Металлы, легко вступающие в реакции, называются активными металлами. К ним относятся щелочные, щелочноземельные металлы и алюминий.
Положение в таблице Менделеева
Металлические свойства элементов ослабевают слева направо в периодической таблице Менделеева. Поэтому наиболее активными считаются элементы I и II групп.
Рис. 1. Активные металлы в таблице Менделеева.
Все металлы являются восстановителями и легко расстаются с электронами на внешнем энергетическом уровне. У активных металлов всего один-два валентных электрона. При этом металлические свойства усиливаются сверху вниз с возрастанием количества энергетических уровней, т.к. чем дальше электрон находится от ядра атома, тем легче ему отделиться.
Наиболее активными считаются щелочные металлы:
Ряд активности металлов #Shorts
К щелочноземельным металлам относятся:
- бериллий;
- магний;
- кальций;
- стронций;
- барий;
- радий.
Узнать степень активности металла можно по электрохимическому ряду напряжений металлов. Чем левее от водорода расположен элемент, тем более он активен. Металлы, стоящие справа от водорода, малоактивны и могут взаимодействовать только с концентрированными кислотами.
Рис. 2. Электрохимический ряд напряжений металлов.
К списку активных металлов в химии также относят алюминий, расположенный в III группе и стоящий левее водорода. Однако алюминий находится на границе активных и среднеактивных металлов и не реагирует с некоторыми веществами при обычных условиях.
Литий
При внесении уточнений и рассмотрения наиболее электрохимически активного элемента становится очевидно, что лидирующее положение в плане активности займет литий. Название данного элемента переводится как «камень» – связано это с тем, что он был обнаружен в петалите (минерал). Металл, обладающий серебристым цветом, тонет в воде, но уверенно держится на поверхности керосина. По электрохимической активности данный элемент превосходит все остальные щелочные элементы, вытесняя другие металлы при химических реакциях. Это главное свойство лития является определяющим для остальных его характеристик.
Электрохимический ряд активности металлов и его связь с процессом электроэкстракции
Свойства
Активные металлы отличаются мягкостью (можно разрезать ножом), лёгкостью, невысокой температурой плавления.
Основные химические свойства металлов представлены в таблице.
– 2K + 2HMnO4 → 2KMnO4 + H2
– 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2; – 2NaOH + CuCl2 → Cu(OH)2↓ + 2NaCl
Активные металлы легко вступают в реакции, поэтому в природе находятся только в составе смесей – минералов, горных пород.
Рис. 3. Минералы и чистые металлы.
История открытия
Его открытие принадлежит немецким исследователям Р. Бунзену и Г. Кирхгофу. Уже тогда ученые интересовались, какие металлы активные, а какие – нет. В 1860 году исследователи изучали состав воды из Дюркгеймского водохранилища. Делали они это при помощи спектрального анализа. В образце воды ученые обнаружили такие элементы, как стронций, магний, литий, кальций.
Затем они решили проанализировать каплю воды при помощи спектроскопа. Тогда они и увидели две ярко-голубые линии, находящиеся недалеко друг от друга. Одна из них по своему положению практически совпадала с линией металла стронция. Ученые решили, что выявленное ими вещество является неизвестным и отнесли его к группе щелочных металлов.
В том же году Бунзен написал письмо своему коллеге-фотохимику Г. Роско, в котором рассказывал об этом открытии. А официально о цезии было сообщено 10 мая 1860 года на заседании ученых Берлинской академии. Через шесть месяцев Бунзен смог выделить около 50 граммов хлороплатинита цезия. Ученые переработали 300 тонн минеральной воды и выделили порядка 1 кг хлорида лития в качестве побочного продукта, чтобы в конечном счете получить самый активный металл. Это говорит о том, что цезия в минеральных водах содержится очень мало.
Сложность получения цезия постоянно толкает ученых на поиск содержащих его минералов, одним из которых является поллуцит. Но извлечение цезия из руд всегда оказывается неполным, в процессе эксплуатации цезий очень быстро рассеивается. Это делает его одним из самых труднодоступных веществ в металлургии. В земной коре, к примеру, содержится 3,7 граммов цезия на одну тонну.
