Металлы: общая характеристика металлов и сплавов. Физические свойства металлов

Из 109 химических элементов Периодической системы Дмитрия Ивановича Менделеева 87 элементов образуют в свободном состоянии простые вещества с металлической связью.

Еще в давние времена человек обращал свое внимание на особые свойства металлов: их можно плавить, а после этого придавать им любую форму, изготовив при этом наконечники копий и стрел, секиры и мечи, посуду и даже плуги. Как нам известно, из истории, на смену каменному веку пришел медный век, затем – бронзовый, еще позже – железный. Абсолютно все металлы, кроме ртути, в своем обычном состоянии твердые вещества, обладающие определенным набором общих свойств. Металлы – это пластичные, ковкие, тягучие вещества, обладающие металлическим блеском, а также способностью проводить электрический ток и тепло.

В древние времена, металлам приписывались различные чудодейственные свойства. В Древнем Египте семь металлов считались олицетворением семи планет на Земле.

Такой драгоценный металл как золото, наши праотцы олицетворяли с Солнцем, серебро – с Луной, медь – с Венерой, железо – с Марсом, олово – с Юпитером, свинец – с Сатурном, ртуть – с Меркурием. Количество металлов, которое на тот момент было известно людям, казалось бы, только подтверждало подобную взаимосвязь между планетами и металлами. Когда в шестнадцатом веке алхимики сумели открыть металлическую сурьму, они на протяжении долгого времени не хотели признавать ее металлом – ведь для сурьмы на небе не хватало определенной планеты.

М.В. Ломоносов описывал металлы как «светлое тело, которое ковать можно», он приписывал это свойство к золоту, серебру, меди, олову, железу и свинцу. А. Лавузье упоминал в своей книге «Начальный курс химии» написанной в 1789 году, уже около семнадцати металлов. В начале девятнадцатого века произошло открытие платиновых металлов. В наши дни, число металлов которые известны человеку, достигло 87.

Пластичность – одно из важнейших свойств металлов, позволяющее им видоизменять свою форму при ударе, сплющиваться в тонкие листы или вытягиваться в проволоку. Таким образом, подвижные обобществленные электроны смягчают перемещение положительных ионов, экранируя их друг от друга. Именно поэтому обработка металла при изменении его формы происходит без разрушения оного.

По своей пластичности, из драгоценных металлов можно выделить золото. Всего из одного грамма золота можно изготовить проволоку протяженностью в три километра.

Наличие обобществленных электронов объясняет также и такое характерное свойство металлов, как их электропроводность. Хватит даже небольшой разности потенциалов, и хаотично двигающиеся электроны начинают перемещаться в строго упорядоченном направлении. Самыми оптимальными проводниками электрического тока являются такие металлы как серебро, медь, золото, алюминий. В такой последовательности, уменьшается их электропроводность.

Помимо этого, свободные электроны являются причиной блеска металлов. Свет поглощается поверхностью металла, его электроны начинают испускать свои, уже вторичные, волны излучения, мы их можем наблюдать как металлический блеск. Хорошим примером этого могут послужить такие металлы как ртуть, медь серебро – они прекрасно отражают свет.

Большое количество металлов фигурирует в природе в виде руды и различных соединений. Они могут образовывать сульфиды, оксиды, карбонаты и многие другие химические соединения. Чтобы получить чистый метал из руды необходимо выделить его и произвести очистку. Если возникает необходимость, то производится легирование и другая обработка металла. Наука, которая изучает металлы, а также все, что связано с ними называется металлургия.

Остались вопросы? Не знаете, как сделать домашнее задание?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь .
Первый урок – бесплатно!

сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Подавляющее большинство (93 из 117) известных в настоящее время химических элементов относится к металлам.
Атомы различных металлов имеют много общего в строении, а образуемые ими простые и сложные вещества имеют схожие свойства (физические и химические).

Положение в периодической системе и строение атомов металлов.

В периодической системе металлы располагаются левее и ниже условной ломаной линии, проходящей от бора к астату (см. таблицу ниже). К металлам относятся почти все s-элементы (за исключением Н, Не), примерно половина р -элементов, все d — и f -элементы (лантаниды и актиниды ).

