П`ятниця, 29.03.2024, 09:36
Вітаю Вас Гість | RSS
Сайт вчителя хімії та фізики
Шопінської Людмили
Миколаївни
 
         
ФАКТИ
Цитата дня
Статистика

Онлайн всього: 1
Гостей: 1
Користувачів: 0
Наше опитування
ЯКИМ МАТЕРІАЛОМ ВИ СКОРИСТАЛИСЬ?
Всього відповідей: 22
Погода
Погода у Краснокутськ

вологість:

тиск:

вітер:

Метали

Мета́ли ( від грец. μέταλλον — «шахта», «кар'єр», «добування з надр землі») — клас хімічних елементів і речовин з такими хімічними та фізичними властивостями:

  • добре проводять електричний струм і тепло,
  • непрозорі, але здатні відбивати світло (мають металічний блиск),
  • ковкі, що дозволяє надавати виробам з них потрібної форми та розвальцьовувати їх,
  • пластичні, що дає можливість витягати їх у тонкий дріт.

Класифікація металів.

Існують різноманітні способи класифікації металів. Наведемо загальну класифікацію з урахуванням фізичних властивостей металів.

Усі метали поділяють на дві велику групи: чорні та кольорові.

Чорні метали – темно-сірого кольору, з високою густиною (крім лужноземельних), мають високі температури плавлення та кипіння, високу твердість. Серед них виділяють:

1. метали родини заліза – Fe, Co, Ni, а також Mn. Їх застосовують для одержання сплавів заліза;

2. тугоплавкі метали – температура плавлення яких перевищує температуру плавлення заліза (1536 0С) – Мо, W. Застосовуються як легуючі добавки до сталей;

3. уранові метали – актиноїди – метали ІІІВ підгрупи V періоду;

4. рідкісноземельні метали – лантаноїди – метали ІІІВ підгрупи VII періоду;

5. лужні та лужноземельні метали – елементи ІА та ІІА підгруп.

Кольорові метали – забарвлені (жовті, червоні, білі), м’які, пластичні, мають низькі температури плавлення та кипіння. Їх поділяють на:

1. легкі метали – лужні метали, Be, Mg, Al (густина не більша 5 г/см3);

2. благородні метали – Ag, Au, метали родини платини (VIIIB підгрупа, 5 і 6 період). Усі вони хімічно малоактивні.

3. легкоплавкі метали – температура плавлення яких нижча від температури плавлення заліза.

Фізичні властивості металів.

Основний вплив на фізичні властивості має електронна структура атома і будова кристалічної гратки металу (рис. 1.). Найчастіше у металів зустрічаються об’ємно-центровані кубічні (Li, Na, K, Cr, Fe) (рис. 1, а), гранецентровні кубічні (Al, Ca, Cu, Ag, Au) (рис. 20.1, б), гексагональні (Be, Mg, Co, Zn) кристалічні гратки (рис.1, в).

 Рис. 1. Типи кристалічних ґраток металів (пояснення у тексті).

Кристалічна гратка металів складається із позитивно заряджених катіонів і нейтральних атомів металу, між якими рухаються валентні електрони, які зв’язують усі атоми в кристалі у єдине ціле (“усуспільнені” електрони). Такий тип зв’язку називають металічним.

Температури плавлення і кипіння. За звичайних умов метали – тверді речовини (за винятком Hg). Температури плавлення змінюються у широких межах – від –39 0С у Hg до 3420 0С у W. Температури кипіння металі вдуже високі (у Pt 4350 0С, у Cu 2877 0С). У періодичній системі зі зростанням порядкового номера елемента металу в періоді зростають температури плавлення та кипіння.

Електропровідність металів зумовлена наявністю в кристалічних гратках рухливих електронів, які навіть при невеликій різниці потенціалів рухаються від негативного полюса до позитивного. За звичайних умов найкраще електричний струм проводять срібло і мідь, найгірше – свинець і ртуть.

З підвищенням температури зростає сила коливання атомів у вузлах кристалічних граток, що утруднює рух електронів, тому електропровідність знижується. При зниженні температури, коливання зменшуються і електропровідність зростає.

Теплопровідність визначається тими ж факторами, що й електропровідність. Найкраще тепло проводить срібло, найгірше – бісмут і ртуть.

Металічний блиск характерний для всіх металів. Як правило метали – сірого або білого кольору, однак є і забарвлені метали: мідь – червона, золото – жовте. Часто на повітрі метали вкриваються оксидною плівкою і втрачають блиск.

Густина металів зменшується зі зменшенням атомної маси елемента і збільшенням атомного радіуса. Найлегший метал – літій (густина 0,53 г/см3), найважчий – осмій (густина 22,5 г/см3). Літій, натрій та калій – єдині метали, легші за воду.