А в одном литре морской воды лишь 0,5 мкг вещества представляют собой самый активный металл. Это приводит к тому, что извлечение цезия является одним из самых трудоемких процессов.
Что мы узнали?
К активным металлам относятся элементы I и II групп – щелочные и щелочноземельные металлы, а также алюминий. Их активность обусловлена строением атома – немногочисленные электроны легко отделяются от внешнего энергетического уровня. Это мягкие лёгкие металлы, быстро вступающие в реакцию с простыми и сложными веществами, образуя оксиды, гидроксиды, соли. Алюминий находится ближе к водороду и для его реакции с веществами требуются дополнительные условия – высокие температуры, разрушение оксидной плёнки.
Каким способом был открыт цезий?
Самый активный металл был первым химическим элементом, наличие которого в поверхности земной коры было обнаружено при помощи метода спектрального анализа. Когда ученые получили спектр металла, то в нем они увидели две линии небесно-голубого цвета. Таким образом и получил свое название этот элемент. Слово caesius в переводе с латинского языка значит «небесно-голубой».
Сравнение самых активных металлов
Унуненний – это пока еще не открытый металл. Он будет занимать первое место в восьмой строке периодической системы. Разработка и исследования этого элемента проводятся в России в Объединенном институте ядерных исследований. Этот металл должен будет обладать также очень высокой активностью. Если же сравнивать уже известные франций и цезий, то самым высоким потенциалом ионизации – 380 кДж/моль – будет обладать франций.
У цезия этот показатель составляет 375 кДж/моль. Но реагирует франций все же не так быстро, как цезий. Таким образом, цезий – самый активный металл. Это – ответ (химия чаще всего является тем предметом, в программе которого можно встретить подобный вопрос), который может быть полезным как на уроке в школе, так и в профессионально-техническом училище.
Тест по теме
- /10
Вопрос 1 из 10
Какой из металлов наиболее активный?
Чтобы попасть сюда — пройдите тест.
- Александр Котков 10/10
- Лидия Маслова 10/10
- Анна Богданова 10/10
- Сергей Ефремов 7/10
Получение в России
Как было указано, главным минералом, из которого получают цезий, является поллуцит. А также этот наиболее активный металл можно получить из редкого авогадрита. В промышленности используется именно поллуцит. Добыча его после распада Советского Союза в России не велась, несмотря на то что еще в те времена были обнаружены гигантские запасы цезия в Вороньей тундре под Мурманском.
К тому моменту, когда отечественная промышленность смогла позволить себе добычу цезия, лицензия на разработку этого месторождения была приобретена компанией из Канады. Сейчас извлечение цезия производит новосибирская .
Применение
Общие химические свойства металлов используются для создания сплавов, моющих средств, применяются в каталитических реакциях. Металлы присутствуют в аккумуляторах, электронике, в несущих конструкциях.
Основные отрасли применения указаны в таблице.
| Отрасль | Производство | Металлы |
| Химическая промышленность | Катализаторы, соли, щёлочи | Pt, Fe, Ni, K |
| Пищевая промышленность | Поваренная соль (NaCl), сода (Na2CO3, NaHCO3) | Na, Ca, Ag |
| Металлургия | Сплавы, покрытия, детали разной формы, проволока, облицовка, строительные материалы и инструменты | Fe, Cr, Ni, W, Mo |
| Приборостроение | Микросхемы, фотоэлементы, датчики | Cs, Co, Ni, Cu |
| Ювелирная промышленность | Украшения | Au, Pt, Ag |
| Медицина | Протезы | Ti, Ni, Au |
Рис. 3. Висмут.
Металл франций
Еще одним из металлов с самыми интенсивными свойствами является франций. Он получил свое название в честь родины первооткрывательницы металла. М. Пере, родившаяся во Франции, открыла новый химический элемент в 1939 году. Он принадлежит к числу таких элементов, о которых даже сами исследователи-химики затрудняются делать какие-либо выводы.
