химической коррозии является окисление металлов — взаимодействие металлов с кислородом воздуха, с газообразным хлором, с жидкой серой и нефтепродуктами, содержащими серу, вообще взаимодействие металлов с жидкостями, не являющимися электролитами (спирт, ацетон, фреоны, сжиженный природный газ и т. д).  [c.111]

Химическая коррозия или окисление — процесс непосредственного взаимодействия металла с кислородом окружающей среды, который может содержаться как в газах, так и в различных растворах, не проводящих электрический ток (спирте, бензине, органических жидкостях и т. д.). Она развивается интенсивнее при нагреве, что приводит, например, к обгоранию нагревателей печей, окислению выхлопных клапанов и патрубков, обгоранию контактов и т. д. Если продукты реакции не улетучиваются, то они остаются в виде окисных пленок на поверхности металла. Тугоплавкие и плотные окислы, прочно связанные с металлом, замедляют дальнейшее проник-  [c.141]

Взаимодействие металлов с кислородом  [c.261]

Правило фаз Гиббса (стр. 220) в полной мере приложимо к химически реагирующим системам, особенности которых рассмотрим на процессах взаимодействия металлов с кислородом  [c.261]

Рассмотрим конкретные случаи взаимодействия металлов с кислородом на примере наиболее важных в техническом отношении металлов.  [c.267]

Взаимодействие металла с кислородом, как н с другими газами, определяется одновременно идущими процессами адсорбции и встречной диффузии атомов газа и ионов металла через слой окислов. Последние в окалине диффундируют обычно более интенсивно.  [c.25]

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛА С КИСЛОРОДОМ ПРИ СВАРКЕ ПЛАВЛЕНИЕМ  [c.206]

К химическим свойствам металлов и сплавов относится способность их вступать в реакцию с различными веществами. При взаимодействии металлов с кислородом воздуха и влагой происходит их коррозия (разрушение) чугун ржавеет, бронза покрывается зеленым налетом, сталь при нагреве в закалочных печах окисляется, превращаясь в окалину, а в кислотах растворяется. Металлы и сплавы, способные противостоять коррозии, делятся на нержавеющие, кислотостойкие (кислотоупорные) и жаростойкие (окалиностойкие). Последние применяются для изготовления различных деталей топок, труб паровых котлов, сильно нагревающихся деталей автомобилей и др.  [c.10]

Заготовки из вольфрама получают методами порошковой металлургии, а также дуговой и электронно-лучевой плавкой с последующим прессованием. При всех способах плавки и спекания используют инертную газовую среду или вакуум для предотвращения взаимодействия металла с кислородом, азотом и воздухом.  [c.132]

В большинстве случаев газовая коррозия является результатом взаимодействия металла с кислородом воздуха, согласно реакции  [c.127]

Наиболее распространенным является процесс взаимодействия металлов с кислородом, хотя известны и другие виды газовой коррозии (сернистая, водбродная и др.). Химическая коррозия, имеющая место в этом случае, развивается в кислородсодержащих газах иа воздухе, в углекислом газе, водяном паре, чистом кислороде и др. Движущей силой газовой коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов в газовых средах при данных внешних условиях давлении, температуре, составе среды и др. При этом на поверхности металла чаще всего образуется оксидная пленка. От структуры, состава и свойств этих пленок зависит скорость процесса газовой коррозии. Защитные свойства оксидных пленок в значительной степени определяются их сплошностью, которая зависит от отношения моля оксида к массе атома металла. Хорошо защищают металл от дальнейшего окисления только плотные оксиды, если отношение объемов находится S пределах 1,0—2,5 [28].  [c.407]

Окислы с Д>1, не растворяющие ионы металла или кислороду относятся к типу стехиометрических химических соединений такой окисел относительно плотный. Взаимодействие металла с кислородом при образовании стехиометрического окисла может идти нреимущественно через разрывы в окисной пленке, образующиеся вследствие различия коэффициентов термического расширения окисла и паяемого металла при нагреве и охлаждении или в результате метастабильиости слоя окисла вследствие эпитаксиального его роста и образования локальных напряжений, приводящих к образованию в нем пор и отслоений.  [c.90]

В большинстве работ, посвященных механизму защиты железа от коррозии фосфатами, высказывается мнение, что фосфатный слой осаждается из электролита, а пассивирующий окисел возникает за счет взаимодействия металла с кислородом. Роль вторичного осажденного из электролита фосфата заключается в снижении скорости растворения окисного слоя. В работах [47] было показано, что в присутствии фосфатов на анодной поляризационной кривой имеется два потенциала пассивации один из них смещен на 0,2 В в отрицательную сторону по сравнению с потенциалом обычной пассивации, наблюдаемым в боратном буфере, не содержащем фосфатов. Из этого делается вывод, что в фосфатных растворах переходу железа в пассивное состояние предшествует специфическая пассивация, обусловленная вторичным осаждением фосфата металла из раствора. Накопление на поверхности стали плохорастворимого фосфата железа создает благоприятные условия для обычной окисной пассивации.  [c.66]

Однако во всех этих опытах не контролировалось прямым определением состояние поверхности металла перед началом пассивирования. Вполне возможно, что начальное состояние поверхности металла, даже в электролите, полностью освобожденном от кислорода, не исключает наличия на поверхности металла адсорбированного кислорода и даже пленочного слоя окисла (или других соединений), образованных в результате взаимодействия металла с кислородом воды, как было установлено в нашей лаборатории для алюминия В. Н. Модестовой [46] и для титана — Р. М. Аль-товским [47]. Таким образом, не вполне ясно, следует ли определяемые экспериментально количества кислорода, меньше одного монослоя, достаточные для заметного смещения потенциала в пассивную сторону, связывать с равномерным его распределением по абсолютно непокрытой поверхности металла или считать, что этот кислород идет на заделку последних пор в уже имеющейся адсорбционной или даже фазовой пленке.  [c.16]

Чтобы определить направление реакции взаимодействия металла с кислородом по упругости диссоциации его окисла, необходимо упругость диссоциации РО2 сравнить с фактическим парциальным давлением кислорода Рогфакт в условиях реакции.  [c.48]

Процесс окисления — это сложный процесс, в результате которого наблюдаются и чисто химическое взаимодействие металла с кислородом, и диффузия атомов кислорода и металла через слой окислов. Поэтому строение окисной пленки имеет большое значение для жаростойкости металлов. Чем плотнее окисная пленка, тем меньше через нее скорость диффузии, тем выше жаростойкость сплава. До 570° С структура поверхностного слоя сталей состоит из Fea и Рез04, может. образоваться и окисел РегОз. Эти окислы имеют сложное строение и скорость диффузии в них мала.  [c.338]

Нагрев может сопровождаться взаимодействием поверхности металла с газовой фазой. Химическое взаимодействие металла с кислородом может приводить к обезуглероживанию поверхностного слоя (С -f Ог СО2) и образованию окалины в количестве до 1—3 % от массы металла (2Fe -f О2 2FeO).  [c.142]

Большинство средне- и высоколегированных сталей поддаются резке различными электрически.ми и кислороднофлюсовым способами. Лишь кислородные способы резки непригодны для их обработки, так как в результате взаимодействия металла с кислородом на лобовой поверхности реза образуется тугоплавкая пл ка окислов хрома, затрудняющая диффузию кислорода и препятствующая непрерывному течению процесса.  [c.136]

Общие требования к точности складываются из требований к получению надлежащих раз.меров и форм вырезанных дегалей (заготовок). Требования к качеству поверхности реза непосредственно связаны с взаимодействием металла с кислородом режущей струи и подогревающим пламенем в процессе резки.  [c.197]

---

Химические свойства металлов IIA группы (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra).

IIA группа содержит только металлы – Be (бериллий), Mg (магний), Ca (кальций), Sr (стронций), Ba (барий) и Ra (радий). Химические свойства первого представителя этой группы — бериллия — наиболее сильно отличаются от химических свойств остальных элементов данной группы. Его химические свойства во многом даже более схожи с алюминием, чем с остальными металлами IIA группы (так называемое «диагональное сходство»). Магний же по химическим свойствами тоже заметно отличается от Ca, Sr, Ba и Ra, но все же имеет с ними намного больше сходных химических свойств, чем с бериллием. В связи со значительным сходством химических свойств кальция, стронция, бария и радия их объединяют в одно семейство, называемое щелочноземельными металлами.

Все элементы IIA группы относятся к s-элементам, т.е. содержат все свои валентные электроны на s-подуровне. Таким образом, электронная конфигурация внешнего электронного слоя всех химических элементов данной группы имеет вид ns² , где n – номер периода, в котором находится элемент.

Вследствие особенностей электронного строения металлов IIA группы, данные элементы, помимо нуля, способны иметь только одну единственную степень окисления, равную +2. Простые вещества, образованные элементами IIA группы, при участии в любых химических реакциях способны только окисляться, т.е. отдавать электроны:

Ме⁰ – 2e^— → Ме⁺²

Кальций, стронций, барий и радий обладают крайне высокой химической активностью. Простые вещества, образованные ими, являются очень сильными восстановителями. Также сильным восстановителем является магний. Восстановительная активность металлов подчиняется общим закономерностям периодического закона Д.И. Менделеева и увеличивается вниз по подгруппе.

Взаимодействие с простыми веществами

с кислородом

Без нагревания бериллий и магний не реагируют ни с кислородом воздуха, ни с чистым кислородом ввиду того, что покрыты тонкими защитными пленками, состоящими соответственно из оксидов BeO и MgO. Их хранение не требует каких-либо особых способов защиты от воздуха и влаги, в отличие от щелочноземельных металлов, которые хранят под слоем инертной по отношению к ним жидкости, чаще всего керосина.

Be, Mg, Ca, Sr при горении в кислороде образуют оксиды состава MeO, а Ba – смесь оксида бария (BaO) и пероксида бария (BaO₂):

2Mg + O₂ = 2MgO

2Ca + O₂ = 2CaO

2Ba + O₂ = 2BaO

Ba + O₂ = BaO₂

Следует отметить, что при горении щелочноземельных металлов и магния на воздухе побочно протекает также реакция этих металлов с азотом воздуха, в результате которой, помимо соединений металлов с кислородом, образуются также нитриды c общей формулой Me₃N₂.

с галогенами

Бериллий реагирует с галогенами только при высоких температурах, а остальные металлы IIA группы — уже при комнатной температуре:

Мg + I₂ = MgI₂ – иодид магния

Са + Br₂ = СаBr₂ –  бромид кальция

Ва + Cl₂ = ВаCl₂ – хлорид бария

с неметаллами IV–VI групп

Все металлы IIA группы реагируют при нагревании со всеми неметаллами IV–VI групп, но в зависимости от положения металла в группе, а также активности неметаллов требуется различная степень нагрева. Поскольку бериллий является среди всех металлов IIA группы наиболее химически инертным, при проведении его реакций с неметаллами требуется существенно большая температура.

