Pierwszym materiałem, którego ludzie nauczyli się używać do swoich potrzeb, jest kamień. Jednak później, gdy człowiek zdał sobie sprawę z właściwości metali, kamień cofnął się daleko. To właśnie te substancje i ich stopy stały się najważniejszym i głównym materiałem w rękach ludzi. Wyrabiano z nich przedmioty gospodarstwa domowego, narzędzia pracy, budowano lokale. Dlatego w tym artykule zastanowimy się, jakie są metale, których ogólna charakterystyka, właściwości i zastosowanie są tak istotne do dziś. Wszakże dosłownie zaraz po epoce kamienia pojawiła się cała galaktyka metalowych: miedzi, brązu i żelaza.
Metale: ogólna charakterystyka
Co łączy wszystkich przedstawicieli tych prostych substancji? Oczywiście jest to budowa ich sieci krystalicznej, rodzaje wiązań chemicznych i cechy struktury elektronowej atomu. W końcu stąd charakterystyczne właściwości fizyczne, które leżą u podstaw wykorzystania tych materiałów przez ludzi.
Przede wszystkim rozważ metale jako pierwiastki chemiczne układu okresowego. W nim są one rozmieszczone dość swobodnie, zajmując 95 ze znanych dotychczas 115. Istnieje kilka cech ich lokalizacji w ogólnymsystem:
- Tworzą główne podgrupy grup I i II, a także III, zaczynając od aluminium.
- Wszystkie drugorzędne podgrupy składają się wyłącznie z metali.
- Są one zlokalizowane poniżej warunkowej przekątnej od boru do astatu.
Na podstawie takich danych łatwo zauważyć, że niemetale gromadzą się w prawej górnej części systemu, a reszta przestrzeni należy do rozważanych przez nas pierwiastków.
Wszystkie mają kilka cech struktury elektronowej atomu:
- Duży promień atomowy, w wyniku którego wiązanie między zewnętrznym elektronem a jądrem słabnie, więc metale łatwo je oddają, działając jako reduktory.
- Niewielka liczba elektronów w zewnętrznej warstwie energetycznej.
- W grupie od góry do dołu właściwości metaliczne pierwiastków ulegają wzmocnieniu, a od lewej do prawej, przeciwnie, słabną. Tak więc najsilniejszym niemetalem jest fluor, a najsłabszym frans.
Ogólna charakterystyka metali i niemetali pozwala nam zidentyfikować wzory w ich strukturze. Tak więc sieć krystaliczna tego pierwszego jest metaliczna, wyjątkowa. Jego węzły zawierają jednocześnie kilka rodzajów cząstek:
- ions;
- atomy;
- elektrony.
W środku gromadzi się pospolita chmura, zwana gazem elektronowym, co wyjaśnia wszystkie fizyczne właściwości tych substancji. Rodzaj wiązania chemicznego w metalach o tej samej nazwie z nimi.
Właściwości fizyczne
Istnieje wiele parametrów, które łączą wszystkie metale. Ogólna charakterystyka ich fizycznychwłaściwości wygląda tak.
- Metalowy połysk. Posiadają go wszyscy przedstawiciele tej grupy substancji. Jednocześnie większość z nich odbija światło o jednej długości fali, dlatego emituje delikatną biało-srebrną barwę. Ale niektóre (złoto, miedź, wiele stopów) mają żółty połysk.
- Plastyczność i plastyczność. Ten parametr jest również nieodłączny dla metali. Ogólna charakterystyka na tej podstawie nie jest jednak do końca dokładna, ponieważ wśród przedstawicieli są bardzo miękkie, plastyczne i ciągliwe, a są też dość kruche, które są obrabiane. Najbardziej plastyczne i ciągliwe są złoto, srebro, miedź, aluminium i inne. Mniej ciągliwe - cyna, ołów, mangan i inne.
- Przewodność elektryczna i cieplna. Posiadają go wszyscy bez wyjątku przedstawiciele. Metale są przewodnikami pierwszego rodzaju.
- Wysokie temperatury topnienia i wrzenia. Na tej podstawie dzieli się je na ogniotrwałe (temperatura powyżej 1500 stopni), topliwe - poniżej podanej wartości.
- Metale lekkie i ciężkie w zależności od ich gęstości. Im mniejszy, tym mniejsza masa atomowa pierwiastka. Najlżejszy jest lit, a najcięższy osm.
- Twardość. Rekordzistą dla tego wskaźnika jest chrom, a najdelikatniejszy cez, topi się w dłoniach.
Wymienione parametry - to ogólna charakterystyka metali, czyli wszystkiego, co łączy je w jedną wielką rodzinę. Należy jednak rozumieć, że od każdej reguły są wyjątki. Ponadto elementów tego rodzaju jest zbyt wiele. Dlatego w samej rodzinieistnieją podziały na różne grupy, które rozważymy poniżej i dla których wskażemy cechy charakterystyczne.
Właściwości chemiczne
Z punktu widzenia nauki chemicznej wszystkie metale są czynnikami redukującymi. I bardzo silny. Im mniej elektronów na poziomie zewnętrznym i im większy promień atomowy, tym mocniejszy metal zgodnie z określonym parametrem.
W wyniku tego metale mogą reagować z:
- niemetale;
- woda;
- kwasy;
- z alkaliami (metale amfoteryczne);
- tlenki;
- sole słabszych metali.
To jest tylko ogólny przegląd właściwości chemicznych. W końcu dla każdej grupy elementów są one czysto indywidualne.
