Метали

Відео: Індій - Метал, який можна кусати зубами

метали - клас хімічних елементів з певними хімічними і фізичними властивостями: метали добре проводять електрику і тепло, непрозорі, але можуть відбивати світло-ковкие, що дозволяє надавати виробам з них потрібну форму і розкатувати в плоскі пластинки, пластичні, що дозволяє витягувати тонкий провід.
Металами є прості речовини більшості хімічних елементів (приблизно 80%). Найпоширенішим хімічним елементом-металом, в земній корі є алюміній.
Широко використовуються такі типи металів:
Всі метали мають кристалічну будову. Розташовані тим чи іншим способом, атоми утворюють елементарну комірку просторової кристалічної решітки. Тип решітки залежить від хімічної природи і фазового стану металу.
У заліза, хрому, молібдену, вольфраму і деяких інших металів елементарна комірка є кубом з атомами у вершинах і додатковим - в центрі (об`емноцентрірованая кубічна решітка). При температурі понад 910 ° С в кристалічній структурі заліза відбувається перебудова, число атомів в елементарній комірці збільшується до 14-ти. В результаті перебудови симетрія елементарної комірки змінюється - атоми розташовуються у вершинах куба і додатково в центрі кожної грані (гранецентрированной кубічної решітки). Цинк, магній, титан мають елементарну комірку в формі шестигранної призми.
Елементарні осередки кожного даного кристала однаково орієнтовані в просторі, розташовуючись послідовно, вони мають загальні з сусідніми осередками атоми і утворюють разом просторову решітку. Однак різні метали з ідентичною кристалічною решіткою мають різні параметри, тобто відстані між сусідніми атомами.
Область застосування металів визначається їх властивостями. Властивості металів поділяють на:
До основних механічних властивостей відносяться ударна в`язкість, пластичність, міцність і твердість металу.
До технологічних властивостей відносяться фізична і технологічна зварюваність, ковкість, плавкість, різанням.
До фізичних властивостей металів ставляться колір, питома маса, теплова і електрична провідність, магнітні якості.
Хімічні властивості металів - це стійкість проти корозії, жароміцність.
Фізичні властивості
Всі метали (за винятком ртуті) при звичайних умовах є кристалічними речовинами. Їх атоми розташовані в певному геометричному порядку і утворюють просторову кристалічну решітку. У вузлах кристалічної решітки знаходяться іони металів. Валентні електрони дуже слабо пов`язані з атомами і можуть легко переміщатися по всьому об`єму металу, переходячи від одних іонів до інших.


Легкої рухливістю валентних електронів пояснюється висока електропровідність і теплопровідність металів. На відміну від розчинів і розплавів при проходженні електричного струму через металевий провідник переносу частинок речовини не відбувається. Метали мають електронну електропровідність. За електропровідністю і теплопровідністю метали розміщуються в однаковому порядку. Кращими провідниками електричного струму є срібло, мідь, золото і алюміній.
Характерна особливість металів - металевий блиск, тобто здатність добре відбивати світло. Але ця здатність проявляється лише тоді, коли метал утворює суцільну і гладку (поліровану) поверхню.
Дуже важливою властивістю більшості металів є пластичність, тобто здатність змінювати зовнішню форму при впливі сторонньої сили і зберігати отриману форму після припинення дії зовнішнього впливу. На цій здатності засновані різні способи механічної обробки металів: прокатка, кування, штампування, волочіння і т.д. Також ковані люстри в будинок. Однак ця властивість в різних металів виявляється не однаково. Здатність розкатуватісь в тоненькі листи і витягуватися в тоненький дріт краще проявляється у золота, срібла, міді, алюмінію і олова, трохи гірше в заліза і цинку. Деякі метали зовсім не виявляють пластичності, вони дуже крихкі - це вісмут, марганець і особливо сурма (труба). При ударі вони розпадаються на шматочки.
За щільністю метали умовно ділять на легкі (щільність яких менше 5 г / см 3) і важкі (щільність яких більше 5 г / см 3). До легких металів відносяться літій, калій і натрій. Легкі метали - марганець, алюміній і титан. Найважчими вважаються ртуть, золото, платина і осмій. По твердості метали теж дуже відрізняються один від одного. Твердим металом є хром, який дряпає скло. За ним йде вольфрам, нікель і ін. До наймьягшіх металів відносяться калій і натрій, які легко ріжуться ножем. Дуже м`яким є також свинець. (Див. Таблиця щільності речовин-таблиця відносної твердості речовин)
За температурами плавлення метали теж різко відрізняються один від одного. Температури плавлення ртуть (-39 ° С), за нею йде цезій (28,5 ° C), рубідій (38,5 ° C), калій (62,3 ° C), а найвищу - вольфрам (3410 ° C) . (Див. Таблиця температур плавлення речовин)
За забарвленням метали умовно ділять на чорні - залізо, марганець і їх численні сплави (чавун, сталь) і кольорові, до яких відносять всі інші метали. Відповідно до цього і промисловість, їх видобуває, називають чорної і кольорової металургією.
Хімічні властивості
Характерною особливістю металів є здатність їх атомів віддавати свої валентні електрони і утворювати позитивно заряджені іони. На відміну від неметалів метали негативно заряджених іонів не утворюють. Отже, вільні метали є відновниками. Чим легше даний метал віддає свої валентні електрони, тим він активніше відновник. За хімічною активністю метали можна розділити на три групи: сильно активні - калій, натрій, барій, кальцій і ін., Середньої активності - цинк, залізо, нікель і т.д. і мало активні - срібло, золото і платина. Сильно активні метали з киснем повітря енергійно взаємодіють вже при звичайній температурі, утворюючи оксиди, наприклад:
Тому лужні і лужноземельні метали зберігають під шаром гасу, щоб запобігти їх окислення киснем повітря. Метали середньої активності окислюються киснем повітря тільки з поверхні, покриваючись тонкою плівкою оксиду, яка запобігає подальшому окисленню металу. наприклад:
Але при високій температурі вони енергійно взаємодіють з киснем і перетворюються в оксиди.
Малоактивні (благородні) метали з киснем безпосередньо не реагують взагалі. Більшість металів може безпосередньо реагувати з сіркою, хлором і майже з усіма металами, особливо при високій температурі. З водою сильно активні (лужні і лужноземельні) метали взаємодіють вже при звичайній температурі з виділенням водню і утворенням розчинних гідроксидів (лугів), наприклад:
Метали середньої активності, наприклад залізо, реагують з водою водяною парою) тільки при сильному напруженні:


