Металдар және бейметалдардың жалпы сипаттамасы. Металдар өндірісі

Оқулықтық тірек

• Оспанова М. Қ., Аухадиева Қ. С., Белоусова Т. Г. «Химия. 7 сынып», 7-сынып, Мектеп, 2025 (2-бас.), 47–49, 63, 80, 81, 87, 92-б.
• Усманова М. Б., Сақариянова Қ. Н., Сахариева Б. Н. «Химия. 8-сынып», 8-сынып, Атамұра, 2018, 42–46-б.
• Оспанова М. Қ., Аухадиева Қ. С., Белоусова Т. Г. «Химия. 9-сынып», 1-бөлім, 9-сынып, Мектеп, 2019, 78–84-б.
• Оспанова М. Қ., Аухадиева Қ. С., Белоусова Т. Г. «Химия. 9-сынып», 1-бөлім, 9-сынып, Мектеп, 2019, 85–92-б.

Негізгі ұғымдар

• Жай заттар металдар мен бейметалдарға бөлінеді (жіктеуді Й. Берцелиус ұсынған). Периодтық кестеде металдар бор — астат шартты сызығынан төменгі сол жақта, олар 90-нан астам.
• Металл атомының сыртқы деңгейінде 1–3 электрон ($Na$ — 1, $Mg$ — 2, $Al$ — 3), радиусы үлкен, сондықтан электронды оңай береді: металдар — тек тотықсыздандырғыштар, қосылыстарда тотығу дәрежесі тек оң.
• Металдық байланыс — тор түйіндеріндегі оң иондар мен еркін қозғалатын электрондар арасындағы байланыс.
• Металлургия — кеннен металл алу; қара (темір және оның құймалары) және түсті металлургия. Әдістері: пиро-, гидро-, электрметаллургия; бәрінің негізінде ТТР.
• Құйма — екі не одан көп металдан (кейде бейметалмен) тұратын жүйе.

Теория

Металдар мен бейметалдарды салыстыру

Қасиет	Металдар	Бейметалдар
Күйі (20 °C)	қатты (сынап — сұйық)	газ немесе қатты (бром — жалғыз сұйық)
Электр өткізгіштік	жақсы	нашар
Жылтыр	металдық жылтыр бар	жоқ
Оксидтері	негіздік	қышқылдық

Сілтілік металдар — нағыз металдар, галогендер — нағыз бейметалдар.

Металдардың физикалық қасиеттері металдық тормен түсіндіріледі: жылтыр — бет жарықты жақсы шағылыстырады; электр және жылу өткізгіштік — еркін электрондар (сынаптан күміске қарай артады; мыс пен алюминий — өткізгіштер); иілімділік — қабаттар ығысқанда электрондар байланысты үзбейді (алтыннан темірге қарай кемиді). Жеңіл ($\rho < 5$ г/см³) және ауыр ($\rho > 5$ г/см³); оңай балқитын ($< 1000$ °C) және қиын балқитын ($> 1000$ °C).

Рекордтар: ең жеңілі — литий, ең ауыры — осмий (22,6 г/см³), ең оңай балқитыны — сынап (−39 °C), ең қиын балқитыны — вольфрам (3400 °C), ең иілімдісі — алтын (0,003 мм парақ). Сілтілік металдарды пышақпен кесуге болады, ең қаттылары — хром, молибден.

Металдардың химиялық қасиеттері: $Me^0 - ne^- \rightarrow Me^{n+}$. Белсенділік қатары: $Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Sn, Pb, (H_2), Cu, Hg, Ag, Au$.

• бейметалдармен: $4Li + O_2 = 2Li_2O$; $2Fe + 3Cl_2 = 2FeCl_3$; $Ca + H_2 = CaH_2$; $Fe + S = FeS$; $3Mg + N_2 = Mg_3N_2$; $3Ca + 2P = Ca_3P_2$ ($Au$ пен $Pt$ тотықпайды);
• сумен: $2Na + 2H_2O = 2NaOH + H_2\uparrow$; сутектен кейінгі металдар суды айырмайды;
• тұз ерітінділерімен: әр металл өзінен оң жақтағы металды ығыстырады, $Zn + Pb(NO_3)_2 = Zn(NO_3)_2 + Pb\downarrow$ (сілтілік металдарды бұл үшін қолданбайды);
• сұйылтылған қышқылдармен: сутекке дейінгі металдар $H_2$ бөледі, $Zn + 2HCl = ZnCl_2 + H_2\uparrow$; $Cu + H_2SO_4$ (сұйыл.) — жүрмейді.

