Sebagian besar zat sederhana adalah logam. Fisik sifat-sifat logam– ini adalah opasitas, kilau “logam” tertentu, konduktivitas termal dan listrik yang tinggi, serta keuletan. Berkat sifat-sifat inilah logam memainkan peran penting dalam sejarah manusia.
Apa alasan logam memiliki sifat-sifat ini dan mengapa sangat berbeda dengan nonlogam? Hukum periodik dan teori struktur atom menjelaskan struktur dan sifat logam. Ternyata sifat logam suatu unsur ditentukan oleh struktur elektronik atomnya.
Logam memiliki 1–4 elektron pada kulit elektron terluarnya. Elektron-elektron ini bersifat mobile karena tertarik lemah oleh inti. Melalui ini, logam dengan mudah melepaskan seluruh atau sebagian elektron terluarnya, sehingga terbentuk ion bermuatan positif - kation. Semakin mudah logam kehilangan elektronnya, semakin aktif logam tersebut dan semakin jelas sifat logamnya.
Atom bukan logam memiliki banyak 4–8 elektron pada kulit elektron terluarnya, kecuali hidrogen (1) dan boron (3). Elektron-elektron ini tertarik dengan kuat oleh inti dan oleh karena itu sangat sulit untuk melepaskannya dari atom. Tetapi atom non-logam dapat mengikat kelebihan elektron dan berubah menjadi ion bermuatan negatif – anion.
Semua logam, kecuali logam cair, dalam kondisi normal berbentuk padat dan memiliki struktur kristal. Sifat-sifat logam berkaitan erat dengan strukturnya. Atom dan ion (kation) terletak di simpul kisi kristal, dan logam yang berbeda memiliki jumlah ion dan elektron yang berbeda dalam kristal. Elektron eksternal, karena bergerak dan tertarik lemah oleh inti, membentuk apa yang disebut “gas elektron”, yang “berkeliaran” di antara ion-ion dalam kristal. “Gas elektron” bukan milik ion individu, tetapi milik kristal secara keseluruhan. Karena adanya elektron bergerak dalam kisi kristal logam, konduktivitas listrik dan termalnya yang tinggi dapat dijelaskan. "Gas elektron" memantulkan cahaya dengan baik (itulah sebabnya logam bersifat buram dan memiliki karakteristik bersinar), serta gelombang radio pendek. Sifat logam yang terakhir menjadi dasar radar.
Logam dapat ditempa dan kemampuannya untuk meregang disebabkan oleh pergeseran (pergerakan) beberapa lapisan ion relatif terhadap lapisan lainnya.
Seperti telah disebutkan, semakin mudah logam melepaskan elektron valensinya, semakin aktif logam tersebut dan, oleh karena itu, lebih mudah untuk masuk ke dalam reaksi kimia. Logam yang lebih aktif menggantikan logam yang kurang aktif dari senyawanya. Selain itu, banyak logam menggantikan hidrogen dari beberapa asam, serta dari air. Berdasarkan hal ini, semua logam dapat disusun dalam apa yang disebut deret aktivitas, atau deret tegangan elektrokimia.
Logam platina, emas dan perak sudah lama disebut mulia. Secara kimiawi mereka cukup lembam, dan karena itu tidak bereaksi dengan air atau dengan banyak asam. Titanium, zirkonium, hafnium, niobium, tantalum, molibdenum, tungsten dan renium berperilaku seperti logam mulia, yang juga pasif secara kimia. Mereka tahan panas dan memiliki sifat mekanik yang sangat baik. Itulah sebabnya logam-logam ini dan paduannya memainkan peran besar dalam penerbangan modern, ilmu roket, dan energi nuklir.
Simpul kisi kristal logam mengandung atom. Elektron yang bergerak mengelilingi atom membentuk “gas elektron” yang dapat bergerak bebas ke berbagai arah. Properti ini menjelaskan tingginya konduktivitas listrik dan termal logam.
Gas elektron memantulkan hampir semua sinar cahaya. Inilah sebabnya mengapa logam sangat bersinar dan seringkali berwarna abu-abu atau putih. Ikatan antara masing-masing lapisan logam kecil, yang memungkinkan lapisan-lapisan ini bergerak di bawah beban ke arah yang berbeda (dengan kata lain, merusak logam). Logam unik adalah emas murni. Dengan menggunakan penempaan, emas murni dapat digunakan untuk membuat kertas timah setebal 0,002 mm! Sepotong logam tipis tersebut tembus cahaya dan memiliki warna hijau saat Anda melihatnya di bawah sinar matahari.
Sifat elektrofisika logam dinyatakan dalam konduktivitas listriknya. Secara umum diterima bahwa semua logam memiliki nilai tinggi konduktivitas listrik, yaitu, mereka menghantarkan arus dengan baik! Tapi ini tidak benar, dan selain itu, semuanya tergantung pada suhu di mana arus diukur. Mari kita bayangkan kisi kristal logam di mana arus disalurkan melalui pergerakan elektron. Elektron berpindah dari satu simpul kisi kristal ke simpul lainnya. Satu elektron “mendorong” elektron lain dari suatu lokasi kisi, yang terus berpindah ke lokasi kisi lainnya, dan seterusnya. Artinya, konduktivitas listrik juga bergantung pada seberapa mudah elektron berpindah antar lokasi kisi. Kita dapat mengatakan bahwa konduktivitas listrik suatu logam bergantung pada struktur kristal kisi dan kepadatan partikel di dalamnya.
Partikel pada simpul kisi mempunyai getaran, dan getaran ini semakin besar jika semakin tinggi suhu logam. Goyangan seperti itu secara signifikan menghambat pergerakan elektron dalam kisi kristal
Jadi, semakin rendah suhu logam, semakin tinggi kemampuannya menghantarkan arus!
Hal ini memunculkan konsep tersebut superkonduktivitas, yang terjadi pada logam pada suhu mendekati nol mutlak! Pada nol mutlak (-273 0 C), getaran partikel dalam kisi kristal logam teredam sepenuhnya!
Sifat elektrofisika logam berhubungan dengan lewatnya arus disebut koefisien suhu hambatan listrik!
Fakta menarik telah diketahui bahwa, misalnya timbal (Pb) dan merkuri (Hg) pada suhu hanya beberapa derajat di atas nol mutlak, hambatan listrik hampir hilang seluruhnya, yaitu terjadi kondisi superkonduktivitas.
Perak (Ag) memiliki daya hantar listrik tertinggi, disusul tembaga (Cu), disusul emas (Au) dan aluminium (Al). Konduktivitas listrik yang tinggi dari logam-logam ini dikaitkan dengan penggunaannya dalam teknik kelistrikan. Terkadang, untuk memastikan ketahanan kimia dan sifat anti korosi, emas (kontak berlapis emas) digunakan.
Perlu diperhatikan bahwa daya hantar listrik logam jauh lebih tinggi dibandingkan daya hantar listrik nonlogam. Misalnya, karbon (C - grafit) atau silikon (Si) memiliki konduktivitas listrik 1000 kali lebih kecil dibandingkan, misalnya merkuri. Selain itu, nonlogam sebagian besar bukan merupakan penghantar listrik. Namun di antara non-logam terdapat semikonduktor: germanium (Ge), silikon kristal, serta beberapa oksida, fosfit (senyawa kimia logam dengan fosfor) dan sulfida (senyawa kimia logam dan belerang).
Anda mungkin akrab dengan fenomena ini - ini adalah sifat logam untuk melepaskan elektron di bawah pengaruh suhu atau cahaya.
Adapun konduktivitas termal logam dapat diperkirakan dari tabel periodik - distribusinya persis sama dengan keelektronegatifan logam. (Logam di kiri atas memiliki keelektronegatifan tertinggi, misalnya keelektronegatifan natrium Na adalah -2,76 V). Pada gilirannya, konduktivitas termal logam dijelaskan oleh adanya elektron bebas yang mentransfer energi panas.
http://www.kristallikov.net/page3.html#shine dari logam murni
Halaman 2
Besi, tembaga dan aluminium mempunyai ciri khas kilau logam.
Saat mempelajari padatan yang tidak memiliki karakteristik kilau logam, kami melihat bahwa konduktivitas listriknya sangat rendah. Ini termasuk zat yang kita sebut ionik - natrium klorida, kalsium klorida, perak nitrat dan perak klorida, serta kristal molekuler seperti es. Es yang ditunjukkan pada Gambar. 5 - 3, terdiri dari molekul yang sama dengan yang ada pada fase gas, tetapi susunannya terletak pada kisi kristal. Penghantar arus listrik yang buruk ini sangat berbeda dengan logam di hampir semua sifat. Dengan demikian, konduktivitas listrik dapat digunakan untuk mengklasifikasikan zat, yang merupakan salah satu yang paling dibenarkan.
