Pirmais materiāls, ko cilvēki ir iemācījušies izmantot savām vajadzībām, ir akmens. Taču vēlāk, kad cilvēks apzinājās metālu īpašības, akmens pārvietojās tālu atpakaļ. Tieši šīs vielas un to sakausējumi ir kļuvuši par svarīgāko un galveno materiālu cilvēku rokās. No tiem izgatavoja sadzīves priekšmetus, darba instrumentus, izbūvēja telpas. Tāpēc šajā rakstā mēs apsvērsim, kas ir metāli, kuru vispārīgās īpašības, īpašības un pielietojums ir tik aktuāls līdz šai dienai. Galu galā burtiski tūlīt pēc akmens laikmeta sekoja vesela metāla galaktika: varš, bronza un dzelzs.
Metāli: vispārīgās īpašības
Kas vieno visus šo vienkāršo vielu pārstāvjus? Protams, tā ir to kristāliskā režģa struktūra, ķīmisko saišu veidi un atoma elektroniskās struktūras iezīmes. Galu galā no tā izriet raksturīgās fizikālās īpašības, kas ir pamatā tam, ka cilvēki izmanto šos materiālus.
Pirmkārt, uzskatiet metālus par periodiskās sistēmas ķīmiskajiem elementiem. Tajā tie atrodas diezgan brīvi, aizņemot 95 šūnas no līdz šim zināmajām 115. Kopumā ir vairākas to atrašanās vietas pazīmes.sistēma:
- Tās veido I un II grupas, kā arī III galvenās apakšgrupas, sākot ar alumīniju.
- Visas sekundārās apakšgrupas sastāv tikai no metāliem.
- Tie atrodas zem nosacītās diagonāles no bora līdz astatīnam.
Pamatojoties uz šādiem datiem, ir viegli redzēt, ka nemetāli tiek savākti sistēmas augšējā labajā daļā, un pārējā vieta pieder elementiem, kurus mēs apsveram.
Visiem tiem ir vairākas atoma elektroniskās struktūras pazīmes:
- Liels atoma rādiuss, kā rezultātā vājinās saite starp ārējo elektronu un kodolu, tāpēc metāli to viegli atdod, darbojoties kā reducētāji.
- Neliels elektronu skaits ārējā enerģijas slānī.
- Grupā no augšas uz leju elementu metāliskās īpašības tiek pastiprinātas, savukārt laika posmā no kreisās puses uz labo, gluži pretēji, tās vājinās. Tātad stiprākais nemetāls ir fluors, bet vājākais ir francijs.
Metālu un nemetālu vispārīgās īpašības ļauj noteikt to struktūras modeļus. Tādējādi pirmā kristāla režģis ir metālisks, īpašs. Tā mezglos vienlaikus ir vairāku veidu daļiņas:
- ions;
- atomi;
- elektroni.
Iekšā uzkrājas parasts mākonis, ko sauc par elektronu gāzi, kas izskaidro visas šo vielu fizikālās īpašības. Ķīmiskās saites veids metālos ar tādu pašu nosaukumu.
Fizikālās īpašības
Ir vairāki parametri, kas apvieno visus metālus. Viņu fiziskās īpašībasrekvizīti izskatās šādi.
- Metāla spīdums. Visiem šīs vielu grupas pārstāvjiem tas ir. Tajā pašā laikā lielākā daļa no tā atstaro viena viļņa garuma gaismu, tāpēc izstaro maigu b alti sudraba krāsu. Bet dažiem (zeltam, varšam, daudziem sakausējumiem) ir dzeltens spīdums.
- Kaļamība un plastiskums. Šis parametrs ir raksturīgs arī metāliem. Tomēr vispārīgais raksturlielums, pamatojoties uz to, nav pilnīgi precīzs, jo starp pārstāvjiem ir ļoti mīksti, kaļami un elastīgi, un ir arī diezgan trausli, kas ir apstrādāti. Kaļamākie un kaļamākie ir zelts, sudrabs, varš, alumīnijs un citi. Mazāk kaļamā - alva, svins, mangāns un citi.
