Металлы

1. Положение металлов в ПСХЭ и  строение их атомов.

 

 

В Периодической  системе Д. И. Менделеева каждый период, кроме первого, начинается с активного  химического элемента-металла. Эти  начальные элементы образуют главную  подгруппу 1 группы ( их атомы содержат на внешнем уровне 1 электрон) и называются щелочными металлами.

В соответствии с ростом радиуса атома восстановительные  свойства щелочных металлов усиливаются  от лития к францию.    

 Следующие  за щелочными металлами элементы, составляющие главную подгруппу  2 группы, также являются типичными металлами, обладающими сильной восстановительной способностью (их атомы содержат на внешнем уровне 2 электрона). Из этих металлов кальций, стронций, барий и радий называют щелочноземельными металлами.    

 К металлам  относят и элементы главной подгруппы 3 группы, исключая бор.  Элементы главной подгруппы 4 группы: германий, олово, свинец. Элементы главной подгруппы 5 группы: сурьма и висмут. Элементы главной подгруппы 6 группы: полоний.    

 Побочные  подгруппы образованы только элементами-металлами.

Характерное химическое свойство всех металлов - их восстановительная способность, т. е. способность атомов легко отдавать внешние электроны, превращаясь в положительные ионы.  Металлы не могут присоединять к себе электроны.  

2. Физические свойства металлов.

 

 

Физические  свойства металлов обусловлены строением  металлической кристаллической  решетки. В узлах решеток располагаются  атомы и положительные ионы металлов, связанные посредством обобществленных  внешних электронов, которые принадлежат всему кристаллу.

Твердость. Все металлы, кроме ртути, при обычных условиях – твердые вещества. Однако это свойство различно у каждого из металлов.  

Плотность. Металлы делятся на легкие и тяжелые.

Плавкость. Металлы делятся на легкоплавкие и тугоплавкие.

Электрическая проводимость металлов обусловлена присутствием в их кристаллических решетках подвижных электронов, которые направлено перемещаются под действием электрического поля.

Теплопроводность металлов тоже вызвана высокой подвижностью свободных электронов: сталкиваясь с колеблющимися в узлах решетки ионами, электроны обмениваются с ними энергией.

Металлический блеск – результат отражения световых лучей от электронов, находящихся в межатомном пространстве.

Пластичность  металлов обусловлена тем, что под внешним воздействием одни слои ион - атомов в кристаллах легко смещаются, как бы скользят, по отношению к другим без разрыва связей между ними.

Некоторые металлы  обладают звуком.                                  

                                   

  Физические свойства  металлов.  

 

 

 

                                
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    

3. Сплавы.

 

 

Сплавы –  это материалы с характерными свойствами, состоящие из двух или  более компонентов, из которых один металл. По  состоянию компонентов сплавы могут быть однородными, когда при сплавлении образуется как бы раствор одного металла в другом, и неоднородными, представляющими собой механическую смесь металлов.

Представители сплавов:

Бронза-сплав меди с другими элементами, в основном металлами. В зависимости от состава различают: оловянную бронзу, алюминиевую бронзу, свинцовую бронзу, кремниевую бронзу. Применяют для изготовления частей машин и для художественных отливок.

Латунь-сплав меди с цинком. Обладает высокой пластичностью. Используют для изготовления приборов, деталей машин, предметов домашнего обихода.

Баббиты-сплавы, уменьшающие трение, изготовляются на основе олова или свинца с добавками сурьмы, меди и других металлов. Применяют для заливки подшипников

Нихром-сплав никеля, хрома, железа и марганца, обладает большим электрическим сопротивлением и жаропрочностью, поэтому его применяют для изготовления электрических нагревательных приборов.

Припой  «третник»- легкоплавкий сплав, состоит из олова и свинца. Используют при паянии.

Победит-сплав углерода, вольфрама, кобальта. По твердости он близок к алмазу, применяют в металлообработке и при бурении горных пород.

Дюралюминий-сплав алюминия, магния, меди и марганца. Очень прочный и легкий сплав. По прочности он равен стали, но в три раза легче её. Применяют в самолетостроении.

Мельхиор-сплав, состоящий из меди и никеля, похож по внешнему виду на серебро. Используется для изготовления недорогих столовых и художественных изделий.

Чугун-сплав на основе железа, углерода, марганца, кремния, фосфора, серы. Применяется для изготовления  массивных  деталей.

Сплав из олова и индия используют для спайки стекла и металла.

Сплавы  рения с танталом и вольфрамом - самые жаростойкие из всех известных.

Легкие  сплавы на основе титана сохраняют прочность и коррозийную устойчивость при повышенных температурах и давлениях. Из них изготавливают отдельные части реактивных двигателей, корпуса атомных подводных лодок.  

4.Химические свойства металлов.

Электрохимический ряд напряжения металлов

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Au

 

 

 

 

4.Общие  свойства металлов 

 

 

1. Взаимодействие  с кислородом воздуха:

А) легко взаимодействуют  щелочные и щелочноземельные металлы, быстро окисляются при обычной температуре;

Б) менее активные металлы  медленно окисляются при обычной температуре или при нагревании;

В) золото, медь, серебро и платиновые металлы  не окисляются ни при каких условиях.

2. Взаимодействие с водой.

А) щелочные и  щелочноземельные металлы легко  реагируют с водой при обычной  температуре с выделением водорода и образованием гидроксида;

Б) менее активные металлы взаимодействуют с водой  только в раскаленном виде с выделением водорода и образованием оксида.

3. Взаимодействие с неметаллами.

А) с галогенами;

Б) с серой;

В) с азотом;

Г) с углеродом;

Д) с водородом.

4. Взаимодействие с кислотами.

А) металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода, вытесняют его из растворов кислот, кроме щелочных металлов;

Б) металлы, стоящие  правее водорода с кислотами не реагируют, растворяются в «царской водке» ;

В) реакция  идет, если в реакции металла с  кислотой образуется растворимая соль;

Г) концентрированная  серная кислота и азотная кислота  любой концентрации реагирует с  металлами по-особому, при этом водород  не образуется.

5. Взаимодействие с солями.

А) каждый металл вытесняет из растворов солей  другие металлы, находящиеся правее него в ряду напряжений, и сам может быть вытеснен металлами, расположенными левее;

Б) реакция  идет при образовании растворимой  соли;

В) правило  не распространяется на щелочные металлы.       
 
 
 
 

5.Получение металлов.  

Металлы в природе могут встречаться в трех формах:

1.      Только в свободном виде встречаются золото и платина;

2.      И в самородном виде, и в форме соединений могут находиться в природе серебро, медь, ртуть, олово;

3.      Все остальные металлы, которые находятся в ряду напряжений до Sn, встречаются в природе только в виде соединений:

-         хлоридов;

-         нитратов;

-         сульфатов;

-         карбонатов;

-         силикатов;

-         сульфидов;

-         фосфатов и апатитов.

Способы получения.

1. Пирометаллургия- восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью восстановителей (углерода, оксида углерода (2), водорода, металлов - алюминия,  магния).
2. Гидрометаллургия - методы получения металлов, основанные на химических реакциях, происходящих в растворах.
3. Электрометаллургия - методы получения металлов,  основанные на электролизе, т. е. выделении металлов из растворов или расплавов их соединений при пропускании через них постоянного электрического тока.

 

 

6. Коррозия  металлов.

 

 

Коррозией называется самопроизвольное разрушение металлов и сплавов под влиянием окружающей среды. Коррозия вызывает серьезные экологические последствия.