Logam adalah zat kristal sederhana yang mempunyai ciri khas kilau logam, menghantarkan panas dan listrik dengan baik, mampu berubah bentuk di bawah pengaruh gaya luar dan mempertahankannya setelah beban dihilangkan tanpa ada tanda-tanda kehancuran. Dari jumlah unsur kimia yang diketahui saat ini, delapan puluh unsur tergolong logam. Logam yang paling banyak terdapat di kerak bumi dalam bentuk senyawa kimia adalah aluminium, besi, magnesium, kalium, natrium dan kalsium. Logam murni memiliki kegunaan yang terbatas dalam teknologi, karena sangat langka di alam, dan memperolehnya dari senyawa kimia (bijih) sangat sulit.
Akibat korosi hidrogen, permukaan baja kehilangan karakteristik kilau logamnya dan menjadi kusam.
Polimer adalah bubuk berwarna yang terdispersi halus dengan kilau logam yang khas, hanya larut dalam asam sulfat pekat.
Semua unsur d adalah logam dengan karakteristik kilau logam. Dibandingkan dengan logam-s, kekuatannya jauh lebih tinggi.
Yodium yang tidak larut membentuk lapisan film yang terlihat jelas dengan ciri khas kilau logam (mengambang di permukaan larutan) atau terkumpul di dasar labu dalam bentuk partikel hitam. Karena larutan yodium berwarna sangat merah dan hampir tidak transparan, larutan tersebut harus diperiksa dengan sangat hati-hati, sambil memegang labu pada lampu listrik terang yang tergantung di langit-langit. Untuk melakukan ini, Anda perlu berdiri di bawah lampu, memegang leher labu dalam posisi miring di antara lampu dan wajah Anda, dan mencoba melihat gambar terang lampu di dalamnya. Dengan latar belakang ini, kristal yodium yang tidak larut terlihat jelas. Kemudian kristal kedua zat tersebut akan berkumpul di satu tempat dan akan tercipta zona larutan KJ pekat di sekitar kristal yodium, dimana yodium akan cepat larut.
Semua logam alkali merupakan zat berwarna putih keperakan, dengan ciri khas kilau logam, daya hantar listrik dan panas yang baik, titik leleh rendah dan titik didih relatif rendah, massa jenis rendah dan volume atom besar. Dalam keadaan uap, molekulnya bersifat monoatomik; ion tidak berwarna.
Secara penampilan, warnanya ungu tua, kristal hampir hitam dengan kilau metalik yang khas. Ini larut dengan baik dalam air. Kalium permanganat adalah salah satu zat pengoksidasi kuat, yang menentukan sifat desinfeksinya.
Logam (dari bahasa Latin metallum - tambang, tambang) adalah sekelompok unsur yang berbentuk zat sederhana dengan sifat logam yang khas, seperti konduktivitas termal dan listrik yang tinggi, koefisien resistansi suhu positif, keuletan tinggi, dan kilau logam.
Dari 118 unsur kimia yang ditemukan di saat ini(tidak semuanya diakui secara resmi), logam meliputi:
- 6 unsur dalam kelompok logam alkali,
- 6 pada kelompok logam alkali tanah,
- 38 pada kelompok logam transisi,
- 11 pada kelompok logam ringan,
- 7 dalam kelompok semilogam,
- 14 dalam kelompok lantanida + lantanum,
- 14 dalam golongan aktinida (sifat fisik tidak semua unsur telah dipelajari) + aktinium,
- di luar kelompok tertentu berilium dan magnesium.
Jadi, 96 dari semua unsur yang ditemukan mungkin adalah logam.
Dalam astrofisika, istilah "logam" dapat memiliki arti berbeda dan mengacu pada semua unsur kimia yang lebih berat dari helium
Sifat karakteristik logam
- Kilau logam (karakteristik tidak hanya untuk logam: non-logam yodium dan karbon dalam bentuk grafit juga memilikinya)
- Konduktivitas listrik yang baik
- Kemungkinan pemesinan yang mudah
- Kepadatan tinggi (biasanya logam lebih berat daripada non-logam)
- Titik leleh tinggi (pengecualian: merkuri, galium, dan logam alkali)
- Konduktivitas termal yang besar
- Mereka paling sering merupakan agen pereduksi dalam reaksi.
Sifat fisik logam
Semua logam (kecuali merkuri dan, dengan syarat, fransium) dalam kondisi normal berada dalam keadaan padat, tetapi memiliki kekerasan yang berbeda. Di bawah ini adalah kekerasan beberapa logam pada skala Mohs.
Titik lebur logam murni berkisar dari −39 °C (merkuri) hingga 3410 °C (tungsten). Sebagian besar logam (kecuali alkali) memiliki titik leleh yang tinggi, namun beberapa logam "normal", seperti timah dan timbal, dapat dicairkan dengan kompor listrik atau gas biasa.
Tergantung pada kepadatan, logam dibagi menjadi ringan (massa jenis 0,53 5 g/cm³) dan berat (5 22,5 g/cm³). Logam paling ringan adalah litium (massa jenis 0,53 g/cm³). Saat ini tidak mungkin untuk menyebutkan logam terberat, karena massa jenis osmium dan iridium - dua logam terberat - hampir sama (sekitar 22,6 g/cm³ - tepat dua kali massa jenis timbal), dan menghitung massa jenis pastinya sangatlah sulit: untuk ini Anda perlu membersihkan logam sepenuhnya, karena kotoran apa pun mengurangi kepadatannya.
Kebanyakan logam plastik, yaitu kawat logam dapat ditekuk tanpa putus. Hal ini terjadi karena adanya perpindahan lapisan atom logam tanpa memutus ikatan antar atom. Yang paling ulet adalah emas, perak dan tembaga. Emas dapat digunakan untuk membuat foil setebal 0,003 mm, yang digunakan untuk penyepuhan produk. Namun, tidak semua logam bersifat ulet. Kawat yang terbuat dari seng atau timah akan retak jika ditekuk; Ketika berubah bentuk, mangan dan bismut hampir tidak bengkok sama sekali, tetapi langsung patah. Plastisitas juga bergantung pada kemurnian logam; Jadi, kromium yang sangat murni sangat ulet, tetapi jika terkontaminasi dengan pengotor kecil sekalipun, kromium menjadi rapuh dan keras. Beberapa logam seperti emas, perak, timah, aluminium, osmium dapat tumbuh bersama, namun hal ini memerlukan waktu puluhan tahun.
Semua logam bagus menghantarkan arus listrik; hal ini disebabkan oleh adanya elektron bergerak dalam kisi kristalnya yang bergerak di bawah pengaruh medan listrik. Perak, tembaga dan aluminium memiliki konduktivitas listrik tertinggi; Oleh karena itu, dua logam terakhir paling sering digunakan sebagai bahan kawat. Natrium juga mempunyai daya hantar listrik yang sangat tinggi; dalam peralatan eksperimen, diketahui terdapat upaya untuk menggunakan konduktor natrium dalam bentuk pipa baja tahan karat berdinding tipis yang diisi dengan natrium. Karena berat jenis natrium yang rendah, dengan resistansi yang sama, “kabel” natrium jauh lebih ringan dari tembaga dan bahkan lebih ringan dari aluminium.
Konduktivitas termal logam yang tinggi juga bergantung pada mobilitas elektron bebas. Oleh karena itu, rangkaian konduktivitas termal mirip dengan rangkaian konduktivitas listrik, dan konduktor panas serta listrik terbaik adalah perak. Natrium juga digunakan sebagai penghantar panas yang baik; Misalnya, telah diketahui secara luas bahwa natrium digunakan dalam katup mesin mobil untuk meningkatkan pendinginannya.
Warna Kebanyakan logam kira-kira sama - abu-abu muda dengan warna kebiruan. Emas, tembaga, dan cesium masing-masing berwarna kuning, merah, dan kuning muda.
