Содержание
1.Отношение металлов к воде.
Вода
взаимодействует
с наиболее
активными металлами в качестве окислителя,
при этом образуется водород согласно
следующему уравнению:
2 H2O+ 2e®H2+ 2OH–
Электродный
потенциал этого процесса, т.е. при
образовании водорода из воды, вычисленный
по формуле Нернста для концентрации
ионов водорода
10–7моль/л
(нейтральная среда), равен Е°
= –0,41 В.
Следовательно, вода теоретически может
окислять только те металлы, у которых
значения электродных потенциалов Е°
< – 0,41 В.
Этому условию удовлетворяют металлы,
стоящие в начале ряда напряжений. Однако,
многие из этих активных металлов в
обычных условиях являются вполне
устойчивыми по отношению к воде. Главная
причина их устойчивости состоит в том,
что они покрыты прочными оксидными
плёнками. Например, алюминий защищён
плёнкой, состоящей из оксида алюминия
Аl2О3.
Особенно легко
реагируют с водой щелочные и щелочноземельные
металлы, которые покрыты рыхлой и легко
растворяющейся в воде оксидной плёнкой.
ПРИМЕР
1.Металлический калий, помещённый
в воду, быстро лишается оксидной
плёнки: | K2O K2O |
Далее металл
реагирует с водой 2K+ 2H2O= 2KOH+H2
Для того,
чтобы составить это уравнение, применяется
электронно–ионный баланс:
Восстановитель 2 | K®K++e Окислитель 1 | 2 H2O 2 K + 2 H2O |
Металлические
калий, натрий и другие щелочные металлы
приходится даже хранить под керосином.
2.
ОТНОШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ К ВОДНЫМ РАСТВОРАМ
ЩЕЛОЧЕЙ.
В
тех случаях, когда металл защищён
оксидной плёнкой, имеющей амфотерный
характер (или кислотный), то в начале
растворяется плёнка в результате
взаимодействия оксида со щёлочью. А
далее металл или реагирует с водой, или
нет в зависимости от соотношения
электродных потенциалов металла и
водорода из воды (для данной щелочной
среды). Следовательно, процесс растворения
металла в щёлочи является многостадийным.
ПРИМЕР
2.
Растворение алюминия в водном растворе
гидроксида калия.
1
стадия
– снимается
защитная оксидная плёнка, проявляющая
амфотерный характер:
Al2O3 AL2O3 AL2O3 |
2
стадия
– идёт
окислительно–восстановительная реакция
алюминия с водой (стандартный электродный
потенциал алюминия Е°
= –1,66В):
2
AL + б H2O
®
2 АL(ОН)3
¯
+ 3 Н2
2 3 |
2
AL + б ОН –
+ б Н2O
®
2 AL(OH)3
+ 3 Н2
+ 6 ОН
3
стадия
–
взаимодействие образовавшейся плёнки
из нерастворимого гидроксида AL(OH)3,
имеющего амфотерный характер, со щёлочью
КОН:
AL(OH)3¯ AL(OH)3 |
Далее
повторяется
2 стадия,
т. е. обнажившийся металл вновь
взаимодействует с водой, затем
– 3 стадия
и т.д. до полного растворения металла.
В
итоге процесс взаимодействия алюминия
со щёлочью можно выразить суммарным
уравнением:
2 AL + 2 КОН
+ 6 Н2О
®
2 K[AL(OH)4]
+ 3 H2
Таким
образом, в водных растворах щелочей у
многих металлов растворяются защитные
оксидные плёнки, имеющие амфотерный
характер (ZnO,
Ga2О3,
SnO2
и др.), а также те оксидные плёнки, которые
проявляют кислотный характер, например,
плёнка WO3
(на металле вольфрам). Далее очищенный
металл проявляет своё химическое
отношение к водному раствору щёлочи в
зависимости от его свойств.
Физики смогли превратить чистую воду в золотистый металл — Газета.Ru
Физики смогли превратить чистую воду в золотистый металл — Газета.Ru | Новости
Физики смогли придать воде металлические свойства. Заметка об этом опубликована в журнале Nature.