За магнітним властивостями виділяють метали:

1. парамагнітні – втягуються в магнітне поле за рахунок неспарених електронів – d-елементи: ванадій, ніобій, тантал;

2. діамагнітні – виштовхуються з магнітного поля – цинк, ртуть, мідь;

3. феромагнітні – зберігають намагнічений стан протягом певного часу – залізо, кобальт, нікель.

Основними механічними властивостями металів є твердість, пластичність, міцність.

Твердість – опір проникненню в метал іншого твердого тіла. Найтвердіші метали – вольфрам, хром (ріжуть скло), найм’якіші – лужні (ріжуться ножем).

Пластичність – здатність змінювати форму без руйнування і зберігати її після припинення дії деформуючої сили. Найпластичніші – золото (з 1 г золота можна витягнути нитку довжиною 2000 м), срібло і мідь.

Міцність – здатність не руйнуватись під дією навантаження.

Атоми металічних елементів порівняно легко віддають валентні електрони і перетворюються на позитивно заряджені йони. Метали як відновники вступають в реакцію з різними окисниками, серед яких можуть бути прості речовини (H2, S, N2, Cl2, O2), складні речовини: кислоти, солі, вода. Найенергійніше метали реагують з галогенами, киснем, сіркою. Хімічні властивості металів можна зобразити за допомогою такої схеми:

Хімічні властивості металів.

 Хімічні властивості металів

● Активні метали взаємодіють з воднем з утворенням гідридів, які є твердими сполуками. 
2K + H2 → 2KH (калій гідрид)
Fe + H2 ≠

● Метали взаємодіють з неметалами з утворенням солей. Азот взаємодіє лише з лужними і лужноземельними металами і магнієм. Сірка – з усіма, крім золота і платини. З галогенами багато металів взаємодіють без нагрівання. Наприклад:
6K + N2 →  2K3(калій нітрид);
2Na + S = Na2(натрій сульфід)

● При високій температурі більшість металів згорає в кисні, малоактивні метали окиснюються. Продуктами реакцій горіння активних металів можуть бути оксиди або пероксиди. Так, під час горіння натрію і калію  в кисні утворюються пероксиди і як домішки – оксиди:
2Na + O2 = Na2O2;
4Na + O2 = 2Na2O;
2Mg + O2  2MgO (магній оксид).
Продуктами реакцій окиснення є оксиди: 2Cu + O2  2CuO.

● Дуже активні метали взаємодіють з водою за звичайних умов з утворенням гідроксиду і виділенням водню: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2.
Інші метали взаємодіють з водою при нагріванні: магній під час кипіння води, залізо в парі води при червоному розжарюванні. У цих випадках утворюються оксиди металів і водень: Zn + H2O = ZnO + H2.

● Метали, які стоять в ряду активності до водню взаємодіють з кислотами (за винятком нітратної і концентрованої сульфатної кислот) з утворенням солі і водню:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2  
Cu + HCl ≠
При взаємодії з нітратною і концентрованою сульфатною кислотами водень ніколи не виділяється, а виділяється вода, сіль та оксиди Нітрогену чи Сульфуру відповідно:
8HNO3 + 3Zn = 3Zn(NO3)2 + 2NO + 4H2O.

Ряд активності металів

Li, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Be, Al, Mn, Cr, Zn, Fe, Cd, Ni, Sn, Pb, (H), Bi, Cu, Ag, Hg, Pt, Au
Ряд активності металів встановив М. М. Бекетов. На основі ряду активності металів можна зробити такі висновки про хімічну поведінку металів:
  • кожен метал розташований в ряду лівіше витісняє з солей інші метали, розташовані в цьому ряду правіше від нього, і може сам бути витіснений із солей металами, розташованими лівіше від нього;
  • всі метали, розташовані лівіше Гідрогену, витісняють його з кислот (можуть розчинятися в кислотах, виділяючи водень), а розташовані правіше – не витісняють (у кислотах-неокиснювачах не розчиняються).
  • чим лівіше розташований метал, тим він активніший, тим сильнішим відновником він виступає і тим трудніше відновлюються його йони.
  • на початку ряду містяться найбільш активні метали, в кінці ряду – найменш активні.

● Більш активні метали, які стоять в ряду напруг лівіше, можуть витісняти менш активні метали, які в ряду напруг стоять правіше з розчинів їх солей:
CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu
FeSO4 + Cu ≠

● Золото і платина розчиняються в царській горілці (суміш концентрованих нітратної і хлоридної кислот у відношенні 1:3 відповідно):
Au + HNO3 + 3HCl = AuCl3 + NO + 2H2O;
3Pt + 4HNO3 + 12HCl = 3 PtCl4 + 4NO + 8H2O.
Дія царської горілки полягає в тому, що нітратна кислота окиснює хлоридну кислоту. Вільний Хлор що виділяється при цьому, сполучається з металами з утворенням хлоридів.