Sifat kimia logam
Pada tingkat elektronik eksternal, sebagian besar logam tidak sejumlah besar elektron (1-3), oleh karena itu dalam sebagian besar reaksi mereka bertindak sebagai zat pereduksi (yaitu, mereka “melepaskan” elektronnya)
Reaksi dengan zat sederhana
- Semua logam kecuali emas dan platinum bereaksi dengan oksigen. Reaksi dengan perak terjadi pada suhu tinggi, tetapi perak(II) oksida praktis tidak terbentuk karena tidak stabil secara termal. Tergantung pada logamnya, keluarannya mungkin termasuk oksida, peroksida, dan superoksida:
litium oksida
natrium peroksida
kalium superoksida
Untuk memperoleh oksida dari peroksida, peroksida direduksi dengan logam:
Dengan logam dengan aktivitas sedang dan rendah, reaksi terjadi ketika dipanaskan:
- Hanya logam paling aktif yang bereaksi dengan nitrogen; pada suhu kamar hanya litium yang bereaksi membentuk nitrida:
Saat dipanaskan:
- Semua logam kecuali emas dan platina bereaksi dengan belerang:
Besi bereaksi dengan belerang ketika dipanaskan, membentuk sulfida:
- Hanya logam yang paling aktif, yaitu logam golongan IA dan IIA kecuali Be, yang bereaksi dengan hidrogen. Reaksi terjadi ketika dipanaskan, dan hidrida terbentuk. Dalam reaksi, logam bertindak sebagai zat pereduksi, bilangan oksidasi hidrogen adalah −1:
- Hanya logam paling aktif yang bereaksi dengan karbon. Dalam hal ini, asetilenida atau metanida terbentuk. Ketika bereaksi dengan air, asetilenida menghasilkan asetilena, metana menghasilkan metana.
Informasi umum tentang logam
Anda tahu bahwa sebagian besar unsur kimia diklasifikasikan sebagai logam - 92 dari 114 unsur yang diketahui.
Logam adalah unsur kimia yang atomnya melepaskan elektron dari lapisan elektron terluar (dan sebagian dari lapisan elektron terluar), menjadi ion positif.
Sifat atom logam ini, seperti yang Anda ketahui, ditentukan oleh fakta bahwa atom tersebut memiliki jari-jari yang relatif besar dan sejumlah kecil elektron (kebanyakan dari 1 hingga 3) di lapisan terluar.
Satu-satunya pengecualian adalah 6 logam: atom germanium, timah, dan timbal pada lapisan terluar memiliki 4 elektron, atom antimon dan bismut memiliki 5 elektron, atom polonium memiliki 6 elektron.
Atom logam dicirikan oleh nilai keelektronegatifan yang kecil (dari 0,7 hingga 1,9) dan sifat pereduksi yang eksklusif, yaitu kemampuan untuk menyumbangkan elektron.
Anda sudah tahu bahwa dalam Tabel Periodik Unsur Kimia karya D. I. Mendeleev, logam terletak di bawah diagonal boron-astatin, dan saya juga berada di atasnya dalam subkelompok sekunder. Dalam periode dan subkelompok tanah liat, pola yang Anda ketahui dalam mengubah sifat logam dan karenanya mereduksi atom-atom unsur berlaku.
Unsur-unsur kimia yang terletak di dekat diagonal boron-astatin memiliki sifat ganda: pada beberapa senyawanya berperilaku seperti logam, pada senyawa lain mereka menunjukkan sifat non-logam.
Pada subkelompok sekunder, sifat pereduksi logam paling sering menurun seiring dengan meningkatnya nomor atom. Bandingkan aktivitas logam golongan I dari subkelompok sekunder yang Anda ketahui: Cu, Ag, Au; Grup II dari subgrup sekunder - dan Anda akan melihatnya sendiri.
Hal ini dapat dijelaskan oleh fakta bahwa kekuatan ikatan antara elektron valensi dan inti atom logam tersebut lebih dipengaruhi oleh besarnya muatan inti, dan bukan oleh jari-jari atom. Muatan inti meningkat secara signifikan, dan daya tarik elektron ke inti meningkat. Dalam hal ini, meskipun jari-jari atom bertambah, namun tidak sebesar logam pada subkelompok utama.
Zat sederhana yang dibentuk oleh unsur kimia - logam, dan zat kompleks yang mengandung logam memainkan peran penting dalam “kehidupan” mineral dan organik di Bumi. Cukuplah untuk diingat bahwa atom (nonal) unsur logam merupakan bagian integral dari senyawa yang menentukan metabolisme dalam tubuh manusia, hewan, dan tumbuhan. Misalnya, 76 unsur ditemukan dalam darah manusia, dan hanya 14 di antaranya yang bukan logam. Di dalam tubuh manusia, beberapa unsur logam (kalsium, kalium, natrium, magnesium) terdapat dalam jumlah banyak, yaitu unsur makro. Dan logam seperti kromium, mangan, besi, kobalt, tembaga, seng, molibdenum terdapat dalam jumlah kecil, yaitu elemen jejak. Jika berat badan seseorang 70 kg, maka tubuhnya mengandung (dalam gram): kalsium - 1700, kalium - 250, natrium - 70, magnesium - 42, besi - 5. seng - 3. Semua logam sangat penting, masalah kesehatan muncul dan dengan kekurangannya, dan dengan kelebihannya.
Misalnya, ion natrium mengatur kandungan air dalam tubuh dan transmisi impuls saraf. Kekurangannya menyebabkan sakit kepala, lemas, daya ingat buruk, kehilangan nafsu makan, dan kelebihannya menyebabkan peningkatan tekanan darah, hipertensi, dan penyakit jantung. Pakar nutrisi menyarankan untuk mengonsumsi tidak lebih dari 5 g (1 sendok teh) garam meja (NaCl) per orang dewasa per hari. Pengaruh logam terhadap kondisi hewan dan tumbuhan dapat dilihat pada Tabel 16.
Zat sederhana adalah logam
Perkembangan produksi logam (zat sederhana) dan paduan dikaitkan dengan munculnya peradaban (“Zaman Perunggu”, Zaman Besi).
Revolusi ilmu pengetahuan dan teknologi yang dimulai sekitar 100 tahun yang lalu, yang berdampak pada industri dan lingkungan sosial, juga berkaitan erat dengan produksi logam. Berdasarkan tungsten, molibdenum, titanium, dan logam lainnya, mereka mulai membuat paduan tahan api, super keras, dan tahan api, yang penggunaannya sangat memperluas kemampuan teknik mesin. Dalam teknologi nuklir dan luar angkasa, paduan tungsten dan renium digunakan untuk membuat suku cadang yang beroperasi pada suhu hingga 3000 ºС. Dalam pengobatan, instrumen bedah yang terbuat dari paduan tantalum dan platinum serta keramik unik berdasarkan titanium dan zirkonium oksida digunakan.
Dan tentu saja, kita tidak boleh lupa bahwa sebagian besar paduan menggunakan besi logam yang telah lama dikenal (Gbr. 37), dan banyak paduan ringan didasarkan pada logam yang relatif “muda”: aluminium dan magnesium.
Bahan komposit telah menjadi supernova, mewakili, misalnya, polimer atau keramik, yang di dalamnya (seperti beton dengan batang besi) diperkuat dengan serat logam, yang dapat dibuat dari tungsten, molibdenum, baja dan logam serta paduan lainnya - semuanya tergantung pada tujuan yang diperlukan untuk mencapai sifat material tersebut.
Anda sudah mempunyai gambaran tentang sifat ikatan kimia pada kristal logam. Mari kita gunakan contoh salah satunya – natrium – untuk melihat bagaimana ia terbentuk.
Gambar 38 menunjukkan diagram kisi kristal logam natrium. Di dalamnya, setiap atom natrium dikelilingi oleh delapan atom tetangganya. Atom natrium, seperti semua logam, memiliki banyak orbital valensi kosong dan sedikit elektron valensi.
Satu-satunya elektron valensi atom natrium 3s 1 dapat menempati salah satu dari sembilan orbital bebas, karena tingkat energinya tidak jauh berbeda. Ketika atom-atom saling mendekat, ketika kisi kristal terbentuk, orbital valensi atom-atom tetangganya tumpang tindih, menyebabkan elektron tidak bergerak bebas dari satu orbital ke orbital lainnya, sehingga membentuk ikatan antara semua atom kristal logam.
Jenis ikatan kimia ini disebut logam. Ikatan logam dibentuk oleh unsur-unsur yang atom-atomnya pada lapisan terluar mempunyai sedikit elektron valensi dibandingkan dengan sejumlah besar orbital terluar yang berdekatan secara energetik. Elektron valensinya tertahan lemah di dalam atom. Elektron yang melakukan komunikasi disosialisasikan dan bergerak ke seluruh kisi kristal logam yang umumnya netral.