Следует отметить, что при реакции металлов с углеродом могут образовываться карбиды разной природы. Различают карбиды, относящиеся к метанидам и условно считающимися производными метана, в котором все атомы водорода замещены на металл. Они так же, как и метан, содержат углерод в степени окисления -4, и при их гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями одним из продуктов является метан. Также существует другой тип карбидов – ацетилениды, которые содержат ион C₂^2-, фактически являющийся фрагментом молекулы ацетилена. Карбиды типа ацетиленидов при гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями образуют ацетилен как один из продуктов реакции. То, какой тип карбида – метанид или ацетиленид — получится при взаимодействии того или иного металла с углеродом, зависит от размера катиона металла. С ионами металлов, обладающих малым значением радиуса, образуются, как правило, метаниды, с ионами более крупного размера – ацетилениды. В случае металлов второй группы метанид получается при взаимодействии бериллия с углеродом:

Остальные металлы II А группы образуют с углеродом ацетилениды:

С кремнием металлы IIA группы образуют силициды — соединения вида Me₂Si, с азотом – нитриды (Me₃N₂), фосфором – фосфиды (Me₃P₂):

с водородом

Все щелочноземельные металлы реагируют при нагревании с водородом. Для того чтобы магний прореагировал с водородом, одного нагрева, как в случае со щелочноземельными металлами, недостаточно, требуется, помимо высокой температуры, также и повышенное давление водорода. Бериллий не реагирует с водородом ни при каких условиях.

Взаимодействие со сложными веществами

с водой

Все щелочноземельные металлы активно реагируют с водой с образованием щелочей (растворимых гидроксидов металлов) и водорода. Магний реагирует с водой лишь при кипячении вследствие того, что при нагревании в воде растворяется защитная оксидная пленка MgO. В случае бериллия защитная оксидная пленка очень стойкая: с ним вода не реагирует ни при кипячении, ни даже при температуре красного каления:

c кислотами-неокислителями

Все металлы главной подгруппы II группы реагируют с кислотами-неокислителями, поскольку находятся в ряду активности левее водорода. При этом образуются соль соответствующей кислоты и водород. Примеры реакций:

Ве + Н₂SO_4(разб.) = BeSO₄ + H₂↑

Mg + 2HBr = MgBr₂ + H₂↑

Ca + 2CH₃COOH = (CH₃COO)₂Ca + H₂↑

c кислотами-окислителями

− разбавленной азотной кислотой

С разбавленной азотной кислотой реагируют все металлы IIA группы. При этом продуктами восстановления вместо водорода (как в случае кислот-неокислителей) являются оксиды азота, преимущественно оксид азота (I) (N₂O), а в случае сильно разбавленной азотной кислоты – нитрат аммония (NH₄NO₃):

4Ca + 10HNO_3(разб.) = 4Ca(NO₃)₂ + N₂O↑ + 5H₂O

4Mg + 10HNO_{3(сильно разб.)} = 4Mg(NO₃)₂ + NН₄NO₃ + 3H₂O

− концентрированной азотной кислотой

Концентрированная азотная кислота при обычной (или низкой) температуре пассивирует бериллий, т.е. в реакцию с ним не вступает. При кипячении реакция возможна и протекает преимущественно в соответствии с уравнением:

Магний и щелочноземельные металлы реагируют с концентрированной азотной кислотой с образованием большого спектра различных продуктов восстановления азота.

− концентрированной серной кислотой

Бериллий пассивируется концентрированной серной кислотой, т.е. не реагирует с ней в обычных условиях, однако реакция протекает при кипячении и приводит к образованию сульфата бериллия, диоксида серы и воды:

Be + 2H₂SO₄ → BeSO₄ + SO₂↑+ 2H₂O

Барий также пассивируется концентрированной серной кислотой вследствие образования нерастворимого сульфата бария, но реагирует с ней при нагревании, сульфат бария растворяется при нагревании в концентрированной серной кислоте благодаря его превращению в гидросульфат бария.

Остальные металлы главной IIA группы реагируют с концентрированной серной кислотой при любых условиях, в том числе на холоду. Восстановление серы происходит преимущественно до сероводорода:

4Mg + 5H₂SO_4(конц.) = 4MgSO₄ + H₂S↑ + 4H₂O

с щелочами

Магний и щелочноземельные металлы со щелочами не взаимодействуют, а бериллий легко реагирует как растворами щелочей, так и с безводными щелочами при сплавлении. При этом при осуществлении реакции в водном растворе в реакции участвует также и вода, а продуктами являются тетрагидроксобериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и газообразный водород:

Be + 2KOH + 2H₂O = H₂↑ + K₂[Be(OH)₄] — тетрагидроксобериллат калия

При осуществлении реакции с твердой щелочью при сплавлении образуются бериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и водород

Be + 2KOH = H₂↑+ K₂BeO₂ — бериллат калия

с оксидами

Щелочноземельные металлы, а также магний могут восстанавливать менее активные металлы и некоторые неметаллы из их оксидов при нагревании, например:

Метод восстановления металлов из их оксидов магнием называют магниетермией.

Термодинамический анализ систем «Металл кислород» Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 544.015.3

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СИСТЕМ «МЕТАЛЛ — КИСЛОРОД»

Б.И. Леонович, Е.А. Трофимов, А.Н. Дильдин

На примере ряда систем «металл — кислород» (Сг-О, Мп-О, Fe-O и №-0) подробно описана методика термодинамического моделирования систем, включающих различные фазы переменного состава (металлический твёрдый и жидкий раствор, соединения с отклонениями от стехиометрии). Методика опирается на использование подрешёточной модели и полиномиальной модели Редлиха — Кистера. Продемонстрированы подходы к термодинамическому описанию жидких и твердых растворов кислорода в металле, а также оксидов различного состава и структурного типа (МеО, Ме304 и Ме203). Представлены выражения для энергий Гиббса рассмотренных фаз. Опираясь на описанные методики, построены фазовые диаграммы четырёх систем, а также температурные зависимости кислородного потенциала для изученных систем. Результаты расчёта сопоставлены с экспериментальными данными. Представленная информация может быть использована для анализа более сложных систем, включая системы, имеющие значение для металлургии.

Ключевые слова: фазовые диаграммы, термодинамическое моделирование, системы «металл-кислород», железо, хром, марганец, никель.

Введение

Сплавы и стали специального назначения, как правило, имеют довольно сложный состав. К числу их постоянных компонентов относятся хром, марганец, железо, никель и др. Взаимодействие этих элементов с растворенным кислородом приводит к образованию оксидных фаз. При производстве ферросплавов, лигатур, низколегированных сталей практическое значение имеют уже трехкомпонентные системы «основа — легирующий компонент — кислород». Расчет и анализ таких систем возможен, если известны термодинамические свойства основополагающих бинарных систем «металл — кислород».

Методика исследования

При термодинамическом моделировании фазовых равновесий в металлических сплавах, содержащих кислород, используется формализм и математический аппарат подрешеточной модели, в которой конфигурация раствора определяется совокупностью двух или более подрешеток

[1-5].

Системы «металл — кислород» характеризуются образованием жидких и твердых растворов, а также оксидов различного состава и структурного типа (МеО, Ме304 и Ме2О3). На рис. 1-4 представлены диаграммы фазового равновесия и температурные зависимости кислородного потенциала систем Сг-О, Мп-О, Бе-О и №-0. При расчете областей устойчивости различных фаз были использованы термохимические параметры, приведенные в работах [6-13]. Сопоставление расчетных и экспериментальных значений проведено с использованием данных, представленных в работах [14-25].

Обсуждение результатов

Особенности моделирования фаз различных типов заслуживают обстоятельного обсуждения.

Жидкие расплавы. Жидкая фаза в оксидных системах характеризуется интервалом несмешиваемости между металлическим и оксидным сплавами. Применительно к ионным расплавам состав жидкости, содержащей катионы металла и анионы кислорода, может быть определен следующим образом: (Ме^г)р (О-2,Уа~ч)ц , где Ме*У’ означает совокупность катионов с зарядом

+ V, Уа — гипотетическую вакансию с индуцированным зарядом —ц. Подстрочные индексы р и ц определяют электронейтральность и зависят от состава расплава следующим образом:

ц = , (1)

I ‘

Р =2уо-2 + Ч ■ Ууа-Я.

(2)

В этих формулах yi обозначает концентрацию компонента расплава в пределах своей подре-

шетки. Следующее уравнение показывает связь уо -2 с молярной долей кислорода

х _ Ч ^ У0-2 Л -2 —-.

0 Р + Ч(1″ У^ )

(3)

3000

03

о.

>, I-

03

о.

01 с

— О [14] Жидкость

2800 * [14] Сг304 + Ж

о [14] Сг +Ж

ж [14] Сг + Сг2Оз

2600 + [14] Сг + Сг О, ‘ 3 4

— X [14] Сг2Оз + Ж

2400

2200

2000

1800

I / Ж

2

Ж / 1 / —

Ж [14]

[14]-

а-Сг ¿1 —

Т 3 4

Сг О —

2 3 —

а)

-10 -5

1од Р02, (атм.) б)

Рис. 1. Фазовая диаграмма (а) и температурная зависимость кислородного потенциала (б)

системы «хром-кислород»

Молярная энергия Гиббса бинарной системы «металл — кислород» задается уравнением

0т _^УЫе+»’У О’2 ^Ме+Ч +

+Р^X V +, МV +ч ) + ЧШ[V-2 1п(V-2 ) + У^-Ч 1п( V _Ч )] + (4)

. ‘ Ме+» ^Ме+» ‘ 4 и^-2 «^О-27 ‘ Уа~Ч Уа~Ч’

I , ,

У,,+ чУп-2У„

. Ме+ ^О Уа’4 Ме+» :0-2,Уа~Ч’

где О0

— энергия Гиббса образования (2 + V,) молей жидкого сплава; О0

энергия

Гиббса образования V; моль жидкого металла; Li:j — температурно-зависимые коэффициенты, значения которых выражаются полиномами Редлиха — Кистера:

_ + 4, (У, — ) + L2j (У, — )2+… Ц,} (У, — )п . (5)

п

В приведенных уравнениях и далее в подстрочных индексах запятая разделяет компоненты в одной подрешетке, а двоеточие означает различные подрешетки.

2400 2200 2000

| 1800

н оз о.

? 1600

1400

1200

1000

\ \ -м’ \ \10 \ ж +ж \ 1 2 \ \___Ц, \ \ \ \ ‘ Ж ^^ \ж2\ \ \ Л [16] \ \ ю-1 \ \ \ \ \ \ Р02=1 Э™ Уж\А \ \ \ \ \ \ Ж +газ » \ \ 2

Ж +Мп 0 1 1-х

(З-Мп О м 3 4 +газ

\д 10

\ ЖМп О \7 +|3-Мпз04 104

5-Мп+Мп 0 1-х

Щ -6 Ч ю а-Мпз04 +газ

А

! у-Мп+Мп, О ‘ 1-х (З-Мп+Мп 0 , г 1-х

/ Мп О+а-Мп О. 1П8 / 1-х 3 4 10 а-Мп 0„ 3 4 +МП2°3

I

о о о о

0,45

0,50 0,55

хо

а)

0,60

-12 -8 -4

1од Р02, (атм.) б)

Рис. 2. Фазовая диаграмма (а) и температурная зависимость кислородного потенциала (б)

системы «марганец-кислород»

2000

1800

1600 —

со о.

