4.2.4. Взаимодействие металлов с халькогенами

К халькогенам относятся элементы VIА – подгруппы – электронные аналоги кислорода: S, Se, Te. Их окислительная способность меньше, чем у кислорода. Халькогены взаимодействуют с большинством металлов только при нагревании, обычно реакцию проводят между порошкообразными исходными реагентами. Продуктами реакции являются соответствующие бинарные соединения: сульфиды, селениды, теллуриды. Например, для реакции с серой:

2Ме + nS → Меⁿ⁺₂S^2-_n ; ∆G⁰_298,обр(Ме₂S_n) < 0

t

2Al + 3S → Al₂S₃

Порошок порошок сульфид алюминия

Высоким сродством к халькогенам обладают металлы IБ- и IIБ – подгрупп.

t

2Cu + Se → Cu₂Se

селенид меди (I)

Hg + S → HgS

сульфид ртути (II)

4.2.5. Взаимодействие металлов с азотом и фосфором

Молекулярный азот (N₂) инертное вещество, поскольку тройная связь N≡N очень прочная. С активными металлами IA –IIIA – подгрупп и некоторыми d-металлами 4 периода азот реагирует, как правило, при нагревании с образованием нитридов. При комнатной температуре с азотом взаимодействуют литий, магний.

6Li + N₂ → 2Li₃N; ∆G⁰_298,обр = -155 кДж/моль

Нитрид лития

800⁰С

2Al + N₂ → 2AlN; ∆G⁰_298,обр = -401 кДж/моль

Нитрид алюминия

3Ca + N₂ → Ca₃N₂ ∆G⁰_298,обр = -287 кДж/моль

Нитрид кальция

Фосфор существует в виде трех аллотропных модификаций: Р_белый, Р_{красный}, Р_черный. Наибольшей реакционной способностью обладает Р_белый , состоящий из молекул Р₄, полимерная модификация Р_черный –инертное вещество. Белый фосфор более реакционноспособный, чем азот. Например, металлы IIБ – подгруппы (Zn, Cd) реагируют с белым фосфором, но не реагируют с азотом.

2P + 3Zn → Zn₃P₂

Фосфид цинка

4.2.6. Взаимодействие металлов с углеродом, кремнием, водородом

Устойчивая при стандартных условиях модификация углерода – графит – обладает полимерной слоистой структурой, и поэтому характеризуется низкой реакционной способностью. Тем не менее, металлы образуют с углеродом соединения под общим названием «карбиды», как правило, нестехиометричного состава. Например, в процессе получения железа образуется нестехиометричное соединение – цементит Fe₃C. Активный металл алюминий образует стехиометричный карбид ряда метанидов – Al₄C₃. Известны соединения металлов с углеродом ряда ацетилинидов, например карбид кальция состава CaC₂.

Порошкообразный кремний по отношению к металлам проявляет окислительные свойства, образуя при нагревании с ними бинарные соединения – силициды, с активными металлами IA - , IIA – подгрупп стехиометричного состава. t

2Mg + Si → Mg₂Si

Силицид магния

Менее активные металлы побочных и IIIA – VA – подгрупп могут образовать силициды нестехиометричного состава.

Водород взаимодействует с s- и p- металлами (металлы главных подгрупп) с образованием стехиометричных гидридов, соединений неустойчивых в водной среде и при нагревании.

2Na + H₂ → 2NaH

Гидрид натрия

Металлы побочных подгрупп (d – и f-металлы) поглощают водород с образованием «гидридов» нестехиометричного состава, обладающих металлоподобными свойствами. Металлы IIIБ – VБ подгрупп поглощают водород с выделением тепла и образованием фаз внедрения состава MeH₂(таблица 14)

Таблица 14. Стандартная теплота образования (∆H^o_обр) гидридов некоторых металлов

Гидрид	ScH2	YH2	LaH2	TiH2	ZrH2	FeH2
∆Hoобр, кДж/моль	-69,5	-185,6	-207,7	-144,2	-169,2	-0,84

Металлы VIБ – VIIIБ – подгрупп по отношению к водороду малоактивны, за исключением палладия.