Zat yang mempunyai ikatan logam dicirikan oleh kisi-kisi kristal logam, yang biasanya digambarkan secara skematis dengan jati, seperti ditunjukkan pada gambar, simpul-simpulnya mengandung kation dan atom logam. Elektron yang tersosialisasi secara elektrostatis menarik kation logam yang terletak di kisi kristal, memastikan stabilitas dan kekuatannya (elektron yang tersosialisasi digambarkan sebagai bola hitam kecil).
Ikatan logam adalah ikatan logam dan paduan antara atom logam yang terletak di simpul kisi kristal, yang dilakukan oleh elektron valensi bersama.
Beberapa logam mengkristal dalam dua atau lebih bentuk kristal. Sifat zat ini - yang ada dalam beberapa modifikasi kristal - disebut polimorfisme. Polimorfisme zat sederhana dikenal sebagai alotropi.
Timah memiliki dua modifikasi kristal:
alpha - stabil di bawah 13,2 ºС dengan kepadatan p - 5,74 g/cm3. Ini timah abu-abu. Ia memiliki kisi kristal almaav (atom):
cupang - stabil di atas 13,2 ºС dengan kepadatan p - 6,55 g/cm3. Ini timah putih.
Timah putih merupakan logam yang sangat lunak. Ketika didinginkan di bawah 13,2 ºС, ia hancur menjadi bubuk abu-abu, karena selama transisi |1 » n volume spesifiknya meningkat secara signifikan. Fenomena ini disebut wabah timah. Tentu saja, jenis ikatan kimia khusus dan jenis kisi kristal logam harus menentukan dan menjelaskan sifat fisiknya.
Apakah mereka? Ini adalah kilau logam, plastisitas, konduktivitas listrik dan termal yang tinggi, peningkatan hambatan listrik dengan meningkatnya suhu, serta sifat-sifat praktis yang signifikan seperti kepadatan, titik leleh dan titik didih, kekerasan, dan sifat magnetik.
Mari kita coba jelaskan alasan yang menentukan sifat fisik dasar logam. Mengapa logam bersifat ulet?
Efek mekanis pada kristal dengan kisi kristal logam menyebabkan perpindahan lapisan ion-atom relatif satu sama lain, karena elektron bergerak ke seluruh kristal, pemutusan ikatan tidak terjadi, oleh karena itu logam mempunyai ciri plastisitas yang lebih besar.
Efek serupa pada zat padat dengan ikatan bersebelahan (kisi kristal atom) menyebabkan putusnya ikatan kovalen. Pemutusan ikatan dalam kisi ionik menyebabkan tolakan timbal balik antara ion-ion bermuatan serupa (Gbr. 40). Oleh karena itu, zat dengan kisi kristal atom dan ionik bersifat rapuh.
Logam yang paling ulet adalah Au, Af, Cu, Sn, Pb, Zn. Mereka mudah ditarik menjadi kawat, dapat ditempa, ditekan, atau digulung menjadi lembaran. Misalnya, kertas emas dengan ketebalan 0,008 nm dapat dibuat dari emas, dan benang sepanjang 1 km dapat dibuat dari 0,5 g logam ini. .
Bahkan merkuri, seperti yang Anda ketahui, berbentuk cair pada suhu kamar, tetapi pada suhu rendah ia menjadi mudah dibentuk dalam bentuk padat, seperti timbal. Hanya Bi dan Mn yang tidak mempunyai plastisitas; mereka rapuh.
Mengapa logam memiliki ciri khas mengkilat dan juga buram?
Elektron yang mengisi ruang antar atom memantulkan sinar cahaya (dan tidak mentransmisikannya seperti kaca), dan sebagian besar logam menyebarkan semua sinar pada bagian spektrum yang terlihat secara merata. Oleh karena itu warnanya putih keperakan atau abu-abu. Strontium, emas, dan tembaga lebih banyak menyerap panjang gelombang pendek (mendekati ungu) dan memantulkan spektrum cahaya dengan panjang gelombang panjang, dan karenanya masing-masing memiliki warna kuning muda, kuning, dan tembaga.
Meski dalam praktiknya lho, logam tidak selalu terasa ringan bagi kita. Pertama, permukaannya bisa teroksidasi dan kehilangan kilaunya. Oleh karena itu, tembaga asli tampak seperti batu berwarna kehijauan. Dan kedua, bahkan logam murni pun mungkin tidak bersinar. Lembaran perak dan emas yang sangat tipis memiliki penampilan yang benar-benar tidak terduga - warnanya hijau kebiruan. Dan serbuk logam halus tampak abu-abu tua, bahkan hitam.
Perak, aluminium, dan paladium memiliki reflektifitas terbesar. Mereka digunakan dalam pembuatan cermin, termasuk lampu sorot.
Mengapa logam mempunyai daya hantar listrik yang tinggi dan dapat menghantarkan panas?
Elektron yang bergerak secara kacau dalam logam di bawah pengaruh tegangan listrik yang diterapkan memperoleh gerakan terarah, yaitu menghantarkan arus listrik. Ketika suhu kutu daun meningkat, amplitudo getaran atom dan ion yang terletak di simpul kisi kristal meningkat. Hal ini mempersulit pergerakan elektron, dan konduktivitas listrik logam turun. Sebaliknya, pada suhu rendah, gerakan osilasi sangat berkurang dan konduktivitas listrik logam meningkat tajam. Mendekati nol mutlak, logam hampir tidak memiliki hambatan; sebagian besar logam menunjukkan superkonduktivitas.
Perlu diperhatikan bahwa nonlogam yang memiliki daya hantar listrik (misalnya grafit), pada suhu rendah, sebaliknya, tidak menghantarkan arus listrik karena kekurangan elektron bebas. Dan hanya dengan peningkatan suhu dan rusaknya beberapa ikatan kovalen barulah konduktivitas listriknya mulai meningkat.
Perak, tembaga, serta emas dan aluminium memiliki konduktivitas listrik tertinggi; mangan, timbal, dan merkuri memiliki konduktivitas listrik terendah.
Paling sering, konduktivitas termal logam berubah dengan pola yang sama seperti konduktivitas listrik.
Hal ini disebabkan oleh mobilitas elektron bebas yang tinggi, yang bertabrakan dengan ion dan atom yang bergetar, bertukar energi dengannya. Oleh karena itu, suhu diseimbangkan di seluruh bagian logam.
Kekuatan mekanik, massa jenis, dan titik leleh logam sangat berbeda. Apalagi dengan bertambahnya jumlah unit. menghubungkan ion-atom, dan dengan mengurangi jarak antar atom dalam kristal, indikator sifat-sifat ini meningkat.
Jadi, logam alkali, yang atomnya mempunyai satu elektron valensi, bersifat lunak (dipotong dengan pisau), dengan kepadatan rendah (litium adalah logam paling ringan dengan p - 0,53 g/cm3) dan meleleh pada suhu rendah (misalnya, titik leleh cesium adalah 29"C) Satu-satunya logam yang berbentuk cair dalam kondisi normal adalah merkuri, yang memiliki titik leleh 38,9 °C.
Kalsium, yang memiliki dua elektron pada tingkat energi terluar atomnya, jauh lebih keras dan meleleh pada suhu yang lebih tinggi (842º C).
Yang lebih melengkung lagi adalah kisi kristal yang dibentuk oleh atom skandium, yang memiliki tiga elektron valensi.
Tetapi kisi kristal yang paling berwarna, kepadatan tinggi dan suhu leleh diamati pada logam dari subkelompok sekunder kelompok V, VI, VII, dan MP. Hal ini dijelaskan oleh ini. bahwa logam subkelompok samping yang mempunyai elektron valensi yang tidak tersimpan pada subtingkat d dicirikan oleh terbentuknya ikatan kovalen yang sangat kuat antar atom, selain ikatan logam, yang dilakukan oleh elektron lapisan terluar dari orbital s.
Ingatlah bahwa logam terberat adalah osmium (komponen paduan super keras dan tahan aus), logam yang paling tahan api adalah tungsten (digunakan untuk membuat filamen lampu pijar), logam yang paling keras adalah kromium Cr (goresan kaca). Mereka adalah bagian dari bahan pembuatan alat pemotong logam, bantalan rem mesin berat, dll.
Logam berbeda dalam responsnya terhadap medan magnet. Namun menurut ciri ini mereka dibagi menjadi tiga kelompok:
Feromagnetik Mampu menjadi magnet di bawah pengaruh medan magnet yang lemah sekalipun (besi - bentuk alfa, kobalt, nikel, gadolinium);
Bahan paramagnetik menunjukkan kemampuan magnetisasi yang lemah (aluminium, kromium, titanium, hampir semua lantanida);
Yang diamagnetik tidak tertarik pada magnet, dan bahkan sedikit ditolak (timah, terdampar, bismut).