1400 —

а>

1200 —

1000

800

0,45

0,50

а)

0,55

0,60

-30 -20 -10

1од Р02, (атм.) б)

Рис. 3. Фазовая диаграмма (а) и температурная зависимость кислородного потенциала (б)

системы «железо-кислород»

2500

05

О.

>>

I-03 о. 0) с

2000 —

1500

а)

10 -8 -6 -4 -2 1од Р02, (атм.) б)

Рис. 4. Фазовая диаграмма (а) и температурная зависимость кислородного потенциала (б)

системы «никель-кислород»

Парциальные молярные энергии Гиббса (химические потенциалы) могут быть вычислены по уравнению

°А:В _ От +

-X У,

дУ,

(6)

дУл дУв

Области жидких расплавов, представленные на рис. 1-4, рассчитаны исходя из предположения о наличии в системах с хромом и никелем одного сорта катионов — Сг+3 или №+2 соответственно. В жидких растворах Fe-0 и Мп-О устойчивыми считались два вида катионов — Ме+2 и Ме+3.

О.ц.к. и г.ц.к. — твердые растворы внедрения. Твердый раствор внедрения можно представить общей формулой (Ме)а(0,Уа)с. В случае г.ц.к.-фазы а = с = 1, для о.ц.к.-фазы а = 1 и с = 3. Образование такого раствора можно также представить смешением гипотетических соединений Меа0с и МеаУас. Молярная энергия Гиббса такого «трехкомпонентного» раствора (при Уме =1) может быть задана уравнением

От _ У0ОМе :0 + УУа°°МеУа + ^Т(У0 1п У0 + УУа 1п УУа ) + (?)

Г 7″0 / 4 7″^/ \2 7″2 1 /^магн ^ ‘

+У0УУа [LMe:0,Уa + (У0 — УУа )LMe:0,Уa + (У0 — УУа ) LMe:0,Уa ] + От

Магнитная составляющая энергии Гиббса задается формулой

ОГ™. _ RT 1п(р+1) / (х),

где х = Т/Тс; Тс и Р — значения температуры Кюри и магнетона Бора соответственно.

-гмагн. т

При х < 1:

При х > 1:

/ (х) _ 1

79х-1 474

140р 494

1 -1

р ,

/

.3

9

х

15

хх

— +-+-

ч 6 135 600у

(8)

(9)

/ (т) = —

( -5 -15 -25

т т т

-+-+-

10 315 1500

V )

(10)

где ^=1=125 + {^эт!(р -1)’ Значение р определяется структурным типом раствора. Для о.ц.к. — растворов р = 0,4 и р = 0,28 для структуры г.ц.к.

Состав твердого раствора определяется мольными долями веществ в каждой подрешетке:

Уо = (а/с^(1 — Хо) и Ус + Уva = 1. (11)

Монооксиды (МеО). В структуре монооксидов переменного состава кислород образует г.ц.к.-решетку, а ионы металла занимают октаэдрические позиции. В общем случае состав фазы может быть описан формулой (Ме+2, Ме+3,Ка)1(О-2)1. При описании нестехиометрического оксида железа (вюстита) была использована модель комбинирования энергий, предложенная Хиллертом [1,

5]:

От = УМе+2 <Э°Ме+2,О-2 + УМе+3 ОМе+3:О-2 + ^УаО-2 + (12)

+КТ(Уме+2Ы Уме+2 + Уме+31П Уме+3 + Ука 1п Ука ) + С^,

где переменные ум +2 и у +3 — доля мест в металлической подрешетке, занятой двухвалентными и трехвалентными ионами. При этом у +2 + у +2 + уКа = 1.

Избыточная энергия Гиббса О^?6 может быть описана полиномом Редлиха — Кистера (5):

<1з6 = у +2 у +3[Х° +2 +3 2 + (у +2 — у +3УМ +2 +3 2] +

т Ме Ме Ме ,Ме :О-2 К-УМе+2 ^Ме+’ Ме+2,Ме+3:О-2-1

+уМе+2УУа ^Ме+2,Ка:О-2 + (УМе+2 — УКа ^Ме+2,Ка:О-2] + (13)

+УМе+3 Ука [^Ме+3,Ка:О-2 + (УМе+3 » Ука ^Ме+^КаЮ-2^

Потенциал кислорода нестехиометрического монооксида рассчитывается как разница молярных энергий Ме2О3 и МеО [12]:

Оо = 2ОМе О — 4ОМеО = 4О +3 2 — 4О +2 2 + 2О 2. (14)

О2 Ме2Оз МеО Ме :О 2 Ме :О 2 Ка:О 2 у ‘

При использовании уравнения (6) и значения О° 2 = 0 формула преобразуется следующим образом:

Л .4 „2 ^

Оо = 4(О° +3 -О° +2) + ЯТ 1п

О2 4 Ме Ме

уМе+3 уКа

V уМе+2 )

+

+2(2уМе+2 — 2уМе+3 » УМе+2УМе+3 ^Ме^М^ + (15)

+4[( УМе+2 «УМе+з)2 + УМе+2 УМе+з( УМе+3 » УМе+2 ~ 2)^Ме+2Ме+3:О-2.

В приведенной модели мольные доли могут быть рассчитаны из долей мест у, с использованием формул:

Х = УМе+2 + УМе+3 и Х =_1__(16)

ХМе =~- и ХО = «-. (16)

1 + У +2 + У +3 1 + У +2 + У +3

Ме+2 Ме+3 Ме+2 Ме+3

Максимальное значение ум +2 =2/3, так что модель для фазы монооксида может таким образом описать диапазон составов для хО от 0,5 до 0,6.

Шпинельные фазы (Ме3О4). Структура шпинели имеет ионы кислорода в г.ц.к. подрешетке с двухвалентными и трехвалентными металлическими ионами в октаэдрических и тетраэдрических позициях. Число мест в октаэдрической подрешетке равно числу мест кислорода, тогда как тет-раэдрическая подрешетка имеет в два раза больше мест. В такой структуре шпинели могут быть заняты только половина октаэдрических мест и одна восьмая тетраэдрических мест. В нормальной шпинели трехвалентные ионы занимают октаэдрические позиции, а двухвалентные — тетра-эдрические.

При термодинамическом моделировании свойств оксидов наиболее сложно описывается магнетит (Ре304). В работе [12] эта фаза описана как с избытком железа, так и с избытком кислорода. При низких температурах магнетит — обращенная шпинель с тетраэдрическими позициями, заполненными Ре+3. При этом октаэдрические места заняты совместно ионами Ре+3 и Ре+2. При повышении температуры магнетит трансформируется в нормальную шпинель и перед плавлением он почти неупорядочен. Таким образом, структура стехиометрического магнетита может быть представлена следующим образом: (Ре+2, Fe+3)l (Ре+2, Ре+3)2(0-2)4.

Молярная энергия Гиббса стехиометрической шпинели в зависимости от состава и температуры может быть описана уравнением

С — 1)’ 1>о Г^о I …о с^о .

От _ УРе+2 УРе+2 °Ре+2:Ре+2:0-2 + УРе+2 УРе+3 °Ре+2:Ре+3:0-2 + ..Л о го . Л о го .

+УРе+3 УРе+2 ОРе+3:Ре+2:0-2 + УРе+2 УРе+3 ОРе+3:Ре+2:0-2 +

+RT ( у i +2 1п У^е+2 + УРе+3 1П УРе+3 ) +

+2RT (уРое+21п УРое+2 + УРое+31п УРое+3), (17)

где надстрочные индексы ‘ и о означают тетраэдрическую и октаэдрическую решетки соответственно.

Введем обозначения: у’ +3 _ х, у’ +2 _ 1 — х, уо +3 _ 1 — 0,5х, уо +2 _ 0,5х.

Ре Ре Ре Ре

Тогда уравнение для энергии Гиббса будет иметь вид:

От _ Х(1 — ад0^^^ + О^х2^.^ +

+(1 — х)(1 — 0,5х)0Рое+3:Ре+2:0-2 + 0,5х(1 — 0,5х)0Рое+3:Ре+3:0-2 + +RT [ х 1п х + (1 — х) 1п(1 — х)] +

+2RT [(1 — 0,5х) 1п(1 — 0,5 х) + 0,5х 1п0,5х]. (18)

Между ионами различной валентности имеет место обменная реакция. При равновесии упорядочение описывается следующим уравнением [12]:

0,5(0о+2 +2 2 + Оо+2 +3 2 + Оо+3 +2 ) _ RT 1п

‘ 4 Ре+2:Ре+2:0 2 Ре+2:Ре+3:0 2 Ре+3:Ре+2:0 2 ‘

‘ о УРе+3 УРе+2 ‘ о

Уг +2 ■ У„ +3 V Ре Ре /

(19)

В условиях повышенных температур и высоких значений потенциала кислорода для магнетита характерно отклонение от стехиометрии, что может быть учтено добавлением избытка Ре+3 в октаэдрические позиции соответствующего числа вакансий для поддержания электронейтральности. Измененная структура будет иметь вид (Ре+2, Ре+3^ (Ре+2, Ре+3,Уа)2(0-2)4. Если обозначить концентрацию вакансий уУа, такую структуру можно описать как Ре3-504, где 5=2уУа. На рис. 3 расчет нестехиометрического магнетита проведен по уравнению, полученному обработкой экспериментальных данных [20]. Другие шпинельные структуры считались стехиометрическими.

Оксидные фазы (Ме203). Общее название — корунд. Структура корунда моделируется тремя подрешетками (Ме+2,Ме+3)2(Ме+3,Уа)1(0-2)3. О^+3у 2 определяет величину Оо чистого полуторного оксида Ме203.

Обозначив концентрации компонентов у’ первой подрешетки и у» — второй, уравнение для энергии Гиббса гомогенной фазы будет иметь вид:

От _ УМе+2 УМе+3 ОМе+2Ме+3:0-2 + УМе+3 УМе+3 ОМе+3Ме+3:0-2 + +У’ +2 УУаОо +2 2 + у’ +3 у»УаОо +3 2 +

Ме Уа Ме :Уа:0 -УМе+3’УУа Ме+3:Уа:0-2

уМе+2 + У’^П У’Ме+3) + ^ ^П УМе+3 + УУа 1П УУа ). (20)

На рис. оксидные фазы Ме203 рассчитаны без учета возможности отклонения от стехиометрии.

Заключение

На примере ряда систем Сг-0, Мп-0, Ре-0 и N1-0 описана методика термодинамического моделирования систем, включающих различные фазы переменного состава (металлический твёр-

дый и жидкий раствор, соединения с отклонениями от стехиометрии и др.). Представлены выражения для энергий Гиббса рассмотренных фаз. Построены фазовые диаграммы, а также температурные зависимости кислородного потенциала для изученных систем. Результаты расчёта сопоставлены с литературными экспериментальными данными. Представленная информация может быть использована для анализа более сложных систем, включая системы, имеющие значение для металлургии.

Работа осуществлена при финансовой поддержке РФФИ, грант № 13-08-00545.