Одним из ключевых свойств металлов является электропроводность. Электроны в них не зафиксированы на орбитах вокруг ядер атомов, а свободно путешествуют по всему материалу, что во много обеспечивает свойства «металличности». Вода же напротив, в чистом виде является изолятором, а при добавлении солей приобретает свойство ионной проводимости, совершенно отличной от обычной. Однако при большом сжатии (15 млн атмосфер, как в недрах планет-гигантов) вода, как и большинство других материалов, приобретает металлические свойства.
close
100%
Павел Юнгвирт из Чешской академии наук в Праге и его коллеги смогли превратить воду в металл при обычном давлении. Для этого они заставили ее заимствовать электроны у щелочных металлов, калия и натрия — эффективных электронных доноров. Однако воду нельзя смешать с щелочными металлами — при этом происходит бурная экзотермическая реакция. Поэтому ученые создали экспериментальную установку, которая резко замедлила бы реакцию. Исследователи наполнили шприц смесью натрия и калия, жидкой при комнатной температуре, и поместили ее в вакуумную камеру. Затем они с помощью шприца сформировали капли металлической смеси и подвергли их воздействию небольшого количества водяного пара. Вода конденсировалась на капле и образовывала слой толщиной в одну десятую микрона. Затем электроны из капли перешли в воду вместе с положительными ионами металлов, и на несколько секунд слой воды стал золотым и блестящим.
Это согласуется с предсказаниями теоретической физики, согласно которым металлическая вода действительно должна быть золотистой и блестящей. «Им удалось достичь квазистационарного состояния, в котором физика металлизации побеждает химическое разложение», — прокомментировал работу Питер Эдвардс из Оксфордского университета, не принимавший участие в исследовании.
Ранее ученые предложили использовать экологичную прозрачную древесину вместо пластика.
Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Новостях, Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Новости
Дзен
Telegram
Георгий Малинецкий
О бедном доценте замолвите слово
Об оплате труда в вузах
Мария Дегтерева
Симулятор женской боли
О победившем феминизме
Анастасия Миронова
Вахтер знает всех родителей в лицо
Об учебе в современной деревенской школе
Владимир Трегубов
Иранская модель развития
Об опыте выживания под санкциями
Юлия Меламед
Черти не выдерживают
О национальных особенностях постпраздничного синдрома
Найдена ошибка?
Закрыть
Спасибо за ваше сообщение, мы скоро все поправим.
Продолжить чтение
Вода как металл
В камере для образцов сплав NaK капает из сопла. По мере роста капли водяной пар поступает в камеру для образца и образует тонкую пленку на поверхности капли. 1 кредит
В нормальных условиях чистая вода является почти идеальным изолятором. Вода приобретает металлические свойства только под экстремальным давлением, которое существует глубоко внутри больших планет. Теперь международное сотрудничество использовало совершенно другой подход к производству металлической воды и задокументировало фазовый переход в BESSY II. Исследование опубликовано в Природа .
Каждый ребенок знает, что вода проводит электричество, но это относится к «обычной» обычной воде, содержащей соли. С другой стороны, чистая дистиллированная вода является почти идеальным изолятором. Он состоит из молекул H 2 O, слабо связанных друг с другом водородными связями. Валентные электроны остаются связанными и неподвижными. Чтобы создать зону проводимости со свободно движущимися электронами, вода должна быть сжата до такой степени, чтобы орбитали внешних электронов перекрывались. Однако расчет показывает, что это давление присутствует только в ядре больших планет, таких как Юпитер.
Предоставление электронов
Международное сотрудничество 15 ученых из одиннадцати исследовательских институтов впервые использовало совершенно другой подход для получения водного раствора с металлическими свойствами и задокументировало этот фазовый переход на BESSY II. Для этого они экспериментировали с щелочными металлами, которые очень легко отдают свой внешний электрон.
Предотвращение взрыва
Однако известно, что химия между щелочными металлами и водой является взрывоопасной. Натрий или другие щелочные металлы сразу начинают гореть в воде. Но команда нашла способ держать эту бурную химию под контролем: они не бросали в воду кусок щелочного металла, а делали наоборот: на каплю щелочного металла капали немного воды, натрий-калиевый (Na-K) сплав, который является жидким при комнатной температуре.
На первом изображении показана чистая капля натрий-калиевого сплава; на следующих изображениях мы видим каплю, подвергшуюся воздействию водяного пара при давлении 10-4 мбар. На капле образуется слой воды, в котором растворяются высвобожденные из металла электроны, придавая ей золотисто-металлический блеск. Предоставлено: Фил Мейсон / IOCB Прага
Эксперимент на BESSY II
На BESSY II они организовали эксперимент в SOL 3 Высоковакуумная камера для образцов PES на U49/2 луч. Камера для образца содержит тонкое сопло, из которого капает жидкий сплав Na-K. Серебряная капля растет примерно 10 секунд, пока не отделится от сопла. По мере роста капли некоторое количество водяного пара поступает в камеру для образца и образует чрезвычайно тонкую пленку на поверхности капли, состоящую всего из нескольких слоев молекул воды. Это почти сразу же вызывает растворение электронов, а также катионов металлов из щелочного сплава в воду. Освобожденные электроны в воде ведут себя как свободные электроны в зоне проводимости.