У большинства атомов металлов на внешнем энергетическом уровне содержится небольшое число (до 3) электронов, только у некоторых атомов р-элементов (Sn, Pb, Bi, Ро) их больше (от четырех до шести). Валентные электроны атомов металлов слабо (по сравнению с атомами неметаллов) связаны с ядром. Поэтому атомы металлов относительно легко отдают эти электроны другим атомам, выступая в химических реакциях только в качестве восстановителей и превращаясь при этом в положительно заряженные катионы:

Me - пе – = Ме n+ .

В отличие от неметаллов для атомов металлов характерны только положительные степени окисления от +1 до +8.

Легкость, с которой атомы металла отдают свои валентные электроны другим атомам, характеризует восстановительную активность данного металла. Чем легче атом металла отдает свои электроны, тем он более сильный восстановитель. Если расположить в ряд металлы в порядке уменьшения их восстановительной способности в водных растворах, мы получим известный нам вытеснительный ряд металлов , который называется также электрохимическим рядом напряжений (или рядом активности ) металлов (см. таблицу ниже).

Распространенность м еталлов в природе .

В первую тройку наиболее распространенных в земной коре (это поверхностный слой нашей планеты толщиной примерно 16 км) металлов входят алюминий, железо и кальций. Менее распространены натрий, калий, магний. В таблице ниже приведены массовые доли некоторых металлов в земной коре.

железо и кальций. Менее распространены натрий, калий, магний. В таблице ниже приведены массовые доли некоторых металлов в земной коре.

Распространенность металлов в земной коре

Элементы, массовая доля которых в земной коре составляет менее 0,01 %, называются редкими . К числу редких металлов относятся, например, все лантаниды. Если элемент не способен концентрироваться в земной коре, т. е. не образует собственных руд, а встречается в качестве примеси с другими элементами, то его относят к рассеянным элементам. Рассеянными, например, являются следующие металлы: Sc, Ga, In, Tl, Hf.

В 40-х годах XX в. немецкие ученые Вальтер и Ида Нолла к высказали мысль о том. что в каждом булыжнике на мостовой присутствуют все химические элементы периодической системы. Вначале эти слова были встречены их коллегами далеко не с единодушным одобрением. Однако по мере появления все более точных методов анализа ученые все больше убеждаются в справедливости этих слов.

Поскольку все живые организмы находятся в тесном контакте с окружающей средой, то и в каждом из них должны содержаться если не все, то большая часть химических элементов периодической системы. Например, в организме взрослого человека массовая доля неорганических веществ составляет 6 %. Из металлов в этих соединениях присутствуют Mg, Са, Na, К. В составе многих ферментов и иных биологически активных органических соединений в нашем организме содержатся V, Mn, Fe, Cu, Zn, Co, Ni, Mo, Сг и некоторые другие металлы.

В организме взрослого человека содержится в среднем около 140 г ионов калия и около 100 г ионов натрия. С пищей мы ежедневно потребляем от 1,5 г до 7 г ионов калия и от 2 г до 15 г ионов натрия. Потребность в ионах натрия настолько велика, что их необходимо специально добавлять в пищу. Значительная потеря ионов натрия (в виде NaCl с мочой и потом) неблагоприятно сказывается на здоровье человека. Поэтому в жаркую погоду врачи рекомендуют пить минеральную воду. Однако и избыточное содержание соли в пище негативно сказывается на работе наших внутренних органов (в первую очередь, сердца и почек).

Часть I

1. Металлы (М) располагаются в I-III группах, или в нижней части IV-VI групп. Только из металлов состоят В группы.

2. У атомов металлов 1-3 электрона во внешнем электронном слое и сравнительно большой радиус атома. Атомы металлов имеют тенденцию к отдаче внешних электронов.

3. Простые вещества - металлы состоят из элементов, связанных металлической химической связью, которую можно отобразить общей схемой:

4. Все М - твёрдые вещества, кроме Hg . Самые мягкие металлы IA группы, самый твердый -Cr.

5. М обладают тепло- и электропроводностью и имеют металлический блеск.