Мало активні метали з водою не реагують ні за яких умов. Ставлення металів до кислот визначається їх місцем в електрохімічному ряді напруг (ряду активності). Всі метали, займають місце в ряду напруг лівіше водню взаємодіють з кислотами з утворенням солі і виділенням водню (з азотної кислоти водень не виділяється!) Метали, займають місце в ряду напруг правіше водню, водню з кислот не витісняють. Але деякі з них можуть реагувати з концентрованою сірчаною кислотою при нагріванні з утворенням солі і виділенням діоксиду сірки SO 2, наприклад:
Що ж стосується азотної кислоти, то при взаємодії її з усіма металами, незалежно від їх місця в ряду напруг, водень з HNO 3 не виділяється, а утворюються оксиди азоту і сіль металу. наприклад:
Метали складають більше 80% всіх хімічних елементів. Переважна більшість металів зустрічається в природі у вигляді різних з`єднань і тільки деякі з них - у вільному стані. Це так звані самородні метали (золото і платина), а також іноді срібло, ртуть, мідь і інші метали.
Мінерали і гірські породи, придатні для вилучення з них металів заводським способом, називаються рудами. Важливими рудами є оксиди (Fe 2 O 3, Fe 3 O 4, Al 2 O 3 • nH 2 O, MnO 2 і т.д.) - сульфіди (ZnS, PbS, Cu 2 S, HgS і ін.), Солі (NaCl, KCl, MgCl 2 CaCO 3 і т. д.). Малоактивні метали зустрічаються переважно у вигляді оксидів і сульфідів, а активні (лужні і лужноземельні) - виключно у вигляді солей.
У більшості випадків руди містять різні домішки у вигляді піску, глини, вапняку і т.п. Ці домішки називають порожньою породою. Коли в руді багато порожньої породи, тобто коли руда є бідна корисна речовина, таку руду піддають збагаченню, тобто видаляють з неї частину порожньої породи. Різні руди збагачують різними способами.
Для збагачення сульфідних руд зазвичай застосовують спосіб флотації (спливання). При цьому способі руду розмелюють в тонкий порошок і заливають у великих чанах водою. До води додають певні органічні речовини (наприклад, соснове масло, вищі жирні кислоти та ін.), Молекули яких добре адсорбуються частинками сульфідів, і вкривають їх тонкою плівкою, внаслідок чого вони не змочуються водою. Крізь воду продувають повітря, бульбашки якого з маслом утворюють піну, а також прилипають до частинок сульфідів, і вони спливають і збираються зверху разом з піною, а змочені водою частинки пустої породи осідають на дно (див. Рис. Схема флотаційного апарату). Піну з сульфідами металів зливають з чана і віджимають сульфіди. Так отримують збагачену корисними речовинами руду.
Схема флотаційного апарату Вільні метали добувають з руд різними способами. З оксидних руд метали отримують відновленням їх при високих температурах. При цьому як відновник найчастіше використовують вугілля (кокс) і монооксид вуглецю СО. наприклад:
Іноді відновником служать активні метали. Наприклад, при видобутку хрому, берилію, марганцю та ін. Як відновник застосовують алюміній (Алюмінотермія):
У деяких випадках як відновник використовують водень, зокрема при добуванні молібдену, вольфраму, порошкоподібного заліза і т.п .:
Сульфідні руди спочатку обпалюють, переводячи їх в оксиди металів, які потім відновлюють. наприклад:
Найбільш активні метали - калій, натрій, кальцій і ін. - Не можна отримати способом хімічного відновлення їх сполук. Ці метали отримують лише електролізом їх розплавлених солей. наприклад:
Отримання калію електполізом


Увага, тільки СЬОГОДНІ!