Золотая кожа для воды
«Фазовый переход в металлическую воду можно увидеть невооруженным глазом! Серебристая натриево-калиевая капля покрывается золотым сиянием, что очень впечатляет», — сообщает доктор Роберт Зайдель, который руководил экспериментами на BESSY II. Тонкий слой металлической воды золотого цвета остается видимым в течение нескольких секунд. Это позволило группе под руководством профессора Павла Юнгвирта, Чешская академия наук, Прага, доказать спектроскопическим анализом на BESSY II и в IOCB в Праге, что это действительно вода в металлическом состоянии.
Отпечатки металлической фазы
Двумя решающими отпечатками металлической фазы являются частота плазмона и зона проводимости. Группы смогли определить эти две величины с помощью спектроскопии оптического отражения и синхротронной рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии: в то время как плазмонная частота металлической «водяной кожи» золотого цвета составляет около 2,7 эВ (т. е. в синем диапазоне видимого света). , зона проводимости имеет ширину около 1,1 эВ с острым краем Ферми. «Наше исследование не только показывает, что металлическую воду действительно можно производить на Земле, но также характеризует спектроскопические свойства, связанные с ее красивым золотым металлическим блеском», — говорит Зайдель.
Дополнительная информация:
Филип Э. Мейсон и др., Спектроскопические данные о металлическом водном растворе золотого цвета, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03646-5
Информация журнала:
Природа
Предоставлено
Ассоциация немецких исследовательских центров имени Гельмгольца
Цитата :
Вода как металл (2021, 28 июля)
получено 14 января 2023 г.
с https://phys.org/news/2021-07-metal.html
Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.
ученых превратили чистую воду в металл: ScienceAlert
Золотой блеск на металлизированной воде. (Филип Э. Мейсон)
Чистая вода — почти идеальный изолятор.
Да, вода в природе проводит электричество, но это из-за содержащихся в ней примесей, которые растворяются в свободные ионы, позволяющие течь электрическому току. Чистая вода становится «металлической» — электропроводной — только при чрезвычайно высоких давлениях, которые мы сейчас не можем производить в лаборатории.
Но, как впервые продемонстрировали исследователи, не только высокое давление может вызывать эту металличность в чистой воде.
При контакте чистой воды с щелочным металлом с общими электронами — в данном случае сплавом натрия и калия — могут быть добавлены свободно движущиеся заряженные частицы, превращающие воду в металл.
Полученная электропроводность длится всего несколько секунд, но это важный шаг к тому, чтобы понять эту фазу воды путем ее непосредственного изучения.
«Фазовый переход в металлическую воду видно невооруженным глазом!» сказал физик Роберт Зайдель из Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie в Германии. «Серебристая натриево-калиевая капля покрывается золотым сиянием, что очень впечатляет».
При достаточно высоком давлении практически любой материал теоретически может стать проводящим. Идея состоит в том, что если сжать атомы достаточно сильно, орбитали внешних электронов начнут перекрываться, что позволит им двигаться. Для воды это давление составляет около 48 мегабар, что чуть менее 48 миллионов раз превышает земное атмосферное давление на уровне моря.
Хотя давление, превышающее это, было создано в лабораторных условиях, такие эксперименты не подходят для изучения металлической воды. Поэтому группа исследователей во главе с химиком-органиком Павлом Юнгвиртом из Чешской академии наук в Чехии обратилась к щелочным металлам.
Эти вещества очень легко высвобождают свои внешние электроны, что означает, что они могут индуцировать свойства обмена электронами чистой воды под высоким давлением без высокого давления. Есть только одна проблема: щелочные металлы очень реагируют с жидкой водой, иногда даже до взрыва (ниже есть действительно классное видео). Бросьте металл в воду, и вы получите бабах.
Исследовательская группа нашла отличный способ решить эту проблему. Что, если вместо того, чтобы добавлять металл в воду, воду добавляли к металлу?
В вакуумной камере команда начала с выдавливания из сопла небольшого шарика натрий-калиевого сплава, который является жидким при комнатной температуре, и очень осторожно добавила тонкий слой чистой воды с помощью осаждения из паровой фазы.
При контакте электроны и катионы металлов (положительно заряженные ионы) перетекали в воду из сплава.
Это не только придало воде золотистый блеск, но и сделало воду проводящей — как мы должны видеть в металлической чистой воде под высоким давлением.