Франций является самым тяжелым металлом. При этом и самый активный металл – это франций, наряду с цезием. Этим редким сочетанием – высокой химической активностью и низкой ядерной устойчивостью и обладает франций. У его самого долгоживущего изотопа период полураспада составляет всего лишь 22 минуты. Франций используется для обнаружения другого элемента – актиния.
А также соли франция раньше предлагалось применять для обнаружения раковых опухолей. Однако из-за высокой стоимости эту соль невыгодно производить.
Использование цезия
Этот металл используется для изготовления различных фотоэлементов. А также соединения цезия применяются в специальных отраслях оптики – в изготовлении инфракрасных приборов, биноклей ночного видения. Цезий используют в изготовлении прицелов, которые позволяют заметить технику и живую силу врага. Также его применяют для изготовления особых металлогалогенных ламп.
Но этим не исчерпывается круг его применения. На основе цезия был создан также ряд медицинских препаратов. Это лекарства для лечения дифтерии, язвенных болезней, шоков и шизофрении. Как и соли лития, соли цезия обладают нормотимическими свойствами – или, попросту, способны стабилизировать эмоциональный фон.
Источник: miminonino.ru
Самый активный металл — это какой?
Металлические свойства элементов ослабевают слева направо в периодической таблице Менделеева. Поэтому наиболее активными считаются элементы I и II групп.
Рис. 1. Активные металлы в таблице Менделеева.
Все металлы являются восстановителями и легко расстаются с электронами на внешнем энергетическом уровне. У активных металлов всего один-два валентных электрона. При этом металлические свойства усиливаются сверху вниз с возрастанием количества энергетических уровней, т.к. чем дальше электрон находится от ядра атома, тем легче ему отделиться.
Наиболее активными считаются щелочные металлы:
- литий;
- натрий;
- калий;
- рубидий;
- цезий;
- франций.
К щелочноземельным металлам относятся:
- бериллий;
- магний;
- кальций;
- стронций;
- барий;
- радий.
Узнать степень активности металла можно по электрохимическому ряду напряжений металлов. Чем левее от водорода расположен элемент, тем более он активен. Металлы, стоящие справа от водорода, малоактивны и могут взаимодействовать только с концентрированными кислотами.
Рис. 2. Электрохимический ряд напряжений металлов.
К списку активных металлов в химии также относят алюминий, расположенный в III группе и стоящий левее водорода. Однако алюминий находится на границе активных и среднеактивных металлов и не реагирует с некоторыми веществами при обычных условиях.
Цезий
Если рассматривать просто активный элемент, то лидером среди таковых считается цезий. Известно, что в таблице Менделеева такой параметр, как активность, имеет свойство увеличиваться по направлению справа налево и сверху вниз. В находящихся в правой группе элементах на внешнем слое располагается 1 электрон, от которого атом избавляется довольно просто.
Если бы электронов присутствовало 2 (как у веществ из второй группы), то отделение электронов занимало бы еще больше времени (и так дальше). Однако и в первой группе элементы являются по своей активности совершенно не одинаковыми. Чем в более нижней строчке располагается вещество, тем на более далеком расстоянии от ядра вращается электрон, а, следовательно, оторваться от ядра ему проще. Данным приведенным условиям полностью соответствует такой металл, как цезий. Именно поэтому его и можно отнести к наиболее активным.
Цезий открыт методом спектрального анализа (в 1860г.). За ярко-голубую полосу на спектроскопе металл назвали «цезием» («небесно-голубой» в переводе с латинского). Металл обладает наибольшей химической активностью, мгновенно окисляется на воздухе, возгорая при этом, а также реагирует с водой с образованием взрыва. Из-за своих свойств цезий применяют во многих отраслях промышленности и науки. Однако применение его очень избирательно, поскольку металл является дорогостоящим из-за затратности его добычи.
Свойства
Активные металлы отличаются мягкостью (можно разрезать ножом), лёгкостью, невысокой температурой плавления.
Основные химические свойства металлов представлены в таблице.
– 2K + 2HMnO4 → 2KMnO4 + H2
– 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2; – 2NaOH + CuCl2 → Cu(OH)2↓ + 2NaCl
Активные металлы легко вступают в реакции, поэтому в природе находятся только в составе смесей – минералов, горных пород.