- Elektriskā un siltuma vadītspēja. Tā pieder visiem pārstāvjiem bez izņēmuma. Metāli ir pirmā veida vadītāji.
- Augsta kušanas un viršanas temperatūra. Pamatojoties uz to, tos iedala ugunsizturīgos (temperatūra virs 1500 grādiem), kausējamos - zem norādītā skaitļa.
- Viegli un smagie metāli atkarībā no to blīvuma. Tas ir mazāks, jo mazāks ir elementa atomsvars. Vieglākais ir litijs, bet smagākais ir osmijs.
- Cietība. Šī indikatora rekordists ir hroms, bet mīkstākais ir cēzijs, tas kūst rokās.
Norādītie parametri - tā ir vispārīga metālu īpašība, tas ir, viss, kas tos apvieno vienā lielā saimē. Tomēr jāsaprot, ka katram noteikumam ir izņēmumi. Turklāt ir pārāk daudz šāda veida elementu. Tāpēc pašā ģimenēir iedalījums dažādās grupās, kuras apskatīsim tālāk un kurām norādīsim raksturīgās pazīmes.
Ķīmiskās īpašības
No ķīmijas zinātnes viedokļa visi metāli ir reducētāji. Un ļoti spēcīga. Jo mazāk elektronu ārējā līmenī un jo lielāks ir atoma rādiuss, jo stiprāks ir metāls atbilstoši norādītajam parametram.
Tā rezultātā metāli spēj reaģēt ar:
- nemetāli;
- ūdens;
- skābes;
- ar sārmiem (amfotēriem metāliem);
- oksīdi;
- vājāku metālu sāļi.
Šis ir tikai vispārīgs pārskats par ķīmiskajām īpašībām. Galu galā katrai elementu grupai tie ir tīri individuāli.
Sārmzemju metāli
Sārmzemju metālu vispārīgie raksturlielumi ir šādi:
- Ir divi elektroni ārējā līmenī.
- Tie veido periodiskās sistēmas galvenās apakšgrupas otro grupu, izņemot beriliju.
- Parastos apstākļos tās ir cietas vielas, kuras nevar sagriezt ar nazi.
- Vienkāršu metālu krāsa ir sudrabpelēka, gaisā pārklāta ar oksīda plēvi.
- To ķīmiskā aktivitāte ir augsta, tā palielinās no magnija līdz rādijam.
- Dabā plaši izplatīts, īpaši kalcijs. Vienkāršā veidā tie nav atrodami augstās aktivitātes dēļ, taču tie veido daudz dažādu savienojumu, kas ir svarīgi cilvēkiem.
- Bioloģiski svarīgi. Kalcijs un magnijs ir svarīgi cilvēka ķermeņa mikroelementi undzīvnieki. Magnijs ir arī daļa no augu hlorofila.
Tādējādi sārmzemju metāli ir bieži sastopami s-ģimenes elementi, kuriem ir augsta ķīmiskā aktivitāte, un tie ir spēcīgi reducētāji un svarīgi bioloģisko procesu dalībnieki organismā.
Sārmu metāli
Sārmu metālu vispārīgās īpašības sākas ar to nosaukumu. Viņi to saņēma par spēju izšķīst ūdenī, veidojot sārmus - kaustiskos hidroksīdus. Reakcijas ar ūdeni ir ļoti spēcīgas, dažreiz viegli uzliesmojošas. Šīs vielas dabā nav atrodamas brīvā formā, jo to ķīmiskā aktivitāte ir pārāk augsta. Tie reaģē ar gaisu, ūdens tvaikiem, nemetāliem, skābēm, oksīdiem un sāļiem, gandrīz visu.