Литература/References

1. Hillert.M, Staffanson L.J. The Regular Solution Model for Stoiohiometric Phases and Ionic Melts. Acta Chemica Scandinavica. 1970, vol. 24, no. 10, pp. 3618-3626.

2. Sundman B., Agren J. A Regular Solution Model for Phases with Several Components and Sub-lattices, Suitable for Computer Applications. J. Phys. Chem. Solids. 1981, vol. 42, pp. 297-301.

3. Hillert M., Jansson B., Sundman B., Agren J. A. Two-Sublattice Model for Molten Solutions with Different Tendency for Ionization. Metallurgical Transactions A. 1985, vol. 16A, no. 2, pp. 261266.

4. Sundman B. Modification of the Two-Sublattice Model for Liquids. CALPHAD. 1991, vol. 15, no. 2, pp. 109-119.

5. Barry T.I., Dinsdale A.T., Gisby J.A., Hallstedt B., Hillert M., Jansson B., Sundman B., Taylor J.R. The Compound Energy Model for Ionic Solutions with Applications to Solid Oxides. J. Phase Equilibria. 1992, vol.13, no. 5, pp. 459-475.

6. Povoden E., Grundy A. N., Gauckler L. J. Thermodynamic Reassessment of the Cr-O System in the Framework of Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) Research. J. Phase Equilibria and Diffusion. 2006, vol. 27, no. 4, pp. 353-362.

7. Taylor J.R., Dinsdale A.T. A Thermodynamic Assessment of the Cr-Fe-O System. Z. Metallkunde. 1993, vol. 84, no. 5, pp. 335-345.

8. Kjellqvist L., Selleby M., Sundman B. Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry. 2008, no.32, pp. 577-592.

9. Wang M., Sundman B. Thermodynamic Assessment of the Mn-O System. Metallurgical Transaction B. 1992, vol. 23B, no. 12, pp. 821-831.

10. Grundy A.N., Hallstedt B., Gauckler L.J. Assessment of the Mn-O System. J. Phase Equilibria. 2003, vol. 24, no. 1, pp. 21-31.

11. Kjellqvist L., Selleby M. Thermodynamic Assessment of the Fe-Mn-O System. J. Phase Equilibria and Diffusion. 2010, vol. 31, no. 2, pp. 113-134.

12. Sundman B. As Assessment of the Fe-O System. J. Phase Equilibria. 1991, vol. 12, no 1. pp. 127-140.

13. Taylor J.R., Dinsdale A.T. A Thermodynamic Assessment of the Ni-O, Cr-O and Cr-Ni-O Systems Using the Ionic Liquid and Compound Energy Models. Z. Metallkunde. 1990, bd. 81, h. 5, s. 335-345.

14. Toker N.Y., Darken L.S.,. Muan A. Equilibrium Phase Relations and Thermodynamics of the Cr-O System in the Temperature Range of 1500 °C to 1825 °C. Metall. Trans. B. 1991, 22(2), pp. 225232.

15. Tromel G, Fix W., Koch K., Schaberg F. The Phase Diagram of the Manganese-Oxygen System. Erzmetall. 1976, 29, pp. 234-237 (in German).

16. Schmahl N.G., Hennings D.F.K. The Phase Diagram of the Mn3O4-MnO System and Its Pressures of Dissociation. Arch. Eisenhuttenwes., 1969, 40, pp. 395-399 (in German).

17. Keller M., Dieckmann R. Defect Structure and Transport Properties of Manganese Oxides: (I) The Nonstoichiometry of Manganosite (Mn1-5O). Ber. Bunsenges. Phys. Chem, 1985, 89, pp. 883-93.

18. O’Neill H.S., Pownceby M.I. Thermodynamic Data From Redox Reactions at High Temperatures. II. The MnO-Mn3O4 Oxygen Buffer and Implications for the Thermodynamic Properties of MnO and Mn2O3. Contrib.Mineral. Petrol, 1993, 114, pp. 315-20.

19. Wriedt H.A. The Fe-O (Iron-Oxygen) System. J. Phase Equilibria, 1991, vol. 12, no. 2, pp. 170-200.

20. Dieckmann R. Defects and Cation Diffusion in Magnetite (IV): Nonstoichiometry and Point Defect Structure of Magnetite (Fe3-5O4). Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 1982, 86, pp. 112-118.

21. Darken L.S., Gurry R.W. The System iron-oxygen. 1. The wustite field and equilibria. J. Amer. Soc., 1945, vol. 67, pp. 1398-1412.

22. Darken L.S., Gurry R.W. The System iron-oxygen. 2. Equilibrium and thermodynamics of liquid oxide and other phases. J. Amer. Soc, 1946, vol. 68, pp. 798-816.

23. Vallet P., Raccah P. On the Studies of Thermodynamic Properties of Ferrous (in French). Mem. Sci. Rev. Metall, 1965, vol. 62, pp. 1-29.

24. Лыкасов А.А., Карел К., Мень А.Н., Варшавский М.Т., Михайлов Г.Г. Физико-химические свойства вюстита и его растворов. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1987. 230 с. [Lykasov A.A., Karel K., Men’ A.N., Varshavskij M.T., Mikhajlov G.G. Fiziko-himicheskie svojstva vjustita i ego rastvorov (Physicochemical Properties of Wustite and its Solutions). Sverdlovsk: UNC AN SSSR, 1987. 230 p.]

25. G. G. Charette, S. N. Flengas Thermodynamic Properties of the Oxides of Fe, Ni, Pb, Cu, and Mn, by EMF Measurements. J. Electrochem. Soc, 1968, vol. 115, no. 8, pp. 796-804.

Леонович Борис Иванович — кандидат технических наук, доцент. E-mail: [email protected]

Трофимов Евгений Алексеевич — доктор химических наук, доцент кафедры общей металлургии, Южно-Уральский государственный университет, филиал в г. Златоусте. 456209, г. Златоуст, ул. Тургенева, 16. E-mail: [email protected]

Дильдин Андрей Николаевич — кандидат технических наук, доцент кафедры общей металлургии, Южно-Уральский государственный университет, филиал в г. Златоусте. 456209, г. Златоуст, ул. Тургенева, 16. E-mail: [email protected]

Поступила в редакцию 2 декабря 2014 г.

Bulletin of the South Ural State University

Series «Chemistry»

_2015, vol. 7, no. 1, pp. 30-37

THERMODYNAMIC ANALYSIS OF THE METAL — OXYGEN SYSTEMS

B.I. Leonovich, Zlatoust, Russian Federation, [email protected]

E.A. Trofimov, Zlatoust branch of the South Ural State University, Zlatoust, Russian Federation, [email protected]

A.N. Dil’din, Zlatoust branch of the South Ural State University, Zlatoust, Russian Federation, [email protected]

The method of thermodynamic modeling of systems involving phases of variable composition (solid metal and liquid solution, compounds with deviations from stoichi-ometry) is described. This method is demonstrated on the example of the metal — oxygen systems (Cr-O, Mn-O, Fe-O and Ni-O). The technique relies on the use of the sublattice model and the polynomial Redlich-Kister model. The approaches for thermodynamic description of liquid and solid oxygen solutions in a metal, as well as oxides of different composition and structural type (MeO, Me3O4 and Me2O3) are demonstrated. Expressions for the Gibbs energies of phases are presented. The phase diagrams of four systems, based on the described techniques, have been created, as well as the temperature dependences of the oxygen potential for the studied systems. The results of calculations are compared to experimental data. The provided information can be used in order to analyze the more complex systems, including those important in industry.

Keywords: phase diagram, thermodynamic modeling, the metal-oxygen systems, iron, chromium, manganese, nickel.

Received 2 December 2014

Щелочные металлы. Химия щелочных металлов и их соединений

Щелочные металлы

1. Положение в периодической системе химических элементов
2. Электронное строение и закономерности изменения свойств
3. Физические свойства
4. Нахождение в природе
5. Способы получения
6. Качественные реакции
7. Химические свойства
7.1. Взаимодействие с простыми веществами
7.1.1. Взаимодействие с галогенами
7.1.2. Взаимодействие с серой и фосфором
7.1.3. Взаимодействие с водородом
7.1.4. Взаимодействие с азотом
7.1.5. Взаимодействие с углеродом
7.1.6. Горение
7.2. Взаимодействие со сложными веществами
7.2.1. Взаимодействие с водой
7.2.2. Взаимодействие с минеральными кислотами
7.2.3. Взаимодействие с серной кислотой
7.2.4. Взаимодействие с азотной кислотой
7.2.5. Взаимодействие со слабыми кислотами
7.2.6. Взаимодействие с солями

Оксиды щелочных металлов
 1. Способы получения
 2. Химические свойства
2.1. Взаимодействие с кислотными и амфотерными оксидами
2.2. Взаимодействие с кислотами
2.3. Взаимодействие с водой
2.4. Взаимодействие с кислотами

Пероксиды щелочных металлов
 1. Химические свойства
1.1. Взаимодействие с водой
1.2. Взаимодействие с кислотными и амфотерными оксидами
1.3. Взаимодействие с кислотами
1.4. Разложение
1.5. Взаимодействие с восстановителями
1.6. Взаимодействие с окислителями

Гидроксиды щелочных металлов (щелочи)
 1. Способы получения
 2. Химические свойства
2.1. Взаимодействие щелочей с кислотами
2.2. Взаимодействие щелочей с кислотными оксидами
2.3. Взаимодействие щелочей с амфотерными оксидами и гидроксидами
2.4. Взаимодействие щелочей с кислыми солями
2.5. Взаимодействие щелочей с неметаллами
2.6. Взаимодействие щелочей с металлами
2.7. Взаимодействие щелочей с солями
2.8. Разложение щелочей
2.9. Диссоциация щелочей
2.10. Электролиз щелочей

Соли щелочных металлов 

Щелочные металлы

Положение в периодической системе химических элементов

Щелочные металлы расположены в главной подгруппе первой группы периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева (или просто в 1 группе в длиннопериодной форме ПСХЭ). Это литий Li, натрий Na, калий K, цезий Cs, рубидий Rb и франций Fr.

Электронное строение щелочных металлов и основные свойства 

Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня щелочных металлов: ns¹, на внешнем энергетическом уровне находится 1 s-электрон. Следовательно, типичная степень окисления щелочных металлов в соединениях +1.

Рассмотрим некоторые закономерности изменения свойств щелочных металлов.

В ряду Li-Na-K-Rb-Cs-Fr, в соответствии с Периодическим законом, увеличивается атомный радиус, усиливаются металлические свойства, ослабевают неметаллические свойства, уменьшается электроотрица-тельность.

Физические свойства 

Все щелочные металлы — вещества мягкие, серебристого цвета. Свежесрезанная поверхность их обладает характерным блеском.

Кристаллическая решетка щелочных металлов в твёрдом состоянии — металлическая. Следовательно, щелочные металлы обладают высокой тепло- и электропроводимостью. Кипят и плавятся при низких температурах. Они имеют также небольшую плотность.