6. Олово обладает свойством образовывать два простых вещества - белое и серое, т. е. свойством аллотропии.

7. Дополните таблицу "Свойства и применение некоторых металлов".

Часть II

1. Выберите названия простых веществ - металлов. Из букв, соответствующих правильным ответам, вы составите название металла, которое в переводе с греческого означает «камень»: литий.
2) магний Л
3) кальций И
5) медь Т
7) золото И
8) ртуть Й

2. Неверны следующие утверждения, характеризующие металлы:
5) непластичные и нековкие

3. Выберите четыре самых электропроводных металла (цифры расположите в порядке убывания электропроводности) из перечня:
1) серебро
2) золото
3) алюминий
4) железо
5) марганец
6) калий
7) натрий

Ответ: 1, 2, 3, 7.

4. Составьте схемы образования металлической химической связи для веществ с формулами:

5. Проанализируйте рисунок «Металлическая кристаллическая решётка».

Сделайте вывод о причинах пластичности, тепло- и электропроводности металлов.
Каждый атом металла окружен восемью соседними атомами. Оторвавшиеся внешние электроны свободно движутся от одного образовавшегося иона к другому, соединяя ионный остов металла в гигантскую молекулу. Высокая теплопроводность, электрическая проводимость металлов обусловлены наличием в их кристаллических решетках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля. Большинство металлов пластичны из-за смещения слоев атомов металлов без разрыва связи между ними.

6. Заполните таблицу «Металлы». Данные для таблицы найдите с помощью дополнительных источников информации, в том числе Интернета.

7. С помощью Интернета и других источников информации подготовьте небольшое сообщение на тему «Ртуть в жизни человека» по следующему плану:
1) знания о ртути в древности и в Средние века;
2) токсичность ртути и меры безопасности при работе с ней;
3) применение ртути в современной промышленности.

1) Ртуть входила в число 7 металлов, её считают прародительницей всех металлов, использовали не только саму ртуть, но и её сплав киноварь.
2) Она очень токсична, испаряется при комнатной температуре, и при вдыхании отравляет человека. Накапливаясь в организме, она поражает внутренние органы, дыхательные пути, кроветворные органы и головной мозг.
3) Ртуть используют очень широко. В химической промышленности в качестве катода при получении гидроксида натрия, как катализатор при получении многих органических соединений, при растворении урановых блоков (в атомной энергетике). Этот элемент применяется при изготовлении ламп дневного света, кварцевых ламп, манометров, термометров и других научных приборов.

Первый материал, который научились использовать люди для своих нужд - это камень. Однако позже, когда человеку стало известно о свойствах металлов, камень отошел далеко назад. Именно эти вещества и их сплавы стали самым важным и главным материалом в руках людей. Из них изготавливались предметы быта, орудия труда, строились помещения. Поэтому в данной статье мы рассмотрим, что же собой представляют металлы, общая характеристика, свойства и применение которых так актуально по сей день. Ведь буквально сразу за каменным веком последовала целая плеяда металлических: медный, бронзовый и железный.

Металлы: общая характеристика

Что же объединяет всех представителей этих простых веществ? Конечно, это строение их кристаллической решетки, типы химических связей и особенности электронного строения атома. Ведь отсюда и характерные физические свойства, которые лежат в основе использования этих материалов человеком.

В первую очередь, рассмотрим металлы как химические элементы периодической системы. В ней они располагаются достаточно вольготно, занимая 95 ячеек из известных на сегодняшний день 115. Есть несколько особенностей их расположения в общей системе:

• Образуют главные подгруппы I и II групп, а так же III, начиная с алюминия.
• Все побочные подгруппы состоят только из металлов.
• Они располагаются ниже условной диагонали от бора до астата.

Опираясь на такие данные, легко проследить, что неметаллы собраны в верхней правой части системы, а все остальное пространство принадлежит рассматриваемым нами элементам.

Все они имеют несколько особенностей электронного строения атома:

Общая характеристика металлов и неметаллов позволяет выявить закономерности в их строении. Так, кристаллическая решетка первых - металлическая, особенная. В узлах ее находятся сразу несколько типов частиц:

• ионы;
• атомы;
• электроны.