Tas ir saistīts ar to elektronisko struktūru. Ārējā līmenī ir tikai viens elektrons, kuru viņi viegli atdod. Tie ir spēcīgākie reducētāji, tāpēc to iegūšana tīrā veidā prasīja diezgan ilgu laiku. Pirmo reizi to izdarīja Hamfrijs Deivijs jau 18. gadsimtā ar nātrija hidroksīda elektrolīzi. Tagad visi šīs grupas pārstāvji tiek iegūti, izmantojot šo metodi.
Sārmu metālu vispārīgās īpašības slēpjas faktā, ka tie veido periodiskās sistēmas galvenās apakšgrupas pirmo grupu. Tie visi ir svarīgi elementi, kas veido daudzus vērtīgus dabiskos savienojumus, ko izmanto cilvēki.
D- un f-ģimenes metālu vispārīgie raksturlielumi
Šajā elementu grupā ietilpst visi tiekuru oksidēšanās var atšķirties. Tas nozīmē, ka atkarībā no apstākļiem metāls var darboties gan kā oksidētājs, gan kā reducētājs. Šādiem elementiem ir lieliska spēja iekļūt reakcijās. To vidū liels skaits amfotērisku vielu.
Visu šo atomu vispārpieņemtais nosaukums ir pārejas elementi. Viņi to saņēma par to, ka pēc savām īpašībām tie patiešām atrodas it kā pa vidu starp tipiskiem s-ģimenes metāliem un p-ģimenes nemetāliem.
Pārejas metālu vispārīgās īpašības nozīmē to līdzīgo īpašību apzīmēšanu. Tie ir šādi:
- liels elektronu skaits ārējā līmenī;
- liels atomu rādiuss;
- vairāki oksidācijas stāvokļi (no +3 līdz +7);
- valences elektroni atrodas d- vai f-apakšlīmenī;
- veido 4-6 lielus sistēmas periodus.
Šīs grupas metāli kā vienkāršas vielas ir ļoti stipri, kaļami un kaļami, tāpēc tiem ir liela rūpnieciskā nozīme.
Periodiskās sistēmas sānu apakšgrupas
Sekundāro apakšgrupu metālu vispārīgie raksturlielumi pilnībā sakrīt ar pārejas metālu īpašībām. Un tas nav pārsteidzoši, jo patiesībā tas ir tieši tas pats. Vienkārši sistēmas sānu apakšgrupas veido tieši d- un f-ģimenes pārstāvji, tas ir, pārejas metāli. Tāpēc mēs varam teikt, ka šie jēdzieni ir sinonīmi.
Aktīvākie un nozīmīgākie no tiem ir 10 pārstāvju pirmā rinda no skandija līdz cinkam. Visiem tiem ir liela rūpnieciska nozīme un biežiizmanto cilvēki, īpaši kausēšanai.
Sakausējumi
Metālu un sakausējumu vispārīgās īpašības ļauj saprast, kur un kā šīs vielas iespējams izmantot. Šādi savienojumi pēdējo desmitgažu laikā ir piedzīvojuši lielas pārvērtības, jo tiek atklātas un sintezētas arvien jaunas piedevas, lai uzlabotu to kvalitāti.
Šodien slavenākie sakausējumi ir:
- misiņš;
- duralumīnijs;
- čuguns;
- tērauds;
- bronza;
- uzvarēs;
- nichrome un citi.
Kas ir sakausējums? Šis ir metālu maisījums, ko iegūst, pēdējo kausējot īpašās krāsns ierīcēs. Tas tiek darīts, lai iegūtu produktu, kura īpašības ir pārākas par tīrajām vielām, kas to veido.
Metālu un nemetālu īpašību salīdzinājums
Ja runājam par vispārīgām īpašībām, tad metālu un nemetālu īpašības atšķirsies vienā ļoti nozīmīgā punktā: pēdējiem nevar atšķirt līdzīgas pazīmes, jo tās ļoti atšķiras pēc to fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām.
Tāpēc nemetāliem šādu raksturlielumu izveidot nav iespējams. Ir iespējams tikai atsevišķi apsvērt katras grupas pārstāvjus un aprakstīt to īpašības.