Нахождение в природе

Как правило, щелочные металлы в природе присутствуют в виде минеральных солей: хлоридов, бромидов, йодидов, карбонатов, нитратов и др. Основные минералы, в которых присутствуют щелочные металлы:

Поваренная соль, каменная соль, галит — NaCl — хлорид натрия

Сильвин KCl — хлорид калия

Сильвинит NaCl · KCl

Глауберова соль Na₂SO_4⋅10Н₂О – декагидрат сульфата натрия

Едкое кали KOH — гидроксид калия

Поташ K₂CO₃ – карбонат калия

Поллуцит — алюмосиликат сложного состава с высоким содержанием цезия:

Способы получения 

Литий получают в промышленности электролизом расплава хлорида лития в смеси с KCl или BaCl₂ (эти соли служат для понижения температуры плавления смеси):

2LiCl = 2Li + Cl₂

Натрий получают электролизом расплава хлорида натрия с добавками хлорида кальция:

2NaCl _{(расплав)} → 2Na + Cl₂

Электролитом обычно служит смесь NaCl с NaF и КСl (что позволяет проводить процесс при 610–650°С).

Калий получают также электролизом расплавов солей или расплава гидроксида калия. Также распространены методы термохимического восстановления: восстановление калия из расплавов хлоридов или гидроксидов. В качестве восстановителей используют пары натрия, карбид кальция, алюминий, кремний:

KCl + Na = K↑ + NaCl

KOH + Na = K↑ + NaOH

Цезий можно получить  нагреванием смеси хлорида цезия и специально подготовленного кальция:

Са + 2CsCl → 2Cs + CaCl₂

В промышленности используют преимущественно физико-химические методы выделения чистого цезия: многократную ректификацию в вакууме.

Качественные реакции

Качественная реакция на щелочные металлы — окрашивание пламени солями щелочных металлов.

Цвет пламени:
Li — карминно-красный
Na — жѐлтый
K — фиолетовый
Rb — буро-красный
Cs — фиолетово-красный

Химические свойства

1. Щелочные металлы — сильные восстановители. Поэтому они реагируют почти со всеми неметаллами.

1.1. Щелочные металлы легко реагируют с галогенами с образованием галогенидов:

2K  +  I₂  =  2KI

1.2. Щелочные металлы реагируют с серой с образованием сульфидов:

2Na  +  S  =  Na₂S

1.3. Щелочные металлы активно реагируют с фосфором и водородом (очень активно). При этом образуются бинарные соединения — фосфиды и гидриды:

3K    +    P    =   K₃P

2Na  +  H₂  =  2NaH

1.4. С азотом литий реагирует при комнатной температуре с образованием нитрида:

6Li   +  N₂  =  2Li₃N

Остальные щелочные металлы реагируют с азотом при нагревании.

1.5. Щелочные металлы реагируют с углеродом с образованием карбидов, преимущественно ацетиленидов:

2Na   +   2C    =    Na₂C₂

1.6. При взаимодействии с кислородом каждый щелочной металл проявляет свою индивидуальность: при горении на воздухе литий образует оксид, натрий – преимущественно пероксид, калий и остальные металлы – надпероксид.

4Li   +   O₂   =   2Li₂O

2Na  +  O₂  =  Na₂O₂

K   +   O₂   =   KO₂

Цезий самовозгорается на воздухе, поэтому его хранят в запаянных ампулах. Видеоопыт самовозгорания цезия на воздухе можно посмотреть здесь.

2. Щелочные металлы активно взаимодействуют со сложными веществами:

2.1. Щелочные металлы бурно (со взрывом) реагируют с водой. Взаимодействие щелочных металлов с водой приводит к образованию щелочи и водорода. Литий реагирует бурно, но без взрыва.

Например, калий реагирует с водой очень бурно:

2K⁰ + H₂⁺O = 2K⁺OH + H₂⁰

Видеоопыт: взаимодействие щелочных металлов с водой можно посмотреть здесь.

2.2. Щелочные металлы взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой) со взрывом. При этом образуются соль и водород.

Например, натрий бурно реагирует с соляной кислотой:

2Na  +  2HCl  =  2NaCl  +  H₂↑

2.3. При взаимодействии щелочных металлов с концентрированной серной кислотой выделяется сероводород.

Например, при взаимодействии натрия с концентрированной серной кислотой образуется сульфат натрия, сероводород и вода:

8Na  +  5H₂SO_4(конц.)  → 4Na₂SO₄  +  H₂S  +  4H₂O

2.4. Щелочные металлы реагируют с азотной кислотой. При взаимодействии с концентрированной азотной кислотой образуется оксид азота (I):

8Na + 10HNO_{3 (конц)} → N₂O + 8NaNO₃ + 5H₂O

С разбавленной азотной кислотой образуется молекулярный азот:

10Na + 12HNO_{3 (разб)}→ N₂ +10NaNO₃ + 6H₂O

При взаимодействии щелочных металлов с очень разбавленной азотной кислотой образуется нитрат аммония:

8Na  +  10HNO₃  =  8NaNO₃  +  NH₄NO₃  +  3H₂O

2.5. Щелочные металлы могут реагировать даже с веществами, которые проявляют очень слабые кислотные свойства. Например, с аммиаком, ацетиленом (и прочими терминальными алкинами), спиртами, фенолом и органическими кислотами.

Например, при взаимодействии лития с аммиаком образуются амиды и водород:

2Li + 2NH₃ = 2LiNH₂ + H₂ ↑

 Ацетилен с натрием образует ацетиленид натрия и также водород:

Н ─ C ≡ С ─ Н + 2Na  →  Na ─ C≡C ─ Na + H₂

 Фенол с натрием реагирет с образованием фенолята натрия и водорода:

2C₆H₅OH  +  2Na  →  2C₆H₅ONa   +  H₂↑

Метанол с натрием образуют метилат натрия и водород:

2СН₃ОН   +  2Na   →   2 CH₃ONa   +  H₂↑

 Уксусная кислота с литием образует ацетат лития и водород:

2СH₃COOH    +   2Li     →  2CH₃COOOLi    +   H₂↑

Щелочные металлы реагируют с галогеналканами (реакция Вюрца).

Например, хлорметан с натрием образует этан и хлорид натрия:

2CH₃Cl + 2Na   →  C₂H₆ + 2NaCl

2.6. В расплаве щелочные металлы могут взаимодействовать с некоторыми солями. Обратите внимание! В растворе щелочные металлы будут взаимодействовать с водой, а не с солями других металлов.

Например, натрий взаимодействует в расплаве с хлоридом алюминия :

3Na + AlCl₃ → 3NaCl + Al

Оксиды щелочных металлов

Способы получения

Оксиды щелочных металлов (кроме лития) можно получить только косвенными методами: взаимодействием натрия с окислителями в расплаве:

1. Оксид натрия можно получить взаимодействием натрия с нитратом натрия в расплаве:

10Na  +  2NaNO₃ →  6Na₂O  +  N₂ ↑

2. Взаимодействием натрия с пероксидом натрия:

2Na  +  Na₂O₂ →  2Na₂O

 3. Взаимодействием натрия с расплавом щелочи:

2Na  +  2NaOН → 2Na₂O  +  Н₂↑

4. Оксид лития можно получить разложением гидроксида лития:

2LiOН → Li₂O  +  Н₂O

Химические свойства

Оксиды щелочных металлов — типичные основные оксиды. Вступают в реакции с кислотными и амфотерными оксидами, кислотами, водой.

1. Оксиды щелочных металлов взаимодействуют с кислотными и амфотерными оксидами:

Например, оксид натрия взаимодействует с оксидом фосфора (V):

3Na₂O  +  P₂O₅  → 2Na₃PO₄

Оксид лития взаимодейсвует с амфотерным оксидом алюминия:

Na₂O  +  Al₂O₃  → 2NaAlO₂

2. Оксиды щелочных металлов взаимодействуют с кислотами с образованием средних и кислых солей (с многоосновными кислотами).

Например, оксид калия взаимодействует с соляной кислотой с образованием хлорида калия и воды:

K₂O  +  2HCl →  2KCl  +  H₂O

3. Оксиды щелочных металлов активно взаимодействуют с водой с образованием щелочей.

Например, оксид лития взаимодействует с водой с образованием гидроксида лития:

Li₂O  +  H₂O →  2LiOH

4. Оксиды щелочных металлов окисляются кислородом (кроме оксида лития): оксид натрия — до пероксида, оксиды калия, рубидия и цезия – до надпероксида.

2Na₂O + O₂ = 2Na₂O₂

Пероксиды щелочных металлов

Химические свойства

Свойства пероксидов очень похожи на свойства оксидов. Однако пероксиды щелочных металлов, в отличие от оксидов, содержат атомы кислорода со степенью окисления -1. Поэтому они могут могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.

1. Пероксиды щелочных металлов взаимодействуют с водой. При этом на холоде протекает обменная реакция, образуются щелочь и пероксид водорода:

Na₂O₂   +  2H₂O (хол.)  =  2NaOH  +   H₂O₂

При нагревании пероксиды диспропорционируют в воде, образуются щелочь и кислород:

2Na₂O₂  +  2H₂O (гор.)  =  4NaOH  +   O₂↑

2. Пероксиды диспропорционируют при взаимодействии с кислотными оксидами.

Например, пероксид натрия реагирует с углекислым газом с образовани-ем карбоната натрия и кислорода:

2Na₂O₂  +  CO₂  =  2Na₂CO₃  + O₂↑

3. При взаимодействии с минеральными кислотами на холоде пероксиды вступают в обменную реакцию. При этом образуются соль и перекись водорода:

Na₂O₂   +  2HCl   =   2NaCl  +   H₂O₂

При нагревании пероксиды, опять-таки, диспропорционируют:

2Na₂O₂    +  2H₂SO_{4 (разб.гор.)}  =  2Na₂SO₄  +  2H₂O  +  O₂↑

4. Пероксиды щелочных металлов разлагаются при нагревании, с образованием оксида и кислорода:

2Na₂O₂  =  2Na₂O   +  O₂↑

5. При взаимодействии с восстановителями пероксиды проявляют окис-лительные свойства.

Например, пероксид натрия с угарным газом реагирует с образованием карбоната натрия:

Na₂O₂  +  CO  =  Na₂CO₃

Пероксид натрия с сернистым газом также вступает в ОВР с образовани-ем сульфата натрия:

Na₂O₂  +  SO₂  =  Na₂SO₄

 2Na₂O₂   +  S   =  Na₂SO₃  +  Na₂O

Na₂O₂    +   2H₂SO₄   +  2NaI   =  I₂  +  2Na₂SO₄  +   2H₂O

Na₂O₂   +  2H₂SO₄   +  2FeSO₄ =  Fe₂(SO₄)₃  +  Na₂SO₄  +   2H₂O

3Na₂O₂  +  2Na₃[Cr(OH)₆]   =  2Na₂CrO₄  +  8NaOH  +  2H₂O

6. При взаимодействии с сильными окислителями пероксиды проявляют свойства восстановителей и окисляются, как правило, до молекулярного кислорода.

