Если провести химический анализ жесткой воды, то можно увидеть, что в ней содержатся значительные количества растворимых солей кальция и магния. Именно присутствие этих солей и обуславливает жесткость воды. Мыло в жесткой воде плохо пенится, т.к. катионы кальция и магния образуют с мылом нерастворимые в воде соединения, и пена не образуется.

Но как катионы кальция и магния попадают в воду? Дождевые осадки, попадая на поверхность и протекая в недрах Земли, соприкасаются с минералами кальция и магния (это в основном карбонаты), вымывают из них мелкие частички. В воде, насыщенной углекислотой (вы знаете, что углекислый газ хорошо растворяется в воде), нерастворимые карбонаты кальция и магния превращаются в растворимые гидрокарбонаты (кислые соли):

СаСО₃ + СО₂ + Н₂О = Са(НСО₃)₂

MgСО₃ + СО₂ + Н₂О = Mg(НСО₃)₂

Металлургией называют технологию производства металлов и их сплавов. Сырьем для получения металлов служат руды.

Как правило, производство металла происходит в два основных этапа. Первый – предварительная подготовка сырья. Второй – восстановление самого металла из сырья.

Рассмотрим подробнее эти этапы. В процессе предварительной подготовки сырья важной стадией является обогащение руды - удаление примеси пустой породы (например, кварца, полевого шпата и др.). После обогащения в руде увеличивается содержание полезного компонента.

Чтобы очистить руду от пустой породы, используют физические методы разделения смесей веществ, основанные на различии свойств компонентов смеси. При обогащении железной руды магнетит (Fe₃O₄) отделяют от пустой породы с помощью магнита.

Что общего в строении атомов металлов? Для ответа на этот вопрос нужно вспомнить, где располагаются металлы в Периодической системе. В большинстве своем, металлы расположены в левой и нижней части таблицы Менделеева, т.е. в основном в I, II и III группах. Поэтому для  элементов-металлов характерны относительно большие радиусы и малое число внешних электронов (как правило, не более трех).

Такое строение атомов металлов объясняет их большую восстановительную активность, они легко превращаются в катионы. Оторвавшиеся от атомов электроны свободно перемещаются между катионами металлов, возникает металлическая связь. Металлической называют связь между ион-атомами металлов и делокализованными электронами. Кристаллическую решетку металлов называют металлической.

Для металлов характерны общие физические свойства: они обладают особенным металлическим блеском, высокой тепло- и электропроводностью, пластичностью.

Для металлов также характерны некоторые общие химические свойства. Важно запомнить, что в химических реакциях металлы выступают в качестве восстановителей: отдают электроны и повышают свою степень окисления. Рассмотрим некоторые реакции, в которых участвуют металлы.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОРОДОМ

Многие металлы могут вступать в реакцию с кислородом. Обычно продуктами этих реакций являются оксиды, но есть и исключения, о которых вы узнаете на следующем уроке. Рассмотрим взаимодействие магния с кислородом.

Магний горит в кислороде, при этом образуется оксид магния:

  0        0        +2  -2

2Mg + O₂ = 2MgO

Алюминий называют «крылатым металлом». Такое название этот металл получил за свою легкость и широкое применение, в первую очередь, в самолетостроении. Алюминий прочно вошел в нашу жизнь: каждому с детства знакомы алюминиевая фольга, посуда, проволока. А ведь когда-то изделия из алюминия считались роскошью. Например, в 1852 году стоимость 1 кг алюминия была 1200 долларов, т.е. дороже золота. Почему же со временем цена на алюминий так упала?

Дело в том, что алюминий широко распространен в земной коре (8%), самый распространенный металл. Но для восстановления алюминия из руд необходимо затратить большое количество энергии. К концу 19 века разработали новый способ получения алюминия с помощью электролиза, ежегодное получение металла возросло в тысячи раз, и цена на него упала.

Алюминий очень устойчив по отношению к кислороду и воде. Эта устойчивость обусловлена образованием на его поверхности тонкой, но плотной и прочной оксидной пленки – Al₂O₃. Благодаря этому свойству алюминий и его сплавы нашли широкое применение в быту и промышленности. Вам хорошо известно о применении алюминия для изготовления кухонной посуды.

Железо люди используют с древнейших времен. Однако железо в присутствии кислорода и воды легко подвергается коррозии. Поэтому чистое железо практически не используется, а применяются различные сплавы этого металла.

Сплавы железа с углеродом - это чугуны и стали. Эти сплавы классифицируются по содержанию в них углерода. В чугунах содержание углерода от 2 до 4% по массе, в небольших количествах в нем содержатся кремний, марганец, фосфор и сера. 

При решении таких задач необходимо вычислить массу полезного компонента руды, т.е. непосредственно того соединения, из которого получают металл. Масса полезного компонента руды равна произведению массы всей руды на массовую долю полезного компонента в ней:

Рассмотрим решение нескольких задач, в которых необходимо определить массу продукту реакции, если известна масса исходного вещества и массовая доля примесей в нем.

ЗАДАЧА 1. На 1 кг лома, содержащего 96 % железа, подействовали разбавленной серной кислотой. Вычислите массу образовавшегося сульфата железа (II).

1. Запишем уравнение реакции между железом и разбавленной серной кислотой:

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂

2. Запишем над формулами веществ, что дано и требуется найти по условию задачи:

96%, 1 кг                                х г

Алюминий — элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 13. Обозначается символом Al. На внешнем электронном слое у атома алюминия находится 3 электрона. В химических реакциях он выступает в качестве восстановителя. Характерная степень окисления алюминия +3, заряд иона – 3+.

Рис. 1. Графическая схема атома алюминия

Железо — элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева, с атомным номером 26. Обозначается символом Fe. На внешнем  четвертом слое атома железа находится 2 электрона:

Основные степени окисления железа — +2 и +3, менее характерна для железа степень окисления +6.

Железо - один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия). В природе железо редко встречается в чистом виде, чаще всего оно встречается в составе железо-никелевых метеоритов. Распространённость железа в земной коре — 4,65 % (4-е место после O, Si, Al). Считается также, что железо составляет бо́льшую часть земного ядра.