Сборник статей
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 4.00 (1 Голос)

С давних пор металлы играют исключительно важную роль в развитии всех отраслей промышленности, а в настоящее время в связи с бурным развитием технического прогресса их значение ещё более возросло, так как они являются главными конструкционными и инструментальными материалами.

На основе многих металлов созданы разнообразные сплавы, композиты и полупроводники с широким спектром механических, физико-химических и химических свойств.

Среди достоверно известных на сегодняшний день 110 химических элементов подавляющее большинство составляют металлы (их более 80). Однако деление элементов на металлы и неметаллы относительно, поскольку существует целая группа элементов, обладающих промежуточными свойствами, так называемые полуметаллы (B, Si, Ge, As, Sb, Te, At). Например, для одной из полиморфных модификаций As — серого мышьяка характерны электропроводность и металлический блеск, в то время, как желтый мышьяк проявляет свойства неметаллов.

Следует напомнить, что полиморфизм — это способность твердого вещества образовывать разные кристаллические структуры, которые отличаются не только строением кристаллических решёток, но и свойствами. Полиморфным модификациям металлов по мере увеличения их температур плавления принято присваивать начальные буквы греческого алфавита: самая низкотемпературная модификация обозначается буквой α, затем β и т. д.

Общие сведения о металлах

Классификация металлов

Известно множество классификаций металлов, в основу каждой из которых положена наиболее яркая отличительная черта или общий признак, характерный для той или иной группы. В зависимости от рассматриваемого свойства один и тот же металл может принадлежать разным классификационным группам.

Исторически сложилось такое деление металлов:

• черные — железо Fe, марганец Mn, хром Cr;

• цветные — остальные металлы.

По обнаружению в природе (т. е. по совместному нахождению в одних и тех же минералах, горных породах или рудных месторождениях) рассматривают несколько групп металлов:

• щелочные металлы — литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs, франций Fr;

• щелочноземельные металлы — кальций Ca, стронций Sr, барий Ba, радий Ra;

• семейство железа — железо Fe, кобальт Co, никель Ni;

• семейство платиновых металлов — рутений Ru, осмий Os, палладий Pd, родий Rh, иридий Ir, платина Pt;

• лантаноиды — 14 металлов, следующих за лантаном La, от церия Ce (№58) до лютеция Lu(№71); иногда к этой группе причисляют и сам лантан; среди лантаноидов имеется один радиоактивный металл — прометий Pm (№61);

• актиноиды — 14 металлов после актиния Ac, начиная от тория Th (№90) и заканчивая лоуренсием Lr (№103); как и в случае лантаноидов, к семейству актиноидов зачастую присоединяют и актиний; все актиноиды, включая актиний, относятся к радиоактивным элементам, причем в природе обнаружены только Th, Pa, U, Np, Pu и Ac, а остальные, от америция Am (№95) до лоуренция Lr (№103), получены искусственно;

• редкоземельные — скандий Sc, иттрий Y, лантан La и лантаноиды.

По электронной конфигурации валентных орбиталей металлы делятся на ряд электронных семейств:

• s-металлы — щелочные и щелочноземельные металлы, магний, бериллий;

• p-металлы — алюминий Al, галлий Ga, индий In, таллий Tl (главная подгруппа III группы), германий Ge, олово Sn, свинец Pb (главная подгруппа IV группы), висмут Bi (главная подгруппа V группы), полоний Po (главная подгруппа VI группы);

• d-металлы — элементы побочных подгрупп I-VIII групп периодической системы;

• f-металлы — лантаноиды и актиноиды.

По разным признакам, учитывая физические, химические и другие особенности, металлы

Делятся на многочисленные группы:

• тяжелые, у которых плотность больше 5г/см3, например: медь Cu, цинк Zn, свинец Pb, ртуть Hg, самый тяжелый металл — осмий (22,6г/см3);

• легкие, имеющие плотность меньше 5г/см3, например: калий K, натрий Na, магний Mg, алюминий Al, самый легкий металл — литий (0,53г/см3);

• легкоплавкие, температуры плавления которых не превышают 1500oС, к самым легкоплавким металлам относятся франций (Тплавл = 18 − 21oС), цезий (Тплавл = 28, 5oС), галлий(Тплавл = 29, 1oС), калий (Тплавл = 62, 3oС), натрий (Тплавл = 97, 8oС), олово (Тплавл = 231, 85oС), свинец (Тплавл = 327, 4oС), самый легкоплавкий металл — ртуть (Тплавл = −38, 9oС);

• тугоплавкие, имеющие температуры плавления выше 1500oС: железо (Тплавл = 1539

OС), молибден (Тплавл = 2620oС), осмий (Тплавл = 3030oС), самый тугоплавкий металл — вольфрам(Тплавл = 3420oС);

• редкие, концентрация которых в земной коре очень низка, например: литий Li, рубидий Rb, цезий Cs, молибден Mo, вольфрам W, бериллий Be, цирконий Zr, гафний Hf, ванадий V, ниобий Nb, тантал Ta;

• рассеянные — элементы, которые не образуют самостоятельных минералов, а присутствуют в месторождениях других металлов как примеси, к ним относятся: галлий Ga, таллий Tl, рубидий Ru;

• благородные, для которых характерна особая химическая устойчивость по отношению к окислительным и агрессивным реагентам; благородными металлам являются: золото Au, серебро Ag, платина Pt, палладий Pd, родий Rh, иридий Ir, рутений Ru, осмий Os;

• радиоактивные — это металлы, все изотопы которых обладают радиоактивными свойствами технеций Tc (№43), прометий Pm (№61), полоний Po (№84) и все элементы с более высокими, чем у полония, атомными номерами.

Распространение в природе

Наиболее распространёнными в земной коре являются алюминий (8,45% по массе), далее следуют железо (4, 40%), кальций (3,30%), натрий (2,64%), калий (2,52%), магний (2,14%), титан (0,61%).

Главным источником получения металлов служат руды — скопление металлсодержащих минералов, входящих в состав горных пород.

Только малоактивные благородные металлы (золото, платина, отчасти — серебро и медь, изредка — ртуть) встречаются в свободном состоянии в виде самородков. Большинство же металлов пребывает в окисленной форме и находится в земной коре в виде разнообразных соединений:

• оксидов, например, гематит (Fe2O3), магнетит (Fe3O4), куприт (Cu2O), корунд (Al2O3), рутил (TiO2), пиролизит (MnO2), касситерит (SnO2) и др.;

• двойных оксидов, например, ильменит FeTiO3, хромистый железняк Fe(CrO2)2, шпинель

Mg(AlO2)2, а также гидратированных оксидов (боксит Al2O3·aq, лимонит Fe2O3·aq)

• галогенидов, например, плавиковый шпат CaF2, криолит Na3AlF6, каменная соль NaCl, карналлит KCl·MgCl2·6H2O;

• сульфидов, например, киноварь HgS, сфалерит ZnS, халькозин Cu2S, галенит PbS;

• солей кислородсодержащих кислот, в том числе карбонатов (известняк CaCO3, доломит

CaCO3·MgCO3, малахит (CuOH)2CO3), силикатов (ортоклаз KAlSi2O8, авгит CaMgSi2O6), сульфатов (глауберова соль Na2SO4·10H2O, гипс СaSO4·2H2O), фосфатов (апатит Ca5(PO4)3F, фосфорит Ca5(PO4)3(OH)), нитратов (калийная селитра KNO3) и т. д.

Общие свойства металлов - 4.0 out of 5 based on 1 vote