Источник: wotakks.ru
Почему цезия нет в ряду активности металлов
Есть такой миф, будто самый опасный радионуклид — это стронций-90. Откуда взялась эта мрачная популярность? Ведь в работающем ядерном реакторе образуется 374 искусственных радионуклида, из них одного стронция — 10 разных изотопов. Нет, подавай нам стронций не абы какой, а именно стронций-90.
Возможно, в головах читателей мелькает смутная мысль о таинственном периоде полураспада, о долгоживущих и короткоживущих радионуклидах? Что же, попробуем разобраться. Кстати, не пугайтесь слова радионуклид. Сегодня этим термином принято называть радиоактивные изотопы. Именно так — радионуклид, а не исковерканный «радионуклеид» или даже «радионуклеотид».
Со взрыва первой атомной бомбы прошло 70 лет, и многие термины обновились. Сегодня вместо «атомный котёл» мы говорим: «ядерный реактор», вместо «радиоактивные лучи» — «ионизирующие излучения», ну, а вместо «радиоактивный изотоп» — «радионуклид».
Но вернемся к стронцию. И в самом деле, всенародная любовь к стронцию-90 связана с его периодом полураспада. А кстати, что это такое: период полураспада? Дело в том, что радионуклиды тем и отличаются от стабильных изотопов, что их ядра неустойчивы, нестабильны. Рано или поздно они распадаются — это и называется радиоактивным распадом.
При этом радионуклиды, превращаясь в другие изотопы, испускают эти самые ионизирующие излучения. Так вот, различные радионуклиды нестабильны в разной степени. Одни распадаются очень медленно, в течение сотен, тысяч, миллионов и даже миллиардов лет. Их называют долгоживущими радионуклидами. Например, все природные изотопы урана — долгоживущие.
А есть короткоживущие радионуклиды, они распадаются быстро: в течение секунд, часов, суток, месяцев. Но радиоактивный распад всегда происходит по одному и тому же закону (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Закон радиоактивного распада
Сколько бы мы ни взяли радионуклида (тонну или миллиграмм), половина этого количества всегда распадается за одинаковый (для данного радионуклида) промежуток времени. Его-то и называют «периодом полураспада» и обозначают: Т
Повторим: этот временной промежуток уникален и неизменен для каждого радионуклида. Можно делать что угодно с тем же стронцием-90: нагревать, охлаждать, сжимать под давлением, облучать лазером, — всё равно половина любой порции стронция распадётся за 29,1 лет, половина оставшегося количества — ещё в течение 29,1 лет и так далее. Считается, что через 20 периодов полураспада радионуклид исчезает полностью.
Чем быстрее распадается радионуклид, тем он более радиоактивен, ведь каждый распад сопровождается выбросом одной порции ионизирующего излучения в виде альфа- или бета-частицы, иногда «в сопровождении» гамма-излучения («чистого» гамма-распада в природе не существует). Но что значит «большая» или «маленькая» радиоактивность, в чём её измерить?
Для этой цели используют понятие активность. Активность позволяет оценить интенсивность радиоактивного распада в цифрах. Если в секунду происходит один распад, говорят: «Активность радионуклида равна одному беккерелю (1 Бк)». А раньше использовали намного более крупную единицу — кюри: 1 Ки = 37 миллиардов Бк.
Конечно, сравнивать следует одинаковые количества разных радионуклидов, например 1 кг или 1 мг. Активность единицы массы радионуклида называют удельной активностью. Вот она-то, эта самая удельная активность, обратно пропорциональна периоду полураспада данного радионуклида (так, надо передохнуть). Давайте сравним эти характеристики для самых известных радионуклидов (таблица).
Так почему же всё-таки стронций-90? Вроде бы ничем особенным не выделяется — так, серединка на половинку. И как раз в этом всё дело! Сначала попробуем ответить на один (сразу предупреждаю) провокационный вопрос. Какие радионуклиды опаснее: короткоживущие или долгоживущие?
Так, мнения разделились.