Ingatlah bahwa ketika mempertimbangkan struktur elektronik logam, kita membagi logam menjadi logam dari subkelompok utama (elemen k dan p) dan logam dari subkelompok sekunder.
Dalam teknologi, merupakan kebiasaan untuk mengklasifikasikan logam menurut berbagai sifat fisiknya:
a) kepadatan - cahaya (hal< 5 г/см3) и тяжелые (все остальные);
b) titik leleh - titik leleh rendah dan tahan api.
Klasifikasi logam berdasarkan sifat kimianya
Logam dengan aktivitas kimia rendah disebut mulia (perak, emas, platinum dan analognya - osmium, iridium, rutenium, paladium, rhodium).
Berdasarkan kesamaan sifat kimianya, logam alkali (logam golongan I subkelompok utama), logam alkali tanah (kalsium, strontium, barium, radium), serta logam tanah jarang (skandium, yttrium, lantanum dan lantanida, aktinium) dibedakan. dan aktinida) dibedakan.
Sifat kimia umum logam
Atom logam relatif mudah melepaskan elektron valensi dan menjadi nonon bermuatan positif, yaitu teroksidasi. Ini, seperti yang Anda ketahui, adalah sifat umum utama atom dan zat sederhana - logam.
Logam selalu menjadi agen pereduksi dalam reaksi kimia. Kemampuan mereduksi atom-atom zat sederhana - logam yang dibentuk oleh unsur-unsur kimia satu periode atau satu subkelompok utama Tabel Periodik D. I. Mendeleev berubah secara alami.
Aktivitas reduksi suatu logam dalam reaksi kimia yang terjadi dalam larutan air tercermin dari posisinya dalam rangkaian tegangan elektrokimia logam.
1. Semakin ke kiri letak logam pada baris ini, semakin kuat zat pereduksinya.
2. Setiap logam mampu menggantikan (mengurangi) dan mengasinkan dalam larutan logam-logam yang terletak setelahnya dalam rangkaian tegangan (ke kanan).
3. Logam yang terletak pada rangkaian tegangan di sebelah kiri hidrogen mampu menggantikannya dari asam dalam larutan.
4. Logam yang merupakan zat pereduksi terkuat (alkali dan alkali tanah) bereaksi terutama dengan air dalam larutan berair apa pun.
Aktivitas reduksi suatu logam, yang ditentukan oleh deret elektrokimia, tidak selalu sesuai dengan posisinya dalam Tabel Periodik. Hal ini dijelaskan oleh ini. Bahwa ketika menentukan posisi logam dalam serangkaian tekanan, tidak hanya energi abstraksi elektron dari atom individu yang diperhitungkan, tetapi juga energi yang dikeluarkan untuk penghancuran kisi kristal, serta energi yang dilepaskan selama proses tersebut. hidrasi ion.
Misalnya, litium lebih aktif dalam larutan air dibandingkan natrium (walaupun Na adalah logam yang lebih aktif berdasarkan posisinya dalam Tabel Periodik). Faktanya energi hidrasi ion Li+ jauh lebih besar dibandingkan energi hidrasi ion Na+. oleh karena itu, proses pertama secara energi lebih menguntungkan.
Setelah mempertimbangkan ketentuan umum yang mencirikan sifat pereduksi logam, mari kita beralih ke reaksi kimia tertentu.
Interaksi dengan zat sederhana bukan logam
1. Dengan oksigen, sebagian besar logam membentuk oksida - basa dan amfoter. Oksida asam dari logam transisi, seperti oksida kromium atau oksida mangan, tidak terbentuk melalui oksidasi langsung logam dengan oksigen. Mereka diperoleh secara tidak langsung.
Logam alkali Na dan K aktif bereaksi dengan oksigen atmosfer, membentuk peroksida.
Natrium oksida diperoleh secara tidak langsung dengan mengkalsinasi peroksida dengan logam yang sesuai:
Logam litium dan alkali tanah bereaksi dengan oksigen atmosfer membentuk oksida basa.
Logam lain, kecuali logam emas dan platina, yang sama sekali tidak teroksidasi oleh oksigen atmosfer, kurang aktif berinteraksi dengannya atau ketika dipanaskan.
2. Logam membentuk garam asam hidrohalat dengan halogen.
3. Dengan hidrogen, logam paling aktif membentuk hidrida - garam ionik yang hidrogen memiliki bilangan oksidasi -1, misalnya:
kalsium hidrida.
Banyak logam transisi membentuk hidrida jenis khusus dengan hidrogen - seolah-olah hidrogen dilarutkan atau dimasukkan ke dalam kisi kristal logam antara atom dan ion, sementara logam tetap mempertahankan penampilannya, tetapi volumenya bertambah. Hidrogen yang diserap ada di dalam logam, tampaknya dalam bentuk atom. Ada juga hidrida logam perantara.
4. Logam membentuk garam dengan belerang - sulfida.
5. Logam bereaksi dengan nitrogen agak lebih sulit, karena ikatan kimia dalam molekul nitrogen R^r sangat kuat, dan terbentuklah nitrida. Pada suhu biasa, hanya litium yang bereaksi dengan nitrogen.
Interaksi dengan zat kompleks
1. Dengan air. Dalam kondisi normal, logam alkali dan alkali tanah menggantikan hidrogen dari air dan membentuk basa alkali yang larut.
Logam lain yang berada dalam rangkaian tegangan sebelum hidrogen juga dapat, dalam kondisi tertentu, menggantikan hidrogen dari air. Tapi aluminium bereaksi hebat dengan air hanya jika lapisan oksida dihilangkan dari permukaannya.
Magnesium bereaksi dengan air hanya ketika direbus, yang juga melepaskan hidrogen. Jika magnesium yang terbakar ditambahkan ke air, pembakaran berlanjut seiring terjadinya reaksi: hidrogen terbakar. Besi berinteraksi dengan air hanya ketika panas.
2. Logam dalam rangkaian tegangan hingga hidrogen berinteraksi dengan asam dalam larutan. Ini menghasilkan garam dan hidrogen. Namun timbal (dan beberapa logam lainnya), meskipun posisinya dalam rangkaian tegangan (di sebelah kiri hidrogen), hampir tidak larut dalam asam sulfat encer, karena timbal sulfat PbSO yang dihasilkan tidak larut dan membentuk lapisan pelindung pada permukaan logam.
3. Dengan garam dari logam yang kurang aktif dalam larutan. Sebagai hasil dari reaksi ini, garam dari logam yang lebih aktif terbentuk dan logam yang kurang aktif dilepaskan dalam bentuk bebas.
Harus diingat bahwa reaksi terjadi ketika garam yang dihasilkan larut. Perpindahan logam dari senyawanya oleh logam lain pertama kali dipelajari secara rinci oleh N. N. Beketov, seorang ahli kimia fisika terkemuka Rusia. Ia menyusun logam menurut aktivitas kimianya menjadi “deretan superior”, yang menjadi prototipe rangkaian tekanan logam.
4. Dengan zat organik. Interaksi dengan asam organik mirip dengan reaksi dengan asam mineral. Alkohol dapat menunjukkan sifat asam lemah ketika berinteraksi dengan logam alkali.
Logam berpartisipasi dalam reaksi dengan haloalkana, yang digunakan untuk memperoleh sikloalkana yang lebih rendah dan untuk sintesis di mana kerangka karbon molekul menjadi lebih kompleks (reaksi A. Wurtz):
5. Logam yang hidroksidanya bersifat amfoter berinteraksi dengan basa dalam larutan.
6. Logam-logam dapat membentuk senyawa kimia satu sama lain, yang secara kolektif disebut senyawa intermetalik. Mereka paling sering tidak menunjukkan bilangan oksidasi atom, yang merupakan karakteristik senyawa logam dengan non-logam.
Senyawa intermetalik biasanya tidak memiliki komposisi yang konstan; ikatan kimia di dalamnya sebagian besar bersifat logam. Pembentukan senyawa ini lebih khas untuk logam subkelompok sekunder.
Oksida logam dan hidroksida
Oksida yang dibentuk oleh logam khas diklasifikasikan sebagai pembentuk garam, berdasarkan sifat dasarnya. Seperti yang Anda ketahui, mereka berhubungan dengan hidroksida. menjadi basa, yang dalam kasus logam alkali dan alkali tanah larut dalam air, merupakan elektrolit kuat dan disebut basa.
Oksida dan hidroksida dari beberapa logam bersifat amfoter, yaitu dapat menunjukkan sifat basa dan asam tergantung pada zat yang berinteraksi dengannya.
