Химия - Металлы - Свойства металлов
28 февраля 2011Оглавление:
1. Металлы
2. Нахождение в природе
3. Свойства металлов
4. Микроскопическое строение
5. Применение металлов
Характерные свойства металлов
- Металлический блеск
- Хорошая электропроводность
- Возможность лёгкой механической обработки
- Высокая плотность
- Высокая температура плавления
- Большая теплопроводность
- В реакциях чаще всего являются восстановителями
Физические свойства металлов
Все металлы при нормальных условиях находятся в твёрдом состоянии, однако обладают различной твёрдостью. Ниже приводится твёрдость некоторых металлов по шкале Мооса.
Твёрдость некоторых металлов по шкале Мооса:
Твёрдость | Металл | Обрабатываемость |
---|---|---|
0.3 | Рубидий | очень легко царапается ногтем |
0.4 | Калий | очень легко царапается ногтем |
0.5 | Натрий | очень легко царапается ногтем |
0.6 | Литий | очень легко царапается ногтем |
1.2 | Индий | очень легко царапается ногтем, даже мнётся |
1.2 | Таллий | легко царапается ногтем |
1.25 | Барий | легко царапается ногтем |
1.5 | Стронций | царапается ногтем |
1.5 | Галлий | царапается ногтем |
1.5 | Олово | царапается ногтем |
1.5 | Свинец | царапается ногтем |
1.5 | Ртуть | царапается ногтем |
1.75 | Кальций | царапается ногтем |
2.0 | Кадмий | царапается алюминиевой ложкой |
2.25 | Висмут | царапается алюминиевой ложкой |
2.5 | Магний | царапается медной проволокой |
2.5 | Цинк | царапается медной проволокой |
2.5 | Серебро | царапается медной монетой |
2.5 | Золото | царапается медной монетой |
3.0 | Медь | царапается кухонным ножом |
3.0 | Сурьма | царапается кухонным ножом |
3.5 | Платина | царапается кухонным ножом |
4.0 | Железо | царапается кухонным ножом |
4.0 | Никель | царапается кухонным ножом |
4.75 | Палладий | царапается кухонным ножом |
5.0 | Кобальт | царапается стеклом и стальным гвоздём |
5.0 | Цирконий | царапается стеклом и стальным гвоздём |
5.0 | Бериллий | царапается напильником и полевым шпатом |
5.5 | Молибден | царапается напильником и полевым шпатом |
5.5 | Гафний | царапается напильником и полевым шпатом |
6.0 | Титан | царапает стекло; царапается стеклом и напильником |
6.0 | Марганец | царапает стекло; царапается стеклом и напильником |
6.0 | Германий | царапает стекло; царапается стеклом и напильником |
6.0 | Ниобий | царапает стекло; царапается стеклом и напильником |
6.0 | Родий | царапает стекло; царапается стеклом и напильником |
6.5 | Рутений | царапает стекло; царапается кварцем |
6.5 | Тантал | царапает стекло; царапается кварцем |
6.5 | Иридий | царапает стекло; царапается кварцем |
7.0 | Ванадий | царапает все виды сталей; царапается топазом |
7.0 | Рений | царапает все виды сталей; царапается топазом |
7.0 | Осмий | царапает все виды сталей; царапается топазом |
7.5 | Вольфрам | царапает все виды сталей; царапается топазом |
8.5 | Хром | легко царапает стекло и все металлы; царапается рубином |
Температуры плавления металлов лежат в диапазоне от −39 °C до 3410 °C. Температура плавления большинства металлов высока, однако некоторые «нормальные» металлы, например олово и свинец, можно расплавить на обычной электрической или газовой плите.
В зависимости от плотности, металлы делят на лёгкие и тяжёлые. Самым лёгким металлом является литий. Самый тяжёлый металл в настоящее время назвать невозможно, так как плотности осмия и иридия двух самых тяжёлых металлов почти равны, а вычислить их точную плотность крайне сложно: для этого нужно полностью очистить металлы, ведь любые примеси снижают их плотность.