Таблица 2.1. Радиационные характеристики некоторых радионуклидов
С одной стороны, опаснее короткоживущие: они более активны. А с другой стороны, после быстрого распада «коротышей» проблема радиации исчезает. Кто постарше, помнит: сразу после чернобыльской аварии больше всего шума было вокруг радиоактивного йода. Короткоживущий йод-131 подорвал здоровье многих чернобыльцев. Зато сегодня с этим радионуклидом проблем нет.
Уже через полгода после аварии выброшенный из реактора йод-131 распался, даже следа не осталось.
Теперь о долгоживущих изотопах. Их период полураспада может составлять миллионы и миллиарды лет. Такие нуклиды малоактивны. Поэтому в Чернобыле не было, нет и не будет проблем с радиоактивным загрязнением территорий ураном. Хотя по массе выброшенных из реактора химических элементов лидировал именно уран, причём с большим отрывом.
Но кто же измеряет радиацию в тоннах? По активности, по беккерелям уран не представляет серьёзной опасности: слишком долгоживущий.
И вот теперь мы подошли к ответу на вопрос о стронции-90. У этого изотопа период полураспада равен 29 лет. Очень «противный» срок, ибо соизмерим с продолжительностью жизни человека. Стронций-90 достаточно долгоживущий, чтобы загрязнить территорию на десятки и сотни лет. Но не настолько долгоживущий, чтобы иметь низкую удельную активность.
По значению периода полураспада к стронцию очень близок цезий-137 (30 лет). Вот почему при радиационных авариях именно эта «сладкая парочка» создаёт большую часть «долгоиграющих» проблем. Кстати, в негативных последствиях чернобыльской аварии гамма-активный (потерпите три странички) цезий виновен сильнее «чистого» бета-излучателя стронция.
А пройдет лет шестьсот, и в зоне чернобыльской аварии не останется ни цезия, ни стронция. И тогда на первое место выйдет… Вы уже догадались, верно? Плутоний! Но мы ещё далеки от понимания главной проблемы — опасности разных радионуклидов для здоровья. Ведь период полураспада, как и удельная активность, напрямую с такой опасностью не связан.
Эти свойства характеризуют лишь сам радионуклид.
Возьмём, к примеру, одинаковые количества урана-238 и стронция-90: одинаковые по активности, а конкретно — по миллиарду беккерелей каждого. Для урана-238 — это около 80 кг, а для стронция-90 — всего 0,2 мг. Будет ли отличаться их опасность для здоровья? Как небо от земли!
Рядом со слитком урана массой 80 кг можно спокойно стоять, можно посидеть на нём безо всякого вреда для здоровья, ведь почти все альфа-частицы, образующиеся в процессе распада урана, останутся внутри слитка. А вот такое же по активности и при этом ничтожно малое по массе количество стронция-90 чрезвычайно опасно. Если человек находится рядом без средств защиты, то за короткое время он получит как минимум радиационные ожоги глаз и кожи.
Знаете, на что похожа удельная активность? Тут напрашивается аналогия — скорострельность оружия. Помните, что вопрос об опасности долго- и короткоживущих радионуклидов — провокационный? Так оно и есть! Всё равно, что спросить: «Какое оружие опасней: которое делает сто выстрелов в минуту или один выстрел в час?».
Здесь важнее другое: калибр оружия, чем оно стреляет и, самое главное, долетит ли пуля до цели, поразит ли её, и какие при этом будут повреждения?
Начнём с простого — с «калибра». Вы наверняка и раньше слышали об альфа-, бета- и гамма-излучениях. Именно эти виды излучений образуются при радиоактивных распадах (вернёмся к таблице 1). У таких излучений имеются как общие свойства, так и различия.
Общие свойства: все три вида излучений относят к ионизирующим. Что это значит? Энергия излучений чрезвычайно высока. Настолько, что при попадании в другой атом они выбивают с его орбиты электрон. Атом-мишень при этом превращается в положительно заряженный ион (вот почему излучения — ионизирующие).
Именно высокая энергия отличает ионизирующие излучения от всех прочих излучений, например, от микроволнового или ультрафиолетового.