Например, при взаимодействии с подкисленным раствором пермангана-та калия пероксид натрия образует соль и молекулярный кислород:

5Na₂O₂   +  8H₂SO₄   +  2KMnO₄   =  5O₂  +  2MnSO₄  +  8H₂O  +  5Na₂SO₄  +   K₂SO₄

 

Гидроксиды щелочных металлов (щелочи)

Способы получения

1. Щелочи получают электролизом растворов хлоридов щелочных метал-лов:

2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂ + Cl₂

2. При взаимодействии щелочных металлов, их оксидов, пероксидов, гидридов и некоторых других бинарных соединений с водой также образуются щелочи.

Например, натрий, оксид натрия, гидрид натрия и пероксид натрия при растворении в воде образуют щелочи:

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

Na₂O + H₂O → 2NaOH

2NaH + 2H₂O → 2NaOH + H₂

Na₂O₂ + H₂O → 2NaOH + H₂O₂

3. Некоторые соли щелочных металлов (карбонаты, сульфаты и др.) при взаимодействии с гидроксидами кальция и бария также образуют щелочи.

Например, карбонат калия с гидроксидом кальция образует карбонат кальция и гидроксид калия:

K₂CO₃ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + 2KOH

Химические свойства

1. Гидроксиды щелочных металлов реагируют со всеми кислотами (и сильными, и слабыми, и растворимыми, и нерастворимыми). При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов.

Например, гидроксид калия с фосфорной кислотой реагирует с образованием фосфатов, гидрофосфатов или дигидрофосфатов:

3KOH + H₃PO₄ → K₃PO₄ + H₂O

2KOH + H₃PO₄ → K₂HPO₄ + 2H₂O

KOH + H₃PO₄ → KH₂PO₄ + H₂O

2. Гидроксиды щелочных металлов реагируют с кислотными оксидами. При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов.

Например, гидроксид натрия  с углекислым газом реагирует с образова-нием карбонатов или гидрокарбонатов:

2NaOH_{(избыток)}  + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O

NaOH + CO_{2(избыток)}  → NaHCO₃

Необычно ведет себя оксид азота (IV) при взаимодействии с щелочами. Дело в том, что этому оксиду соответствуют две кислоты — азотная (HNO₃) и азотистая (HNO₂). «Своей» одной кислоты у него нет. Поэтому при взаимодействии оксида азота (IV) с щелочами образуются две соли- нитрит и нитрат:

2NO₂  +  2NaOH  =  NaNO₃ + NaNO₂  +  H₂O

А вот в присутствии окислителя, например, молекулярного кислорода, образуется только одна соль — нитрат, т.к. азот +4 только повышает степень окисления:

2KOH  +  2NO₂  +  O₂  =  2KNO₃  +  H₂O

3. Гидроксиды щелочных металлов реагируют с амфотерными оксидами и гидроксидами. При этом в расплаве образуются средние соли, а в растворе комплексные соли.

Например, гидроксид натрия  с оксидом алюминия реагирует в расплаве с образованием алюминатов:

2NaOH + Al₂O₃  → 2NaAlO₂ + H₂O

в растворе образуется комплексная соль — тетрагидроксоалюминат:

2NaOH + Al₂O₃ + 3H₂O → 2Na[Al(OH)₄]

Еще пример: гидроксид натрия с гидроксидом алюминия в расплаве образут также комплексную соль:

NaOH + Al(OH)₃ → Na[Al(OH)₄]

4. Щелочи также взаимодействуют с кислыми солями. При этом образуются средние соли, или менее кислые соли.

Например: гидроксид калия  реагирует с гидрокарбонатом калия с образованием карбоната калия:

KOH + KHCO₃ →  K₂CO₃  +  H₂O

5. Щелочи взаимодействуют с простыми веществами-неметаллами (кроме инертных газов, азота, кислорода, водорода и углерода).

При этом кремний окисляется щелочами до силиката и водорода:

2NaOH + Si + H₂O → Na₂SiO₃ + H₂

Фтор окисляет щелочи. При этом выделяется молекулярный кислород:

4NaOH + 2F₂ → 4NaF + O₂ (OF₂)+ 2H₂O

Другие галогены, сера и фосфор — диспропорционируют в щелочах:

3KOH +  P₄ +  3H₂O =  3KH₂PO₂  +  PH₃↑

2KOH_{(холодный)}  +  Cl₂  = KClO  +  KCl  +  H₂O

6KOH_{(горячий)}  +  3Cl₂  =  KClO₃  +  5KCl  +  3H₂O

Сера взаимодействует с щелочами только при нагревании:

6NaOH  +  3S  =  2Na₂S   +  Na₂SO₃  +  3H₂O

6. Щелочи взаимодействуют с амфотерными металлами, кроме железа и хрома. При этом в расплаве образуются соль и водород:

2KOH + Zn → K₂ZnO₂ + H₂

В растворе образуются комплексная соль и водород:

2NaOH + 2Al  + 6Н₂О = 2Na[Al(OH)₄] + 3Н₂

7. Гидроксиды щелочных металлов вступают в обменные реакции с растворимыми солями.

С щелочами взаимодействуют соли тяжелых металлов.

Например, хлорид меди (II) реагирует с гидроксидом натрия с образованием хлорида натрия и осадка гидроксида меди (II):

2NaOH + CuCl₂ = Cu(OH)₂↓+ 2NaCl

Также с щелочами взаимодействуют соли аммония.

Например, при взаимодействии хлорида аммония и гидроксида натрия образуются хлорид натрия, аммиак и вода:

NH₄Cl + NaOH = NH₃ + H₂O + NaCl

8. Гидроксиды всех щелочных металлов плавятся без разложения, гидроксид лития разлагается при нагревании до температуры 600°С:

2LiOH → Li₂O + H₂O

9. Все гидроксиды щелочных металлов проявляют свойства сильных оснований. В воде практически нацело диссоциируют, образуя щелочную среду и меняя окраску индикаторов.

NaOH ↔ Na⁺ + OH^—

10. Гидроксиды щелочных металлов в расплаве подвергаются электролизу. При этом на катоде восстанавливаются сами металлы, а на аноде выделяется молекулярный кислород:

4NaOH → 4Na + O₂ + 2H₂O

Соли щелочных металлов 

Нитраты и нитриты щелочных металлов

Нитраты щелочных металлов при нагревании разлагаются на нитриты и кислород. Исключение — нитрат лития. Он разлагается на оксид лития, оксид азота (IV)  и кислород.

Например, нитрат натрия разлагается при нагревании на нитрит натрия и молекулярный кислород:

2NaNO₃  → 2NaNO₂  +  O₂ 

Нитраты щелочных металлов в реакциях могут выступать в качестве окислителей.

Нитриты щелочных металлов могут быть окислителями или восстановителями.

В щелочной среде нитраты и нитриты — очень мощные окислители.

Например, нитрат натрия с цинком в щелочной среде восстанавливается до аммиака:

NaNO₃  +  4Zn  +  7NaOH  +  6H₂O  =  4Na₂[Zn(OH)₄]  +  NH₃↑

Сильные окислители окисляют нитриты до нитратов.

Например, перманганат калия в кислой среде окисляет нитрит натрия до нитрата натрия:

5NaNO₂  +  2KMnO₄  +  3H₂SO₄  =  5NaNO₃  +  2MnSO₄  +  K₂SO₄  +  3H₂O 

Кислород металлов — Большая химическая энциклопедия

B1.29.6 ФОРМЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ИЗВЕСТНЫХ ИЛИ ПОЛЕЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ АЛМАЗ, ЖИДКИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ВОДОРОД, МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ КИСЛОРОД, ИОННЫЙ ДИОКСИД УГЛЕРОДА, НИТРИД ГАЛИЯ … [Pg.1959]

Предположение Шеннона и Превитта на основе их эффективных ионных радиусов Радиус (CN 6) составляет 140 мкм, а радиус (CN 6) — 133 мкм. Также во внимание принимаются координационное число (CN) и электронное спиновое состояние (HS и LS, высокоспиновый и низкоспиновый) ионов переходных металлов первого ряда.Эти радиусы являются эмпирическими и включают эффекты ковалентности в конкретных связях металл-кислород или металл-фтор. Ионные радиусы более старых кристаллов были основаны на радиусе (CN 6), равном 119 пм, эти радиусы на 14-18 процентов больше, чем эффективные ионные радиусы. [Стр.310]

Щелочной топливный элемент. Электролит, в частности щелочной топливный элемент, представляет собой концентрированный (85 мас.%) КОН, в том числе топливные элементы, которые работают при высокой (- 250 ° C) температуре, или менее концентрированный (35-50 мас.%) КОН для более низких (температурных режимов работы). удерживается, в том числе, в матрице из асбеста (qv) или другого оксида металла, и можно использовать широкий спектр электрокатализаторов, например, Ni, Ag, оксиды металлов, спиаели и благородные металлы.Кинетика восстановления кислорода является более быстрой, в том числе с щелочными электролитами, чем с кислотными электролитами, и возможно использование электрокатализаторов из неблагородных металлов, например, AFC. Однако существенным недостатком AFC является то, что щелочные электролиты, например NaOH, KOH, не отталкивают CO2. Следовательно, на момент написания этой статьи AFC ограничены специализированными приложениями, в которых используются не содержащие CO 2 h3 и O2. [Pg.579]

Фосфаты третичных металлов имеют общую формулу MPO, где M представляет собой B, Al, Ga, Fe, Mn и т. Д.Связи металл-кислород в этих материалах имеют значительный ковалентный характер. Безводные соли представляют собой непрерывные трехмерные сети, аналогичные различным полиморфным формам siHca. Ограниченный коммерческий интерес представляют фосфаты алюминия, бора и железа. Фосфат бора [13308-51-5] BPO получают путем нагревания продукта реакции борной кислоты и фосфорной кислоты или путем превращения H BO в H PO при комнатной температуре, в результате кристаллизации из раствора, содержащего> 48% P2O5-бор. фосфат имеет ограниченное применение в качестве носителя катализатора, в керамике и огнеупорах.[Pg.335]

Серебро Sohd более проницаемо для кислорода, чем любой другой металл. Кислород свободно движется внутри металлической серебряной решетки, не покидая поверхности, пока два атома кислорода не соединятся с образованием Og. Это происходит при -300 ° C. Ниже этой температуры серебро является эффективным катализатором газообразных окислительных химических реакций. Серебро также является чрезвычайно эффективным катализатором для очистки воды от окисления. [Стр.82]

Можно ожидать, что данные по проводимости шин для керамических оксидов будут следовать тем же тенденциям, что и для полупроводников, т.е.е. чем более ионна связь металл-кислород, тем больше оксиды ведут себя как изоляторы или твердые электролиты, имеющие большую запрещенную зону между валентными электронами и дырками, и … [Pg.158]

Помимо этих внутренних свойств, Внешние эффекты могут быть получены во многих оксидах путем изменения соотношения металл / кислород в матрице посредством управления кислородным потенциалом атмосферы. Вклад p-типа увеличивается при увеличении давления кислорода в матрице и вклад n-типа увеличивается при уменьшении давления кислорода в матрице.Зависимость вкладов drese от давления обычно можно описать простой степенной зависимостью dins … [Pg.160]

Восстановление кетона гидридом металла включает образование двух связей, связывающих углерод карбонильной группы с гидридом. и образование кислородной связи металла (4). [Стр.66]