Misalnya:
Banyak logam dari subkelompok sekunder, yang memiliki bilangan oksidasi variabel dalam senyawanya, dapat membentuk beberapa oksida dan hidroksida, yang sifatnya bergantung pada bilangan oksidasi logam tersebut.
Misalnya, kromium dalam senyawa menunjukkan tiga bilangan oksidasi: +2, +3, +6, oleh karena itu ia membentuk tiga rangkaian oksida dan hidroksida, dan dengan meningkatnya bilangan oksidasi, sifat asam menjadi lebih kuat dan sifat basa melemah.
Korosi logam
Ketika logam berinteraksi dengan zat lingkungan, senyawa terbentuk pada permukaannya yang memiliki sifat yang sangat berbeda dari logam itu sendiri. Dalam kehidupan sehari-hari kita sering menggunakan kata “karat”, “korosi”, melihat lapisan berwarna merah kecoklatan pada produk yang terbuat dari besi dan paduannya. Berkarat adalah kasus korosi yang umum.
Korosi adalah proses penghancuran logam secara spontan dan penghancuran lingkungan luar (dari bahasa Lat. - korosi).
Namun, hampir semua logam dapat mengalami kerusakan, dan akibatnya, banyak sifat-sifatnya memburuk (atau hilang sama sekali): kekuatan, keuletan, kilau berkurang, konduktivitas listrik menurun, gesekan antara bagian-bagian mesin yang bergerak juga meningkat, dimensi logam perubahan suku cadang, dll.
Korosi logam dapat bersifat terus menerus atau lokal.
Saraf tidak seberbahaya yang kedua; manifestasinya dapat diperhitungkan saat merancang struktur dan perangkat. Korosi lokal jauh lebih berbahaya, meskipun kerugian logam di sini mungkin kecil. Salah satu jenisnya yang paling berbahaya adalah belang-belang. Mereka terdiri dari pembentukan lesi tembus, yaitu rongga runcing - lubang, sementara kekuatan masing-masing bagian menurun, keandalan struktur, perangkat, dan struktur menurun.
Korosi logam menyebabkan kerugian ekonomi yang besar. Umat manusia menderita kerugian material yang sangat besar akibat rusaknya jaringan pipa, suku cadang mesin, kapal, jembatan, dan berbagai peralatan.
Korosi menyebabkan penurunan keandalan struktur logam. Dengan mempertimbangkan kemungkinan kerusakan, kekuatan beberapa produk (misalnya, suku cadang pesawat terbang, bilah turbin) harus dilebih-lebihkan, dan oleh karena itu konsumsi logam harus ditingkatkan, yang memerlukan biaya ekonomi tambahan. .
Korosi menyebabkan terhentinya produksi karena penggantian peralatan yang rusak, dan hilangnya bahan mentah dan produk akibat rusaknya pipa halo, minyak dan air. Mustahil untuk tidak memperhitungkan kerusakan alam, dan juga kesehatan manusia, yang disebabkan oleh kebocoran produk minyak bumi dan bahan kimia lainnya. Korosi dapat menyebabkan kontaminasi produk dan akibatnya menurunkan kualitasnya. Biaya kompensasi kerugian akibat korosi sangat besar. Mereka menyumbang sekitar 30% dari produksi logam tahunan dunia.
Dari semua hal di atas, masalah yang sangat penting adalah menemukan cara untuk melindungi logam dan paduan dari korosi.
Mereka sangat beragam. Namun untuk memilihnya, perlu diketahui dan memperhitungkan esensi kimia dari proses korosi.
Namun secara kimia, korosi merupakan proses oksidasi-reduksi. Tergantung pada lingkungan di mana korosi terjadi, beberapa jenis korosi dibedakan.
Jenis korosi yang paling umum adalah kimia dan elektrokimia.
I. Korosi kimia terjadi di lingkungan non-konduktif. Jenis korosi ini terjadi ketika logam berinteraksi dengan gas atau cairan kering - non-elektrolit (bensin, minyak tanah, dll.). Bagian dan komponen mesin, turbin gas, dan peluncur roket dapat mengalami kerusakan tersebut. Korosi kimia sering diamati selama pemrosesan logam pada suhu tinggi.
Sebagian besar logam dioksidasi oleh oksigen atmosfer, membentuk lapisan oksida di permukaan. Jika film ini kuat, padat, dan terikat dengan baik pada logam, maka film tersebut melindungi logam dari kerusakan lebih lanjut. Pada besi bersifat longgar, berpori, mudah lepas dari permukaan sehingga tidak mampu melindungi logam dari kerusakan lebih lanjut.
II. Korosi elektrokimia terjadi pada media konduktif (dalam elektrolit) dengan munculnya arus listrik di dalam sistem. Biasanya, logam dan paduan bersifat heterogen dan mengandung berbagai pengotor. Ketika mereka bersentuhan dengan elektrolit, beberapa area permukaan mulai bertindak sebagai anoda (mendonorkan elektron), sementara yang lain bertindak sebagai katoda (menerima elektron).
Dalam satu kasus, evolusi gas (NG) akan diamati. Di sisi lain - pembentukan karat.
Jadi, korosi elektrokimia adalah reaksi yang terjadi di lingkungan yang menghantarkan arus (berlawanan dengan korosi kimia). Proses tersebut terjadi ketika dua logam bersentuhan atau pada permukaan logam yang mengandung inklusi yang merupakan konduktor kurang aktif (bisa juga non-logam).
Di anoda (logam yang lebih aktif), terjadi oksidasi atom logam dengan pembentukan kation (pelarutan).
Di katoda (konduktor yang kurang aktif), ion hidrogen atau molekul oksigen direduksi masing-masing membentuk ion H2 atau OH-hidroksida.
Kation hidrogen dan oksigen terlarut merupakan oksidator terpenting yang menyebabkan korosi elektrokimia.
Laju korosi semakin besar, semakin berbeda aktivitas logam (logam dan pengotor) (untuk logam, semakin jauh lokasinya dalam deret tegangan). Korosi meningkat secara signifikan dengan meningkatnya suhu.
Elektrolit dapat berupa air laut, air sungai, uap air yang terkondensasi dan, tentu saja, elektrolit yang terkenal - larutan garam, asam, basa.
Anda jelas ingat bahwa di musim dingin, garam industri (natrium klorida, terkadang kalsium klorida, dll.) digunakan untuk menghilangkan salju dan es dari trotoar. Larutan yang dihasilkan mengalir ke pipa saluran pembuangan, sehingga menciptakan lingkungan yang menguntungkan bagi korosi elektrokimia pada komunikasi bawah tanah.
Metode perlindungan terhadap korosi
Sudah ketika merancang struktur logam dan pembuatannya, langkah-langkah untuk perlindungan terhadap korosi disediakan.
1. Mengampelas permukaan produk agar tidak tersisa kelembapan.
2. Penggunaan paduan paduan yang mengandung bahan tambahan khusus: kromium, nikel, yang pada suhu tinggi membentuk lapisan oksida yang stabil pada permukaan logam. Baja paduan terkenal - baja tahan karat, dari mana barang-barang rumah tangga (gunting, garpu, sendok), bagian-bagian mesin, dan perkakas dibuat.
3. Penerapan lapisan pelindung.
Mari kita pertimbangkan tipenya.
Non-logam - minyak non-pengoksidasi, pernis khusus, cat. Benar, umurnya pendek, tapi harganya murah.
Bahan kimia - lapisan permukaan yang dibuat secara artifisial: oksida, sitrat, silisida, polimer, dll. Misalnya, semua bagian dari banyak instrumen presisi mengalami warna biru - ini adalah proses mendapatkan lapisan oksida besi tertipis di permukaan. dari suatu produk baja. Film oksida buatan yang dihasilkan sangat tahan lama dan memberikan produk warna hitam dan biru yang indah. Pelapis polimer terbuat dari resin polietilen, polivinil klorida, dan poliamida. Mereka diterapkan dengan dua cara: produk yang dipanaskan ditempatkan dalam bubuk polimer, yang meleleh dan dilas ke logam, atau permukaan logam diolah dengan larutan polimer dalam pelarut suhu rendah, yang cepat menguap, dan polimer film masih menempel pada produk.
Pelapis logam adalah pelapis dengan logam lain, pada permukaannya lapisan pelindung stabil terbentuk di bawah pengaruh zat pengoksidasi.
Penerapan kromium pada permukaan - pelapisan krom, pelapisan nikel - nikel, seng - galvanisasi, timah - timah, dll. Logam pasif secara kimia - emas, perak, tembaga - juga dapat berfungsi sebagai pelapis.