 Застосування металів

60 металів та майже 6000 сплавів на їх основі використовує людина. Ці метали та сплави мають певні властивості, які властиві лише для них. На цих властивостях засноване застосування металів.

  • Виготовлення електричних дротів – (Аl, Cu) – висока електропровідність.
  • Нитка розжарювання електричної лампи – (W) – найвища температура плавлення.
  • Термометр для вимірювання температури – (Hg) – єдиний рідкий за звичайних умов метал.
  • Виготовлення літаків – (Аl) – легкий.

 Сплави

Поряд з цінними властивостями, метали мають і таки характеристики, які небажані при виготовленні різних виробів. Наприклад, мідь та алюміній мають гарну електро- і теплопровідність, пластичність, але вони м’які, легко деформуються, і тому в чистому вигляді є непридатними для виготовлення металічних виробів. Тому частіше використовують сплави. Сплави – це системи, які складаються з двох або декількох металів та  мають властивості, характерні для металічного стану. 

Ознаки, за якими можна класифікувати сплави:

  • за кількістю компонентів: подвійні, потрійні тощо;
  • за структурою: гомогенні (однофазні), гетерогенні (суміші), що складаються з декількох фаз;
  • за характером металу, що складає основу сплаву –  чорні (сталь, чавун), кольорові (сплави алюмінію, міді, нікелю і т.д.);
  • за характерними властивостями (тугоплавкі, легкоплавкі, жароміцні, високоміцні, тверді, корозійностійкі);
  • за технологічними ознаками: ливарні (для виготовлення деталей ливарними шляхом) та деформаційні (піддаються штампуванню, прокату та іншим видам обробки).

До складу сплавів можуть входити також неметали, наприклад, вуглець, кремній, бор. Властивості сплавів дуже різноманітні, вони залежать від складу сплаву та його внутрішньої структури. 

Температура плавлення сплавів зазвичай нижча, а міцність і твердість вища, ніж у компонентів, які його утворюють. Сплав золота і срібла має більшу твердість, тоді як окремі метали є порівняно м’якими. Хімічний зв’язок у сплавах металічний. Сплави мають меншу електричну провідність і теплопровідність, ніж метали, що їх утворюють. Корозійна стійкість багатьох сплавів вища, ніж індивідуальних металів.

НАЙБІЛЬШ ВАЖЛИВІ СПЛАВИ КОЛЬОРОВИХ МЕТАЛІВ:

Сплави на основі міді:

Латунь – сплав міді (від 60 до 90%) і цинку (40-10%). Міцніший за мідь, стійкий до окиснення. Застосовується в машинобудуванні, виготовленні побутових виробів.

Бронза. Давня справжня бронза – це сплав міді і 8-10% олова. Зараз олов’яна бронза поступово витісняється іншими бронзами, які мають кращі конструкційні властивості, до того ж, олово – дефіцитний метал. Алюмінієві бронзи містять 5-11% алюмінію. Наприклад, з алюмінієвої бронзи роблять розмінну монету „мідь”, виготовляють авіаційні двигуни. Свинцева бронза містить 25-28% свинцю, застосовується для виготовлення підшипників. Кремнієва бронза містить 4-5% кремнію, використовується  як дешевий замінник олов’яної бронзи. 

Мідно-нікелеві сплави:

Мельхіор. Містить 29-33% нікелю, стійкий до дії морської води, перегрітого пару та інших агресивних середовищ. Застосовують для виготовлення побутових речей: виделок,  ложок, ножів. Мельхіор із вмістом нікелю 18-20% іде на виготовлення монет „срібло”. Нейзільбер – сплав міді, нікелю (13,5-16,5%) та цинку (18-22%) – з нього виготовляють медичні інструменти, побутовий посуд, художні вироби.

Сплави на основі нікелю:  

Ніхром – сплави нікелю з хромом і з добавкою інших металів. Наприклад, 80% нікелю, 20% хрому або 60% нікелю, 25% заліза, 15% хрому. Їх використовують для виготовлення нагрівальних приладів.

Сплави на основі алюмінію:

Силуміни. Сплав алюмінію (85-90%) з кремнієм (10-15%). За міцністю силуміни не гірші від сталі, але набагато легші і мають винятково високі ливарні властивості, широко застосовуються в машинобудуванні.

Дюралюмін. Це складний сплав: ≈ 4% міді, 1% магнію, 1% кремнію, 1% мангану та 93% алюмінію. Для них характерні високі механічні властивості, за твердістю вони наближаються до сталі, але в 3 рази легші за неї. Алюмінієві сплави широко застосовуються в авіаційній техніці, авто- та кораблебудуванні, також їх використовують для обшивки літаків, автобусів.

Календар свят України. Мова ділового спілкування
НОВИНИ В СВІТІ
НОВИНИ ОСВІТИ
Конструктор сайтів - uCoz