Не многие синтезы фталоцианинов начинаются с фталимидов. Это может быть связано с кислородом, который они содержат, поскольку при повышенных температурах связи металл-кислород могут образовываться с множеством металлов во время синтеза.[Pg.746]

Относительные различия между потенциалами ионизации S 2p3 / 2 и O 1 s показывают характерное разделение связанных с кислородом и связанных серой сульфоксидов. В таблице 20 ясно показано, что связанные с серой комплексы имеют (O 1 s-S 2p3 / 2) относительные сдвиги 365,0 эВ, в то время как комплексы, связанные с кислородом, имеют относительные сдвиги 365,8 эВ. Результаты инфракрасной и рентгеновской кристаллографии также показывают, что большинство нейтральных диалкилсульфоксидных комплексов платины и палладия содержат связи металл-сера, а не металл-кислород, в то время как переходные металлы первого ряда предпочитают сульфоксид, связанный с кислородом.[Pg.571]

B. Paul, Modelisation de la catze de polyesterification en masse par les complication metal-oxygene, Эти de l Universite P. et M. Curie, Paris, 1998. [Pg.127]

Второе расположение атомов металла с u = — 0,030 таково, что удовлетворительные межатомные расстояния достигаются только тогда, когда атомы кислорода находятся в общем положении с a -, / =, и тогда каждый атом кислорода находится на расстоянии около 2 A от четыре атома металла, если предположить, что эти четыре расстояния металл-кислород равны, параметры оказываются равными… [Pg.535]

Вероятно, что различные расстояния металл-кислород не совсем равны, но показывают вариации, возможно, на zb 0,05 A. Соответственно можно предположить, что предсказанные значения параметров имеют точность только примерно zb 0,005. [Pg.535]

Чтобы избежать этого фазового перехода, диоксид циркония стабилизируется в кубической фазе путем добавления небольшого количества двухвалентного или трехвалентного оксида кубической симметрии, такого как MgO, CaO или Y2O3. Добавочный катион оксида проникает в кристаллическую решетку и увеличивает ионный характер связей металл-кислород.Кубическая фаза не является термодинамически стабильной при температурах ниже примерно 1400 ° C для добавок MgO, 1140 ° C для добавок CaO и ниже 750 ° C для добавок Y2O3. Однако скорости диффузии катионов настолько низки при температурах Xhtstsubsolidus, что кубическая фаза может быть легко заморожена и сохранена в виде метастабильной фазы. Цирконий коммерчески наносится с помощью термического распыления. Он также легко производится методом CVD, в основном на экспериментальной основе. Его характеристики и свойства приведены в таблице 11.8. [Pg.311]

Некоторые неорганические молекулы, содержащие связи металл-кислород, обладают необычными свойствами (Схема 11). В дисилоксане углы между одинарными связями Si-O-Si шире, чем в простых эфирах. Валентный угол составляет 144,1 ° для HjSi-O-SiHj [127] и 111,5 ° для h4C-O-Ch4 [128]. Расстояние связи Si-Si в трехчленном … [Pg.309]

---

.

Кислород, активированный металлами — Большая химическая энциклопедия

Бакак А. Кинетические и механистические исследования реакций кислорода, активированного переходными металлами, с неорганическими субстратами. Coord. Chem. Ред. 2006, 250, 2046-2058. [Стр.180]

В свете этой преамбулы будут рассмотрены прецеденты для трех различных возможных режимов реакции активированного металлами кислорода. [Стр.198]

Однако из-за высокотемпературной природы этого класса пероксидов (10-часовой период полураспада 133–172 ° C) и их чрезвычайной чувствительности к радикальному разложению и активации переходных металлов, гидропероксиды имеют очень ограниченное применение в качестве термических инициаторов.Связь кислород-водород в гидропероксидах слабая (368-377 кДж / моль (88,0-90,1 ккал / моль) БДЭ) и подвержена атаке радикалами с более высокой энергией … [Стр.227]

Коммерческий продукт представляет собой порошок содержащий минимум 96% Na2O2 и примерно 20% активного кислорода. Он производится в промышленных масштабах путем окисления расплавленного металла кислородом или воздухом, обогащенным кислородом. Доступны ранняя промышленная история (1) и детали производства (3). Натрий … [Стр.90]

Алкилгидропероксиды могут быть жидкими или твердыми.Те, что имеют низкую молекулярную массу, растворимы в воде и взрывоопасны в чистом виде. По мере увеличения молекулярной массы, т. Е. Когда содержание активного кислорода уменьшается, растворимость в воде и интенсивность разложения уменьшаются. Алкилгидропероксиды являются более сильными кислотами, чем соответствующие спирты, и имеют кислотность, аналогичную кислотам фенолов. Алкилгидропероксиды могут быть очищены с помощью их солей щелочных металлов (28). [Pg.103]

Когда система переходит из активного в пассивное состояние, начальное взаимодействие зависит от состава водной фазы. Было постулировано начальное хемосорбированное состояние на Fe, Cr и Ni, при котором адсорбированный кислород отводится от молекулы воды.Это имеет общие черты с упомянутым ранее взаимодействием металл / газообразный кислород. При увеличении анодного потенциала появляется отчетливый фазовый оксид или другое пленочное вещество толщиной 1-4 нм. Увеличение анодного потенциала может привести к последовательности … [Pg.28]

На самых ранних стадиях окисления оксидный слой является прерывистым, как кинетические, так и электронные микроскопические исследования показали, что окисление начинается с латерального расширения дискретных Направление массопереноса становится важным только после того, как они переплетаются.В большинстве случаев металл затем диффундирует через оксидный слой в форме катионов и электронов (катионная диффузия), или, как в случае с оксидами тяжелых металлов, кислород может диффундировать в виде ионов с потоком электронов в обратном направлении (анионная диффузия). ). Считается, что количество металлов, окисляющихся как за счет катионной, так и анионной диффузии, невелико, поскольку благоприятная энергия активации для одного иона обычно означает неблагоприятное значение для другого … [Pg.270]

Существует несколько доступных концевых окислителей. для катализируемого переходными металлами эпоксидирования олефинов (таблица 6.1). Типичными окислителями, совместимыми с большинством систем эпоксидирования на основе металлов, являются различные алкилгидропероксиды, гипохлорит или йодсилбензол. Проблема, связанная с этими окислителями, заключается в их низком содержании активного кислорода (Таблица 6.1), в то время как у этих окислителей есть и другие недостатки с точки зрения природы образующихся отходов. Таким образом, с экологической и экономической точки зрения предпочтительным окислителем должен быть молекулярный кислород из-за высокого содержания в нем активного кислорода и поскольку в качестве побочного продукта не образуются отходы (или только вода).Однако одним из основных ограничений использования молекулярного кислорода в качестве конечного окислителя для образования эпоксидов является низкая селективность продукта, получаемого в этих процессах [6]. Аэробное окисление часто трудно контролировать и иногда может привести к сгоранию или переокислению субстрата. В … [Pg.186]

Таблица 6.1 Окислители, используемые в эпоксидировании, катализируемом переходными металлами, и содержание в них активного кислорода.

Он настолько универсален, что его можно найти в сочетании с катодами из оксидов металлов (например,g., HgO, AgO, NiOOH, MnO2), с каталитически активными кислородными электродами и с инертными катодами, использующими водные растворы галогенидов или феррицианидов в качестве активных материалов («цинковые проточные» или «окислительно-восстановительные» батареи). Размеры элементов (батарей) варьируются от небольших кнопочных элементов для слуховых аппаратов или часов до модулей в киловатт-часах для электромобилей (электротяга). Первичные и аккумуляторные батареи существуют во всех категориях, за исключением проточных батарей, где встречаются только типы аккумуляторов. Также используются кислые, нейтральные и щелочные электролиты.(Упрощенная) полуэлементная реакция для цинкового электрода одинакова для всех электролитов … [Pg.199]

В водных условиях флавоноиды и их гликозиды также восстанавливают окислители, отличные от пероксильных радикалов, и могут играть роль в защите мембранные системы против прооксидантов, таких как ионы металлов и активированные формы кислорода в водной фазе. Константы скорости восстановления супероксид-аниона показывают, что флавоноиды более эффективны, чем водорастворимый аналог витамина Е тролокс (Jovanovic et al, 1994), см. Таблицу 16.1. [Pg.321]

Оксид цинка получают либо окислением металла в кислороде (непрямой, IP или французский процесс), либо прямым разложением цинковых руд на воздухе (прямой или американский процесс), либо термическим разложением солей цинка (оксид цинка TD). Оксиды цинка IP отличаются от оксидов цинка TD тем, что их поверхность не содержит абсорбированной воды. Кроме того, в то время как оксид цинка TD реагирует с простым эвгенолом, оксид цинка IP практически не вступает в реакцию, если не активирован уксусной добавкой или ускорителем ацетатом цинка (Таблица 9.2). [Pg.328]

Пассивация выглядит иначе в гальваностатических условиях (рис. 16.2b). Пассивное состояние будет достигнуто через определенное время t, когда к активному электроду приложен анодный ток, превышающий его. Поскольку ток фиксируется внешними условиями, потенциал электрода в этой точке претерпевает скачкообразное изменение от E до Ey, где начинается транспассивное растворение металла или выделение кислорода. Время пассивации t будет тем короче, чем выше значение i.Часто эти параметры взаимосвязаны, так как … [Pg.306]

Повреждение клеток и тканей может усилить токсичность активных форм кислорода за счет высвобождения внутриклеточных ионов переходных металлов (таких как железо) в окружающие ткани из мест хранения, декомпартментализованные белки гема или металлопротеины в результате взаимодействия с делокализованными протеазами или оксидантами. Такие делокализованные белки железа и гема обладают способностью разлагать пероксид до пероксильных и алкоксильных радикалов, усугубляя начальное поражение.[Стр.45]

Функция участка металла в кислородзависимых радикальных ферментах галактозоксидаза, аминоксидаза, рибонуклеотидредуктаза и цитохром с оксидаза заключается, среди прочего, в связывании 02 в их восстановленных формах и прохождении соответствующей окислительно-восстановительной химии, чтобы генерируют связанные с металлами активные формы кислорода переменной природы. [Стр.158]

---

.