4. Metode proteksi elektrokimia.
Pelindung (anodik) - sepotong logam yang lebih aktif (pelindung) dipasang pada struktur logam yang dilindungi, yang berfungsi sebagai anoda dan dihancurkan dengan adanya elektrolit. Magnesium, aluminium, dan seng digunakan sebagai pelindung untuk melindungi lambung kapal, saluran pipa, kabel, dan produk bergaya lainnya;
Katoda - struktur logam terhubung ke katoda sumber arus eksternal, yang menghilangkan kemungkinan kehancuran anodiknya
5. Perlakuan khusus terhadap elektrolit atau lingkungan di mana struktur logam yang dilindungi berada.
Diketahui bahwa pengrajin Damaskus menghilangkan kerak dan
Untuk memerangi karat, mereka menggunakan larutan asam sulfat dengan penambahan ragi bir, tepung, dan pati. Ini membawa dan merupakan salah satu penghambat pertama. Mereka tidak membiarkan asam bekerja pada logam senjata; akibatnya, hanya kerak dan karat yang larut. Untuk tujuan ini, pembuat senjata Ural menggunakan sup acar - larutan asam sulfat dengan tambahan dedak tepung.
Contoh penggunaan inhibitor modern: asam klorida selama transportasi dan penyimpanan “dijinakkan” dengan sempurna oleh turunan butilamin. dan asam sulfat - asam nitrat; dietilamina yang mudah menguap disuntikkan ke dalam berbagai wadah. Perhatikan bahwa inhibitor hanya bekerja pada logam, membuatnya pasif terhadap lingkungan, misalnya terhadap larutan asam. Ilmu pengetahuan mengetahui lebih dari 5 ribu inhibitor korosi.
Menghilangkan oksigen terlarut dalam air (deaerasi). Proses ini digunakan dalam persiapan air yang masuk ke pabrik boiler.
Metode untuk memperoleh logam
Aktivitas kimia logam yang signifikan (interaksi dengan oksigen atmosfer, non-logam lainnya, air, larutan garam, asam) mengarah pada fakta bahwa di kerak bumi mereka ditemukan terutama dalam bentuk senyawa: oksida, sulfida, sulfat, klorida , karbonat, dll.
Dalam bentuk bebas, logam ditemukan dalam rangkaian tegangan di sebelah kanan hidrogen, meskipun tembaga dan merkuri lebih sering ditemukan di alam dalam bentuk senyawa.
Mineral dan batuan yang mengandung logam dan senyawanya, yang secara teknis memungkinkan dan ekonomis untuk mengisolasi logam murni, disebut bijih.
Memperoleh logam dari bijih adalah tugas metalurgi.
Metalurgi juga merupakan ilmu tentang metode industri untuk memperoleh logam dari bijih. dan sektor industri.
Setiap proses metalurgi adalah proses reduksi ion logam dengan menggunakan berbagai zat pereduksi.
Untuk melaksanakan proses ini, perlu memperhitungkan aktivitas logam, memilih zat pereduksi, mempertimbangkan kelayakan teknologi, faktor ekonomi dan lingkungan. Sesuai dengan ini, ada metode berikut untuk memperoleh logam: pirometalurgi. hidrometalurgi, elektrometalurgi.
Pyrometallurgy adalah reduksi logam dari bijih pada suhu tinggi dengan bantuan karbon, karbon oksida (II). hidrogen, logam - aluminium, magnesium.
Misalnya, timah diperoleh dari kasiterit, dan tembaga dari kuprit melalui kalsinasi dengan batu bara (kokas). Bijih sulfida pertama-tama dipanggang dengan adanya udara, dan kemudian oksida yang dihasilkan direduksi dengan batubara. Logam juga diisolasi dari bijih karbonat dengan memompanya dengan batu bara, karena karbonat terurai ketika dipanaskan, berubah menjadi oksida, dan oksida direduksi dengan batu bara.
Hidrometalurgi adalah reduksi logam dengan garamnya dalam larutan. Prosesnya berlangsung dalam 2 tahap:
1) senyawa alami dilarutkan dalam reagen yang sesuai untuk memperoleh larutan garam logam;
2) dari larutan yang dihasilkan, logam ini digantikan oleh logam yang lebih aktif atau direduksi dengan elektrolisis. Misalnya, untuk memperoleh tembaga dari bijih yang mengandung tembaga oksida CuO, ia diolah dengan sulfur dioksida encer.
Kemudian tembaga dihilangkan dari larutan garam baik dengan elektrolisis atau dengan mengganti sulfat dengan besi. Dengan cara ini diperoleh perak, seng, molibdenum, emas, dan uranium.
Elektrometalurgi adalah reduksi logam dalam proses elektrolisis larutan atau peleburan senyawanya.
Elektrolisa
Jika elektroda diturunkan ke dalam larutan atau lelehan elektrolit dan arus listrik konstan dilewatkan, ion akan bergerak secara terarah: kation - menuju katoda (elektroda bermuatan negatif), anion - menuju anoda (elektroda bermuatan positif).
Di katoda, kation menerima elektron dan tereduksi; di anoda, anion melepaskan elektron dan teroksidasi. Proses ini disebut elektrolisis.
Elektrolisis adalah proses redoks yang terjadi pada permukaan listrik ketika arus listrik melewati larutan cair atau elektrolit.
Contoh paling sederhana dari proses tersebut adalah elektrolisis garam cair. Mari kita perhatikan proses elektrolisis lelehan natrium klorida. Lelehan mengalami proses disosiasi termal. Di bawah pengaruh arus listrik, kation berpindah ke katoda dan menerima elektron darinya.
Logam natrium terbentuk di katoda, dan gas klor terbentuk di anoda.
Hal utama yang harus Anda ingat: dalam proses elektrolisis, terjadi reaksi kimia dengan menggunakan energi listrik, yang tidak dapat terjadi secara spontan.
Situasinya lebih rumit dalam kasus elektrolisis larutan elektrolit.
Dalam larutan garam, selain ion logam dan residu asam, terdapat molekul air. Oleh karena itu, ketika mempertimbangkan proses pada elektroda, perlu memperhitungkan partisipasinya dalam elektrolisis.
Untuk menentukan produk elektrolisis larutan elektrolit dalam air, ada aturan berikut.
1. Proses di katoda tidak bergantung pada bahan katoda pembuatnya, tetapi pada kedudukan logam (kation elektrolit) dalam rangkaian tegangan elektrokimia, dan jika:
1.1. Kation elektrolit terletak pada rangkaian tegangan di awal rangkaian (sepanjang Al inklusif), kemudian di katoda terjadi proses reduksi air (pelepasan hidrogen). Kation logam tidak tereduksi; mereka tetap berada dalam larutan.
1.2. Kation elektrolit berada pada rentang tegangan antara aluminium dan hidrogen, kemudian di katoda molekul logam dan air tereduksi secara bersamaan.
1.3. Kation elektrolit berada pada rangkaian tegangan setelah hidrogen, kemudian kation logam tereduksi di katoda.
1.4. Larutannya mengandung kation dari logam yang berbeda, kemudian kation logam yang berada pada rangkaian tegangan dikurangi
Aturan-aturan ini tercermin dalam Diagram 10.
2. Proses di anoda bergantung pada bahan anoda dan sifat annon (Skema 11).
2.1. Jika anoda larut (besi, seng, tembaga, perak dan semua logam yang teroksidasi selama elektrolisis), maka logam anoda teroksidasi, terlepas dari sifat anionnya. 2.2. Jika anoda tidak larut (disebut inert - grafit, emas, platinum), maka:
a) selama elektrolisis larutan garam asam bebas oksigen (pro me fluorida), proses oksidasi anion terjadi di anoda;
b) selama elektrolisis larutan garam yang mengandung oksigen dan fluorida, proses oksidasi air terjadi di anoda. Anion tidak teroksidasi, mereka tetap berada dalam larutan;
Elektrolisis lelehan dan larutan zat banyak digunakan dalam industri:
1. Untuk memperoleh logam (aluminium, magnesium, natrium, kadmium hanya diperoleh dengan elektrolisis).
2. Menghasilkan hidrogen, halogen, basa.
3. Untuk pemurnian logam - pemurnian (pemurnian tembaga, nikel, timbal dilakukan dengan metode elektrokimia).
4. Untuk melindungi logam dari korosi - penerapan lapisan pelindung berupa lapisan tipis logam lain yang tahan terhadap korosi (krom, nikel, tembaga, perak, emas) - pelapisan listrik.