Внутри скапливается общее облако, называемое электронным газом, которое и объясняет все физические свойства этих веществ. Тип химической связи в металлах одноименный с ними.

Физические свойства

Существует ряд параметров, которые объединяют все металлы. Общая характеристика их по физическим свойствам выглядит так.

Перечисленные параметры - это и есть общая характеристика металлов, то есть все то, что их объединяет в одно большое семейство. Однако следует понимать, что из всякого правила есть исключения. Тем более что элементов подобного рода слишком много. Поэтому внутри самого семейства также есть свои подразделения на различные группы, которые мы рассмотрим ниже и для которых укажем характерные особенности.

Химические свойства

С точки зрения науки химии, все металлы - это восстановители. Причем, очень сильные. Чем меньше электронов на внешнем уровне и чем больше атомный радиус, тем сильнее металл по указанному параметру.

В результате этого металлы способны реагировать с:

Это лишь общий обзор химических свойств. Ведь для каждой группы элементов они сугубо индивидуальны.

Щелочноземельные металлы

Общая характеристика щелочноземельных металлов следующая:

Таким образом, щелочноземельные металлы - это распространенные элементы s-семейства, проявляющие высокую химическую активность и являющиеся сильными восстановителями и важными участниками биологических процессов в организме.

Щелочные металлы

Общая характеристика начинается с их названия. Его они получили за способность растворяться в воде, формируя щелочи - едкие гидроксиды. Реакции с водой очень бурные, иногда с воспламенением. В свободном виде в природе данные вещества не встречаются, так как их химическая активность слишком высока. Они реагируют с воздухом, парами воды, неметаллами, кислотами, оксидами и солями, то есть практически со всем.

Это объясняется их электронным строением. На внешнем уровне всего один электрон, который они легко отдают. Это самые сильные восстановители, именно поэтому для их получения в чистом виде понадобилось достаточно долгое время. Впервые это было сделано Гемфри Дэви уже в XVIII веке путем электролиза гидроксида натрия. Сейчас всех представителей этой группы добывают именно таким методом.

Общая характеристика щелочных металлов заключается еще и в том, что они составляют первую группу главную подгруппу периодической системы. Все они - важные элементы, образующие много ценных природных соединений, используемых человеком.

Общая характеристика металлов d- и f-семейств

К этой группе элементов относятся все те, степень окисления которых может варьироваться. Это значит, что в зависимости от условий, металл может выступать в роли и окислителя, и восстановителя. У таких элементов велика способность вступать в реакции. Среди них большое количество амфотерных веществ.

Общее название всех этих атомов - переходные элементы. Они получили его за то, что по проявляемым свойствам действительно стоят как бы посередине, между типичными металлами s-семейства и неметаллами р-семейства.

Общая характеристика переходных металлов подразумевает обозначение сходных их свойств. Они следующие:

• большое количество электронов на внешнем уровне;
• большой атомный радиус;
• несколько степеней окисления (от +3 до +7);
• находятся на d- или f-подуровне;
• образуют 4-6 больших периодов системы.

Как простые вещества металлы данной группы очень прочные, тягучие и ковкие, поэтому имеют большое промышленное значение.

Побочные подгруппы периодической системы

Общая характеристика металлов побочных подгрупп полностью совпадает с таковой у переходных. И это неудивительно, ведь, по сути, это совершенно одно и то же. Просто побочные подгруппы системы образованы именно представителями d- и f-семейств, то есть переходными металлами. Поэтому можно сказать, что данные понятия - синонимы.

Самые активные и важные из них - первый ряд из 10 представителей от скандия до цинка. Все они имеют важное промышленное значение и часто используются человеком, особенно для выплавки.

Сплавы

Общая характеристика металлов и сплавов позволяет понять, где и как возможно использовать эти вещества. Такие соединения в последние десятки лет претерпели большие преобразования, ведь открываются и синтезируются все новые добавки для улучшения их качества.

Наиболее известными сплавами на сегодняшний день являются:

• латунь;
• дюраль;
• чугун;
• сталь;
• бронза;
• победит;
• нихром и прочие.