Металл / кислородное вытеснение — Большая химическая энциклопедия

Азот вытесняет металл Фосфор вытесняет металл Кислород вытесняет металл Сера вытесняет металл Фтор вытесняет металл Хлор вытесняет металл Бром вытесняет металл Йод вытесняет металл … [Стр.2]

Искажение основного состояния (Таблица I) от нормальной октаэдрической геометрии, т. е. смещение центрального атома металла на величину до 0,34 A в сторону оксо от плоскости, образованной четырьмя цианоуглеродными атомами, в дальнейшем согласуется с этим рассуждением, указывая на более реакционноспособный комплекс с увеличенным длина связи металл-кислород.[Pg.98]

В некоторых случаях CFSE, достигаемая ионом переходного металла в правильном октаэдрическом узле, может быть увеличена, если координационный полиэдр искажен. Этот эффект потенциально очень важен для большинства силикатных минералов, поскольку их кристаллические структуры обычно содержат шестикоординированные участки, которые нарушены октаэдрической симметрией. Такие искажения частично ответственны за диапазоны расстояний металл-кислород, упомянутые ранее, ур. (6.6). Однако обратите внимание, что смещение катиона из центра правильного октаэдра, такого как сравнительно неискаженный координационный полиэдр ортопироксена Ml (рис.5.16), также вызывает неравенство расстояний металл-кислород. [Pg.263]

Полиэдрические (МО) строительные блоки практически всех полиоксоанионов связаны таким образом, что в результате каждый многогранник имеет одну или две (взаимно цис) неразделенные вершины. Атомы металлов смещены от центров своих координационных полиэдров к этим неподеленным вершинам. Эти смещения соответствуют образованию коротких кислородных концевых связей металла в результате донорства кислорода Pjt на вакантные d-орбитали металла.Такие концевые атомы кислорода, которые являются очень слабоосновными, образуют часть внешних поверхностей полиоксоанионов и эффективно предотвращают дальнейшую полимеризацию. Очень редко (около трех примеров … [Pg.3967]

Железо — активный металл, который легко вытесняет водород из разбавленных кислот. Он сгорает в кислороде с образованием оксида двухвалентного железа, FcgO. Этот оксид также образуется при взаимодействии с перегретым паром.Один из способов предотвращения ржавчины включает в себя создание прочного поверхностного слоя этого оксида на железе.[Pg.541]

Сообщалось также о селективном эпоксидировании олефинов алкилпероксокомплексами ванадия (V) (76). Эти комплексы являются очень эффективными стереоселективными реагентами для превращения олефинов в эпоксиды. Механизм состоит из связывания олефина с металлом для замещения одного из пероксо-кислородных атомов, нуклеофильной атаки связанного атома кислорода на координированный электронодефицитный олефин, диссоциации эпоксида и реакции оставшегося промежуточного соединения ванадия с… [Pg.94]

Причина многочисленных модификаций кроется в структуре, которая представляет собой трехмерный массив металл-кислородных октаэдров, соединенных между собой углами (рис. 4.3). Идеализированная структура (тип ReOs с кубической симметрией) изображена на рис. 4.4, где октаэдры показаны в виде квадратов в проекции. Реальная структура искажена. Это означает, что относительно небольшие атомы вольфрама имеют тенденцию смещаться от октаэдрического центра, и эти смещения зависят от температуры. Кроме того, на симметрию могут влиять небольшие количества примесей.[Pg.147]

Относительные свободные энергии Гиббса в реакциях металлов с кислородом говорят о том, будет ли конкретный металл вытеснять алюминий в оксиде алюминия. Реакция алюминия с кислородом … [Pg.20]

---

.

Кислород, взаимодействующий с металлическим кислородом — Большая химическая энциклопедия

Нитрид бериллия. Нитрид бериюя [1304-54-7], Be N2, получают реакцией мета-бериулия и газообразного аммиака при 1100 ° C. Это белый кристаллический материал, плавящийся при 2200 ° C с разложением. Скорость сублимации становится заметной в вакууме при 2000 ° C. Be2N2 быстро окисляется воздухом при 600 ° C и, как карбид, гидролизуется влагой. Оксид образуется на металлическом бериллии на воздухе при повышенных температурах, но в отсутствие кислорода бериллий реагирует с азотом с образованием нитрида.При горячем прессовании смесей нитрида бериллия и нитрида кремния Si N при 1700 ° С получают нитрид кремния бериллия [12265-44-0] BeSiN2. BeSiN2 может иметь применение в качестве керамического материала. [Стр.76]

Металлический кобальт значительно менее активен, чем железо, и демонстрирует ограниченную реакционную способность с молекулярным кислородом воздуха при комнатной температуре. При нагревании черный оксид кобальта со смешанной валентностью [1308-06-17, CoO] образует при температурах выше 900 ° C простой зеленый оксид кобальта (II) [1307-96-6] CoO.Металлический кобальт реагирует с диоксидом углерода при температурах выше 700 ° C с образованием оксида кобальта (II) и монооксида углерода. [Стр.377]

Обратите внимание на таблицу 20.1, что при взаимодействии щелочного или щелочноземельного металла с кислородом возможны несколько различных продуктов. Продукт может быть нормальным оксидом (ион O2), пероксидом (ион 022) или супероксидом (ион 02). [Pg.543]

В таблице 20.2 приведены формулы оксидов, образующихся при взаимодействии более распространенных переходных металлов с кислородом. За одним исключением (Cu20) переходный металл присутствует в виде +2 и / или +3 иона.В Co304 и других оксидах общей формулы M304 есть два разных типа катионов +2 и +3. Чтобы быть конкретным, есть в два раза больше +3 катионов, чем +2, мы можем показать состав Co304, как … [Pg.544]

Щелочные металлы чрезвычайно реактивны. Таким образом, когда мы переходим от инертных газов к следующему столбцу в периодической таблице, в химии происходят драматические изменения. Химия щелочных металлов интересна и часто впечатляет. Таким образом, эти металлы реагируют с хлором, водой и кислородом, всегда образуя ион +1, который стабилен при контакте с большинством веществ.С другой стороны, химический состав этих + 1-ионов невелик, что отражает стабильность электронного устройства инертного газа, которое они приобрели. [Стр.96]

В конкурирующих реакциях часто расходуются некоторые исходные материалы. Например, металлический натрий реагирует с водой с образованием гидроксида натрия. Если образец кислорода загрязнен водяным паром, как O2, так и h3O вступят в реакцию с металлическим натрием. Чем больше воды присутствует в газовой смеси, тем меньше будет образовываться Na2O2. [Pg.212]

Большинство коррозионных процессов в меди и медных сплавах обычно начинаются на поверхностном слое металла или сплава.При воздействии атмосферы при температуре окружающей среды поверхность реагирует с кислородом, водой, углекислым газом и загрязнителями воздуха в захороненных объектах, поверхностный слой реагирует с компонентами почвы и с загрязнителями почвы. В любом случае он постепенно приобретает более или менее толстую патину, под которой металлическая сердцевина объекта может оставаться практически неизменной. Однако на определенных участках коррозионные процессы могут выходить за пределы поверхности, и, в частности, закопанные предметы могут сильно корродировать.Иногда под слоями коррозии могут оставаться только очень маленькие остатки исходного металла или сплава. Например, очень небольшое количество активных ионов в почве, таких как хлорид и нитрат, во влажных условиях может привести сначала к коррозии поверхностного слоя и, в конечном итоге, всего объекта. Процесс обычно начинается, когда поверхностные атомы металла реагируют, скажем, с ионами хлора в грунтовых водах и образуют соединения меди и хлора, в основном хлорид меди, хлорид меди и / или гидратированный хлорид меди.[Pg.219]

Хотя с 19051 года известно, что очень чистый металлический хром реагирует с кислотами в бескислородных условиях с образованием больших количеств хрома (II), такой подход к получению соединений хрома (II) не был разработан. Скорее, синтезы обычно включают (1) восстановление хрома (III) либо электролитическими средствами, либо химическими агентами (например, Zn / Hg), или (2) метатетические процедуры. Оба метода неэффективны и часто приводят к получению нечистых продуктов.В последнее время2-8 широкое использование реакций между электролитическим хромом и различными кислотами привело к синтезу самых разнообразных комплексов хрома (II), которые было бы значительно труднее получить другими методами.9-11 … [Pg.31] ]

Когда кислородные соединения металлов группы IA и IIA реагируют с водой, образуются сильноосновные растворы независимо от того, присутствует ли оксид, пероксид или супероксид. [Pg.363]

Хотя большинство металлов реагирует с кислородом с образованием оксидов, реакции металлов группы IA не всегда дают ожидаемые продукты, как показано следующими уравнениями… [Pg.439]

Системы, в которых протекает этот тип реакции, могут быть металло-, гем- или флавин-зависимыми. Во флавин-зависимых монооксигеназах промежуточное соединение флавин-кислород реагирует с субстратом, производя воду на второй стадии и требуя кофакторов для регенерации флавиновой части. К негем-зависимым оксигеназам относятся … [Pg.103]

Остальные щелочные металлы реагируют с кислородом с образованием супероксидов. [Pg.52]

Закон сохранения массы гласит, что общая масса остается неизменной.Это означает, что общая масса атомов каждого элемента, представленного в реагентах, должна отображаться как продукты. Чтобы указать на это, мы должны уравновесить реакцию. При балансировке химических уравнений важно понимать, что вы не можете изменить формулы реагентов и продуктов, единственное, что вы можете изменить, — это коэффициенты перед реагентами и продуктами. Коэффициенты показывают, сколько химического вещества вступает в реакцию или образуется. В сбалансированном уравнении одинаковое количество атомов каждого типа присутствует с обеих сторон уравнения, а коэффициенты представлены в наименьшем целочисленном соотношении.Например, металлическое железо реагирует с газообразным кислородом с образованием ржавчины, оксида железа (III). Мы можем представить эту реакцию следующим сбалансированным уравнением … [Pg.32]

Металлы реагируют с неметаллами. Эти реакции являются реакциями окисления-восстановления. (См. Главы 4 и 18). Окисление металла происходит одновременно с восстановлением неметалла. В большинстве случаев образуются только простые соединения. Например, кислород 02 реагирует почти со всеми металлами с образованием оксидов (соединений, содержащих O2-). Исключениями являются реакция с натрием, при которой образуется пероксид натрия, Na2O2, и реакция с калием, рубидием и цезием, при которой образуются супероксиды K02, Rb02 и Cs02.[Pg.283]

Исследования образования суперосновных центров на оксидах щелочноземельных металлов путем легирования щелочными металлами (246 247 253) привели к выводу, что, когда нуль-валентные щелочные металлы реагируют с поверхностью оксида металла, электрон, передаваемый щелочной металл в решетке оксида находится в дефектном сайте, таком как кислородная вакансия, создавая одноэлектронный донорный сайт (F-центр) (254,255) (Схема 40). [Стр.282]

Кислородные радикалы адсорбируются на поверхности катализатора и либо объединяются с образованием кислорода, либо вступают в реакцию с металлическими поверхностями.Это способствует реакции разложения h3O и увеличивает выход водорода. На сегодняшний день выход водорода и эффективность недостаточно высоки для практического применения. [Стр.90]

Дифторид кислорода реагирует со многими обычными металлами, образуя фториды. Реакция прекращается, когда поверхность металла покрывается защитным слоем фторида … [Pg.680]

Уже упоминалось о воздействии кислорода и окислителей на металл. Следует отметить, что металлы реагируют с сульфидами, такими как сероводород, и впоследствии подвергаются дополнительному медленному воздействию кислорода и окислителей.Таким образом, медь реагирует с образованием сульфида, а затем основного сульфата меди. [Pg.445]

Щелочноземельные металлы реагируют с галогенами с образованием ионных галогенидных солей, MX2, и с кислородом с образованием оксидов, MO … [Pg.222]

Металлический хром реагирует с водными кислотами в отсутствие кислорода чтобы получить Cr2 + (водн.), красивый синий ион хрома (II) (хрома), в котором Cr2 + связан с шестью молекулами воды, Cr (h30) 62+ (рис. 20.7a) … [Pg.872]

---

.