5. Memperoleh salinan dan catatan logam - pelapisan listrik.
Tugas praktis
1. Bagaimana hubungan struktur logam dengan letaknya pada subkelompok utama dan sekunder Tabel Periodik Unsur Kimia D. I. Mendeleev?
2. Mengapa logam alkali dan alkali tanah memiliki bilangan oksidasi tunggal dalam senyawanya: masing-masing (+1) dan (+2), dan mengapa logam dari subkelompok sekunder, pada umumnya, menunjukkan bilangan oksidasi yang berbeda dalam senyawanya?
3. Bilangan oksidasi apa yang dapat ditunjukkan oleh mangan? Oksida hidrokarbon apa yang sesuai dengan mangan pada keadaan oksidasi ini? Apa karakter mereka?
4. Bandingkan struktur elektronik atom unsur golongan VII: mangan dan klor. Jelaskan perbedaan sifat kimianya dan adanya perbedaan bilangan oksidasi atom pada kedua unsur.
5. Mengapa kedudukan logam dalam rangkaian tegangan elektrokimia tidak selalu sesuai dengan kedudukannya dalam Tabel Periodik D.I.
9. Tuliskan persamaan reaksi natrium dan magnesium dengan asam asetat. Dalam hal apa dan mengapa laju reaksi akan lebih besar?
11. Metode memperoleh logam apa yang Anda ketahui? Apa inti dari semua metode?
14. Apa itu korosi? Jenis korosi apa yang anda ketahui? Manakah di antara mereka yang mewakili proses fisika-kimia?
15. Dapatkah proses berikut dianggap korosi: a) oksidasi besi selama pengelasan listrik, b) interaksi seng dengan asam klorida dalam produksi asam acar untuk menyolder? Berikan jawaban yang masuk akal.
17. Produk mangan berada di dalam air dan bersentuhan dengan produk tembaga. Akankah keduanya tetap tidak berubah?
18. Akankah suatu struktur besi terlindung dari korosi elektrokimia dalam air jika diletakkan di atasnya pelat logam lain: a) magnesium, b) timbal, c) nikel?
19. Untuk tujuan apa permukaan tangki penyimpanan produk minyak bumi (bensin, minyak tanah) dicat dengan perak - campuran bubuk aluminium dengan salah satu minyak nabati?
20. Pada permukaan tanah asam di kebun terdapat pipa besi yang disisipkan keran kuningan. Apa yang akan terkena korosi: pipa dan keran? Di manakah kerusakan paling parah terjadi?
21. Apa perbedaan elektrolisis lelehan dengan elektrolisis larutan air?
22*. Logam apa yang dapat diperoleh dengan elektrolisis garam cair dan tidak dapat diperoleh dengan elektrolisis larutan berair dari zat-zat tersebut?
23*. Tuliskan persamaan elektrolisis barium klorida dalam: a) lelehan, b) larutan
28. 1-4 g serbuk besi ditambahkan ke dalam larutan yang mengandung 27 g tembaga(II) klorida. Berapa massa tembaga yang dilepaskan akibat reaksi ini?
Jawaban: 12,8 gram.
29. Berapa massa seng sulfat yang dapat diperoleh dengan mereaksikan kelebihan seng dengan 500 ml larutan asam sulfat 20% dengan massa jenis 1,14 g/ml?
Jawaban: 187,3 gram.
31. Ketika 8 g campuran magnesium dan magnesium oksida diolah dengan asam klorida, 5,6 liter hidrogen (n, y.) dilepaskan. Berapa fraksi massa (dalam %) bulan JUNI dalam campuran aslinya?
Jawaban: 75%.
34. Tentukan fraksi massa (dalam persen) karbon dalam baja (paduan besi dan karbon), jika ketika sampel dibakar dengan berat 10 g dalam aliran oksigen, 0,28 l karbon (IV) oksida (n.s.) dikumpulkan.
Jawaban: 1,5%.
35. Sampel natrium seberat 0,5 g dimasukkan ke dalam air. Netralisasi larutan yang dihasilkan tidak memerlukan 29,2 g asam klorida 1,5%. Berapa fraksi massa (persentase) natrium dalam sampel?
Jawaban: 55,2%.
36. Paduan tembaga dan aluminium diolah dengan larutan natrium hidroksida berlebih, dan gas dengan volume 1,344 l (no.) dilepaskan. Residu setelah reaksi dilarutkan dalam asam nitrat, kemudian larutan diuapkan dan dikalsinasi hingga massa konstan, yang ternyata sama dengan 0,4 g. Komposisi paduan apa? Jawaban: 1,08 g Al 0,32 g Cu atau 77,14% Al 22,86% Cu.
37. Berapa massa besi tuang yang mengandung 94% besi yang dapat diperoleh dari 1 ton bijih besi merah (Fe2O3) yang mengandung 20% pengotor?
Jawab : 595,74kg.
Logam di alam
Jika Anda mempelajari kimia dengan cermat di kelas sebelumnya, Anda pasti tahu bahwa tabel periodik berisi lebih dari sembilan puluh jenis logam dan sekitar enam puluh di antaranya dapat ditemukan di lingkungan alam.
Logam yang terbentuk secara alami secara kasar dapat dibagi menjadi beberapa kelompok berikut:
Logam yang terdapat di alam dalam bentuk bebas;
logam yang berbentuk senyawa;
logam yang terdapat dalam bentuk campuran, yaitu dapat dalam bentuk bebas maupun dalam bentuk senyawa.
Berbeda dengan unsur kimia lainnya, logam cukup banyak ditemukan di alam dalam bentuk zat sederhana. Mereka biasanya memiliki negara asal. Logam-logam yang disajikan dalam bentuk zat sederhana antara lain emas, perak, tembaga, platina, merkuri dan lain-lain.
Namun tidak semua logam yang ditemukan di lingkungan alami ada dalam keadaan aslinya. Beberapa logam dapat ditemukan dalam bentuk senyawa dan disebut mineral.
Selain itu, unsur-unsur kimia seperti perak, merkuri dan tembaga dapat ditemukan baik dalam bentuk aslinya maupun dalam bentuk senyawa.
Semua mineral yang nantinya dapat diperoleh logam disebut bijih. Di alam terdapat bijih yang mengandung zat besi. Senyawa ini disebut bijih besi. Dan jika komposisinya mengandung tembaga, maka senyawa tersebut disebut bijih tembaga.
Tentu saja, logam yang paling umum di alam adalah logam yang aktif berinteraksi dengan oksigen dan belerang. Mereka biasanya disebut oksida logam dan sulfida.
Unsur umum yang membentuk logam adalah aluminium. Aluminium ditemukan di tanah liat dan juga ditemukan di batu permata seperti safir dan rubi.
Logam terpopuler dan tersebar luas kedua adalah besi. Biasanya ditemukan di alam dalam bentuk senyawa, dan dalam bentuk aslinya hanya dapat ditemukan sebagai bagian dari batu meteorit.
Logam paling umum berikutnya di lingkungan alam, atau lebih tepatnya di kerak bumi, adalah magnesium, kalsium, natrium, dan kalium.
Memegang koin di tangan Anda, Anda mungkin memperhatikan bahwa bau khas terpancar dari koin tersebut. Namun ternyata itu bukanlah bau logam, melainkan bau yang berasal dari senyawa yang terbentuk ketika logam bersentuhan dengan keringat manusia.
Tahukah Anda bahwa Swiss memproduksi emas batangan dalam bentuk coklat batangan yang dapat dipecah-pecah dan digunakan sebagai hadiah atau alat pembayaran? Perusahaan memproduksi coklat batangan dari emas, perak, platinum dan paladium. Jika ubin seperti itu dipecah menjadi beberapa bagian, maka masing-masing ubin hanya memiliki berat satu gram.
Selain itu, paduan logam seperti nitinol memiliki sifat yang cukup menarik. Ini unik karena memiliki efek memori dan ketika dipanaskan, produk cacat yang terbuat dari paduan ini dapat kembali ke bentuk aslinya. Bahan unik dengan apa yang disebut memori digunakan untuk membuat busing. Mereka cenderung menyusut pada suhu rendah, dan pada suhu kamar, busing ini menjadi lurus dan sambungan ini bahkan lebih andal daripada pengelasan. Dan fenomena ini terjadi karena paduan ini memiliki struktur termoelastis.
Pernahkah Anda bertanya-tanya mengapa biasanya menambahkan paduan perak atau tembaga pada perhiasan emas? Ternyata hal ini dikarenakan emas murni sangat lembut dan mudah tergores bahkan dengan kuku.