Чтобы стало совсем понятно, представим атом. При огромном увеличении он выглядит как маковое зерно (ядро атома), окружённое тончайшей сферической плёнкой типа мыльного пузыря диаметром несколько метров (электронная оболочка). И вот из нашего зёрнышка-ядра вылетает совсем крошечная пылинка, альфа- или бета-частица. Так выглядит радиоактивный распад. При испускании заряженной частицы заряд ядра изменяется, а значит, образуется новый химический элемент.
А наша пылинка мчится с огромной скоростью и врезается в электронную оболочку другого атома, выбивая из неё электрон. Атом-мишень, потеряв электрон, превращается в положительно заряженный ион. Но химический элемент остаётся прежним: ведь число протонов в ядре не изменилось. Такая ионизация — процесс химический: то же самое происходит с металлами при растворении в кислотах.
Вот по такой способности ионизировать атомы разные виды излучений и относят к радиоактивным. Ионизирующие излучения могут возникать не только в результате радиоактивного распада. Их источником может служить: реакция деления (атомный взрыв или ядерный реактор), реакция синтеза лёгких ядер (Солнце и другие звёзды, водородная бомба), ускорители заряженных частиц и рентгеновская трубка (сами по себе эти устройства не радиоактивны). Главное отличие радиации — высочайшая энергия ионизирующих излучений.
Различия же альфа-, бета- и гамма-излучений определяются их природой. В конце 19-го века, когда была открыта радиация, никто не знал, что это за «зверь». И вновь открываемые «радиоактивные лучи» просто обозначали первыми буквами греческого алфавита.
Сперва открыли альфа-лучи, испускаемые при распаде тяжёлых радионуклидов — урана, радия, тория, радона. Природу же альфа-частиц выяснили уже после их открытия. Оказалось, что это летящие с огромной скоростью ядра атомов гелия. То есть тяжёлые положительно заряженные «пакеты» из двух протонов и двух нейтронов. Эти «крупнокалиберные» частицы далеко пролететь не могут.
Даже в воздухе они проходят не более нескольких сантиметров, а лист бумаги или, скажем, внешний омертвевший слой кожи (эпидермис) задерживает их полностью.
Бета-частицы при ближайшем рассмотрении оказались обычными электронами, но опять же летящими с огромной скоростью. Они значительно легче альфа-частиц, и электрический заряд у них поменьше. Такие «мелкокалиберные» частицы глубже проникают в разные материалы. В воздухе бета-частицы пролетают несколько метров, их способны задержать: тонкий лист металла, оконное стекло и обычная одежда. Внешнее облучение обычно приводит к ожогу хрусталика глаза или кожи, подобно солнечному ультрафиолету.
И, наконец, гамма-излучение. Оно имеет ту же природу, что и видимый свет, ультрафиолетовые, инфракрасные лучи или радиоволны. То есть гамма-лучи — это электромагнитное (фотонное) излучение, но с чрезвычайно высокой энергией фотонов. Или, другими словами, с очень короткой длиной волны (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Шкала электромагнитных излучений
Гамма-излучение имеет очень высокую проникающую способность. Она зависит от плотности облучаемого материала и оценивается толщиной слоя половинного ослабления. Чем плотнее материал, тем лучше он задерживает гамма-лучи. Именно поэтому для защиты от гамма-излучения чаще используют бетон или свинец. В воздухе гамма-лучи могут пройти десятки, сотни и даже тысячи метров.
Для других материалов толщина слоя половинного ослабления показана на рис. 2.3.
Рис. 2.3 — Значение слоёв половинного ослабления гамма-излучения
При воздействии гамма-излучения на человека могут быть повреждены и кожа, и внутренние органы. Если бета-излучение мы сравнили со стрельбой мелкокалиберными пулями, то гамма-излучение — это стрельба иголками. По природе и свойствам на гамма-излучение очень похоже излучение рентгеновское. Отличается происхождением: его получают искусственно в рентгеновской трубке.
Существуют и другие виды ионизирующих излучений. Например, при ядерной вспышке или работе ядерного реактора, кроме гамма-излучений, образуются потоки нейтронов. Космические лучи помимо этих же излучений несут протоны и много чего ещё.
1. Нормы радиационной безопасности НРБ–99/2009: санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. — М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. – 100 с.
Источник: eco-marshal.ru