Большинство металлов пластичны, то есть металлическую проволоку можно согнуть, и она не сломается. Это происходит из-за смещения слоёв атомов металлов без разрыва связи между ними. Самыми пластичными являются золото, серебро и медь. Из золота можно изготовить фольгу толщиной 0.003 мм, которую используют для золочения изделий. Однако не все металлы пластичны. Проволока из цинка или олова хрустит при сгибании; марганец и висмут при деформации вообще почти не сгибаются, а сразу ломаются. Пластичность зависит и от чистоты металла; так, очень чистый хром весьма пластичен, но, загрязнённый даже незначительными примесями, становится хрупким и более твёрдым.
Все металлы хорошо проводят электрический ток; это обусловлено наличием в их кристаллических решётках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля. Серебро, медь и алюминий имеют наибольшую электропроводность; по этой причине последние два металла чаще всего используют в качестве материала для проводов. Очень высокую электропроводность имеет также натрий, в экспериментальной аппаратуре известны попытки применения натриевых токопроводов в форме тонкостенных труб из нержавеющей стали, заполненных натрием. Благодаря малому удельному весу натрия, при равном сопротивлении натриевые «провода» получаются значительно легче медных и даже несколько легче алюминиевых.
Высокая теплопроводность металлов также зависит от подвижности свободных электронов. Поэтому ряд теплопроводностей похож на ряд электропроводностей и лучшим проводником тепла, как и электричества, является серебро. Натрий также находит применение как хороший проводник тепла; широко известно, например, применение натрия в клапанах автомобильных двигателей для улучшения их охлаждения.
Гладкая поверхность металлов отражает большой процент света это явление называется металлическим блеском. Однако в порошкообразном состоянии большинство металлов теряют свой блеск; алюминий и магний, тем не менее, сохраняют свой блеск и в порошке. Наиболее хорошо отражают свет алюминий, серебро и палладий из этих металлов изготовляют зеркала. Для изготовления зеркал иногда применяется и родий, несмотря на его исключительно высокую цену: благодаря значительно большей, чем у серебра или даже палладия, твёрдости и химической стойкости, родиевый слой может быть значительно тоньше, чем серебряный.
Цвет у большинства металлов примерно одинаковый светло-серый с голубоватым оттенком. Золото, медь и цезий соответственно жёлтого, красного и светло-жёлтого цвета.
Химические свойства металлов
На внешнем электронном уровне у большинства металлов небольшое количество электронов, поэтому они в большинстве реакций выступают как восстановители
Реакции с простыми веществами
- С кислородом реагируют все металлы, кроме золота, платины. Реакция с серебром происходит при высоких температурах, но оксид серебра практически не образуется, так как он термически неустойчив. В зависимости от металла на выходе могут оказаться оксиды, пероксиды, надпероксиды:
4Li + O2 = 2Li2O оксид лития
2Na + O2 = Na2O2 пероксид натрия
K + O2 = KO2 надпероксид калия
Чтобы получить из пероксида оксид, пероксид восстанавливают металлом:
Na2O2 + 2Na = 2Na2O
Со средними и малоактивными металлами реакция происходит при нагревании:
3Fe + 2O2 = Fe3O4
2Hg + O2 = 2HgO
2Cu + O2 = 2CuO
- С азотом реагируют только самые активные металлы, при комнатной температуре взаимодействует только литий, образуя нитриды:
6Li + N2 = 2Li3N
При нагревании:
2Al + N2 = 2AlN
3Ca + N2 = Ca3N2
- С серой реагируют все металлы, кроме золота и платины:
Железо взаимодействует с серой при нагревании, образуя сульфид:
Fe + S = FeS
- С водородом реагируют только самые активные металлы, то есть металлы IA и IIA групп кроме Be. Реакции осуществляются при нагревании, при этом образуются гидриды. В реакциях металл выступает как восстановитель, степень окисления водорода −1:
2Na + H2 = 2NaH
Mg + H2 = MgH2
- С углеродом реагируют только наиболее активные металлы. При этом образуются ацетилениды или метаниды. Ацетилениды при взаимодействии с водой дают ацетилен, метаниды метан.
2Na + 2C = Na2C2
Na2C2 + 2H2O = 2NaOH + C2H2
2Na + H2 = 2NaH
Легирование
Легирование это введение в расплав дополнительных элементов, модифицирующих механические, физические и химические свойства основного материала.
Просмотров: 11356
|