Что такое сплав? Это смесь металлов, получаемая при плавке последних в специальных печных устройствах. Это делается для того, чтобы получить продукт, превосходящий по свойствам чистые вещества, его образующие.

Сравнение свойств металлов и неметаллов

Если говорить об общих свойствах, то характеристика металлов и неметаллов будет отличаться одним очень существенных пунктом: для последних нельзя выделить схожих черт, так как они очень разнятся по проявляемым свойствам как физическим, так и химическим.

Поэтому для неметаллов создать подобную характеристику нельзя. Можно лишь по отдельности рассмотреть представителей каждой группы и описать их свойства.

Из 109 химических элементов Периодической системы Дмитрия Ивановича Менделеева 87 элементов образуют в свободном состоянии простые вещества с металлической связью.

Еще в давние времена человек обращал свое внимание на особые свойства металлов: их можно плавить, а после этого придавать им любую форму, изготовив при этом наконечники копий и стрел, секиры и мечи, посуду и даже плуги. Как нам известно, из истории, на смену каменному веку пришел медный век, затем – бронзовый, еще позже – железный. Абсолютно все металлы, кроме ртути, в своем обычном состоянии твердые вещества, обладающие определенным набором общих свойств. Металлы – это пластичные, ковкие, тягучие вещества, обладающие металлическим блеском, а также способностью проводить электрический ток и тепло.

В древние времена, металлам приписывались различные чудодейственные свойства. В Древнем Египте семь металлов считались олицетворением семи планет на Земле.

Такой драгоценный металл как золото, наши праотцы олицетворяли с Солнцем, серебро – с Луной, медь – с Венерой, железо – с Марсом, олово – с Юпитером, свинец – с Сатурном, ртуть – с Меркурием. Количество металлов, которое на тот момент было известно людям, казалось бы, только подтверждало подобную взаимосвязь между планетами и металлами. Когда в шестнадцатом веке алхимики сумели открыть металлическую сурьму, они на протяжении долгого времени не хотели признавать ее металлом – ведь для сурьмы на небе не хватало определенной планеты.

М.В. Ломоносов описывал металлы как «светлое тело, которое ковать можно», он приписывал это свойство к золоту, серебру, меди, олову, железу и свинцу. А. Лавузье упоминал в своей книге «Начальный курс химии» написанной в 1789 году, уже около семнадцати металлов. В начале девятнадцатого века произошло открытие платиновых металлов. В наши дни, число металлов которые известны человеку, достигло 87.

Пластичность – одно из важнейших свойств металлов, позволяющее им видоизменять свою форму при ударе, сплющиваться в тонкие листы или вытягиваться в проволоку. Таким образом, подвижные обобществленные электроны смягчают перемещение положительных ионов, экранируя их друг от друга. Именно поэтому обработка металла при изменении его формы происходит без разрушения оного.

По своей пластичности, из драгоценных металлов можно выделить золото. Всего из одного грамма золота можно изготовить проволоку протяженностью в три километра.

Наличие обобществленных электронов объясняет также и такое характерное свойство металлов, как их электропроводность. Хватит даже небольшой разности потенциалов, и хаотично двигающиеся электроны начинают перемещаться в строго упорядоченном направлении. Самыми оптимальными проводниками электрического тока являются такие металлы как серебро, медь, золото, алюминий. В такой последовательности, уменьшается их электропроводность.

Помимо этого, свободные электроны являются причиной блеска металлов. Свет поглощается поверхностью металла, его электроны начинают испускать свои, уже вторичные, волны излучения, мы их можем наблюдать как металлический блеск. Хорошим примером этого могут послужить такие металлы как ртуть, медь серебро – они прекрасно отражают свет.

Большое количество металлов фигурирует в природе в виде руды и различных соединений. Они могут образовывать сульфиды, оксиды, карбонаты и многие другие химические соединения. Чтобы получить чистый метал из руды необходимо выделить его и произвести очистку. Если возникает необходимость, то производится легирование и другая обработка металла. Наука, которая изучает металлы, а также все, что связано с ними называется металлургия.

Остались вопросы? Не знаете, как сделать домашнее задание?
Чтобы получить помощь репетитора – .
Первый урок – бесплатно!

blog.сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.