Metale ziem alkalicznych
Ogólna charakterystyka metali ziem alkalicznych jest następująca:
- Miej dwa elektrony na zewnętrznym poziomie.
- Tworzą drugą grupę głównej podgrupy układu okresowego, z wyjątkiem berylu.
- W normalnych warunkach są to ciała stałe, których nie można ciąć nożem.
- Kolor prostych metali jest srebrnoszary, pokryty warstwą tlenku na powietrzu.
- Ich aktywność chemiczna jest wysoka, wzrasta od magnezu do radu.
- Powszechnie występujący w naturze, zwłaszcza wapń. W prostej formie nie występują ze względu na dużą aktywność, ale tworzą wiele różnych związków, które są ważne dla człowieka.
- Biologicznie ważne. Wapń i magnez są ważnymi pierwiastkami śladowymi w ludzkim organizmie iZwierząt. Magnez jest również częścią chlorofilu roślinnego.
Zatem metale ziem alkalicznych są powszechnymi elementami rodziny s, wykazują wysoką aktywność chemiczną i są silnymi środkami redukującymi oraz ważnymi uczestnikami procesów biologicznych w organizmie.
Metale alkaliczne
Ogólna charakterystyka metali alkalicznych zaczyna się od ich nazwy. Otrzymali ją za zdolność rozpuszczania się w wodzie, tworząc alkalia - wodorotlenki kaustyczne. Reakcje z wodą są bardzo gwałtowne, czasem łatwopalne. Substancje te nie występują w naturze w postaci wolnej, ponieważ ich aktywność chemiczna jest zbyt wysoka. Reagują z powietrzem, parą wodną, niemetalami, kwasami, tlenkami i solami, praktycznie ze wszystkim.
Wynika to z ich struktury elektronicznej. Na poziomie zewnętrznym jest tylko jeden elektron, który łatwo oddają. Są to najsilniejsze reduktory, dlatego uzyskanie ich w czystej postaci zajęło dość dużo czasu. Po raz pierwszy dokonał tego Humphrey Davy już w XVIII wieku poprzez elektrolizę wodorotlenku sodu. Teraz wszyscy przedstawiciele tej grupy są wydobywani tą metodą.
Ogólna charakterystyka metali alkalicznych polega na tym, że stanowią one pierwszą grupę głównej podgrupy układu okresowego. Wszystkie one są ważnymi pierwiastkami, które tworzą wiele cennych naturalnych związków używanych przez człowieka.
Ogólna charakterystyka metali z rodzin d- i f-
Ta grupa elementów zawiera wszystkie tektórych utlenianie może się różnić. Oznacza to, że w zależności od warunków metal może działać zarówno jako środek utleniający, jak i środek redukujący. Takie elementy mają dużą zdolność wchodzenia w reakcje. Wśród nich duża liczba substancji amfoterycznych.
Wspólną nazwą wszystkich tych atomów są pierwiastki przejściowe. Otrzymali ją za to, że pod względem swoich właściwości rzeczywiście stoją niejako pośrodku pomiędzy typowymi metalami z rodziny s a niemetalami z rodziny p.
Ogólna charakterystyka metali przejściowych implikuje określenie ich podobnych właściwości. Są one następujące:
- duża liczba elektronów na zewnętrznym poziomie;
- duży promień atomowy;
- kilka stopni utlenienia (od +3 do +7);
- elektrony walencyjne znajdują się na podpoziomie d lub f;
- tworzą 4-6 dużych okresów systemu.
Jako proste substancje, metale z tej grupy są bardzo mocne, ciągliwe i plastyczne, dlatego mają duże znaczenie przemysłowe.
Boczne podgrupy układu okresowego
Ogólne właściwości metali podgrup drugorzędowych całkowicie pokrywają się z właściwościami metali przejściowych. I nie jest to zaskakujące, bo w rzeczywistości jest to dokładnie to samo. Tyle, że boczne podgrupy systemu są tworzone właśnie przez przedstawicieli rodzin d i f, czyli metali przejściowych. Dlatego możemy powiedzieć, że te pojęcia są synonimami.
Najbardziej aktywni i najważniejsi z nich to pierwszy rząd 10 przedstawicieli od skandu po cynk. Wszystkie mają duże znaczenie przemysłowe i częstoużywane przez człowieka, zwłaszcza do wytapiania.
Stopy
Ogólna charakterystyka metali i stopów pozwala nam zrozumieć, gdzie i jak można stosować te substancje. Takie związki przeszły wielkie przemiany w ostatnich dziesięcioleciach, ponieważ coraz więcej nowych dodatków jest odkrywanych i syntetyzowanych w celu poprawy ich jakości.
Najbardziej znane dziś stopy to:
- mosiądz;
- duraluminium;
- żeliwo;
- stal;
- brąz;
- wygra;
- nichrom i inne.
Co to jest stop? Jest to mieszanina metali otrzymywana przez przetapianie tych ostatnich w specjalnych urządzeniach piecowych. Odbywa się to w celu uzyskania produktu, który ma lepsze właściwości niż czyste substancje, które go tworzą.
Porównanie właściwości metali i niemetali
Jeżeli mówimy o ogólnych właściwościach, to właściwości metali i niemetali będą się różnić w jednym bardzo istotnym punkcie: w przypadku tych ostatnich nie można rozróżnić podobnych cech, ponieważ różnią się one znacznie pod względem właściwości fizycznych i chemicznych.
Dlatego niemożliwe jest stworzenie takiej cechy dla niemetali. Możliwe jest jedynie osobne rozważenie przedstawicieli każdej grupy i opisanie ich właściwości.