Металдарды алу әдістері. Кен — металды тиімді алуға болатын минералдар мен тау жыныстары (оксидтер, сульфидтер, карбонаттар); бірнеше металл қосылысы бар кен — полиметалл кені.

Әдіс	Мәні	Мысал	Артықшылығы / кемшілігі
Пирометаллургия	жоғары температурада тотықсыздандыру	сутектермия $WO_3 + 3H_2 = W + 3H_2O$; алюминотермия $Cr_2O_3 + 2Al = 2Cr + Al_2O_3$; карботермия $ZnO + C = Zn + CO$, $Fe_2O_3 + 3CO = 2Fe + 3CO_2$	жылдам / көп энергия, газ қалдығы
Гидрометаллургия	металды ерітіндіге ауыстырып, бөліп алу	$CuO + H_2SO_4 = CuSO_4 + H_2O$, $CuSO_4 + Fe = Cu\downarrow + FeSO_4$	аз энергия, таза өнім / улы реагенттер, көп саты
Электрметаллургия	электролиз	$2KCl \rightarrow 2K + Cl_2\uparrow$	таза, белсенді металдар / көп электр энергиясы

Металл неғұрлым белсенді болса, соғұрлым «қатаң» әдіс керек: сілтілік, сілтілікжер металдар мен алюминий — тек электролизбен.

Шойын мен болат. Шойын — көміртегі 2%-дан көп темір құймасы; домна пешінде кенді кокс пен әктаспен балқытып алады: $Fe_2O_3 + 3CO = 2Fe + 3CO_2$, флюс: $CaCO_3 = CaO + CO_2$. Шойын берік, бірақ морт. Болат — шойындағы көміртекті конвертерде оттекпен үрлеп азайтып алады ($C + O_2 = CO_2$); оны соғуға, созуға, июге болады. Легирленген болатқа $Cr$, $Ni$, $W$, $Mn$ қосады; тат баспайтын болатта $Cr$ пен $Ni$ бар, вольфрам қаттылықты арттырады.

Маңызды құймалар

Құйма	Құрамы	Қолданылуы
Жез	$Cu$ (≈60%) + $Zn$	аспап, бөлшек
Қола	$Cu$ + $Sn$	көркем бұйым
Мельхиор	$Cu$ + $Ni$	ыдыс, зергерлік бұйым
Дюралюминий	$Al$ + $Cu$, $Mn$, $Mg$	авиация, автомобиль
Нихром	$Ni$, $Cr$, $Fe$, $Mn$	қыздырғыш элемент

Мысалдар

1. $Fe, Cu, Na, Zn, Mg$ тотықсыздандырғыш қасиеттерінің артуы бойынша: $Cu < Fe < Zn < Mg < Na$.
2. Мыс қай тұздармен әрекеттеседі: $HgSO_4$, $AgNO_3$, $MgSO_4$, $FeCl_2$? Тек алғашқы екеуімен: $Cu + 2AgNO_3 = Cu(NO_3)_2 + 2Ag$.
3. 0,5 кг $CaCl_2$ электролизінен қанша кальций алынады? $n = 500/111 \approx 4{,}5$ моль; $m(Ca) = 40 \cdot 4{,}5 \approx 180$ г.
4. 960 г титан алу үшін ($TiCl_4 + 4Na = Ti + 4NaCl$) қанша натрий керек? $n(Ti) = 20$ моль, $n(Na) = 80$ моль, $m = 1840$ г; $TiCl_4$ — 3800 г.

ҰБТ-дағы жиі қателер

• Металдарға тотықтырғыш қасиет телиді; бос металл атомдары тек электрон береді.
• $AlCl_3 + Zn$, $Sn + FeSO_4$ реакциялары жүреді деп ойлайды; бос металл тұздағы металдан сол жақта тұруы керек.
• Шойын мен болатты шатастырады: шойында көміртек көбірек (> 2%), ол морт.
• Пиро- мен гидрометаллургияны шатастырады: гидрометаллургияда металл алдымен ерітіндіге өтеді.
• Жез ($Cu+Zn$) пен қоланы ($Cu+Sn$) ауыстырып алады.

Өзіңді тексер

1. Ең қиын балқитын және ең оңай балқитын металдар? — Вольфрам (3400 °C) және сынап (−39 °C).
2. Жалғыз сұйық бейметалл? — Бром.
3. $Cr_2O_3 + 2Al = 2Cr + Al_2O_3$ әдісі қалай аталады? — Алюминотермия (металлотермия).
4. Сілтілік металдар мен алюминийді қандай әдіспен алады? — Электрметаллургия (балқыма электролизі).
5. Мельхиордың құрамы? — Мыс пен никель.