ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ - ХИМИЯ - 2025

В свойстве металлов, как физических , так и химических, является ключом к построению бесчисленных артефактов и инженерные работ, а также в качестве декоративных украшений в различных культурах и праздниках.

С незапамятных времен они вызывали любопытство своим привлекательным внешним видом, контрастирующим с непрозрачностью скал. Среди этих наиболее ценных свойств - высокая устойчивость к коррозии, низкая плотность, высокая твердость, ударная вязкость и эластичность.

Металлы с первого взгляда узнаваемы по блестящей, обычно серебристой поверхности. Источник: Джордж Беккер через Pexels.

В химии его больше интересуют металлы с атомной точки зрения: поведение их ионов относительно органических и неорганических соединений. Точно так же соли могут быть получены из металлов для очень специфических применений; например, соли меди и золота.

Однако в первую очередь человечество очаровали именно физические свойства. В целом они отличаются долговечностью, особенно это касается благородных металлов. Таким образом, все, что напоминало золото или серебро, считалось ценным; изготавливались монеты, драгоценности, драгоценности, цепи, статуи, тарелки и т. д.

Металлы - самые распространенные элементы в природе. Просто взгляните на таблицу Менделеева, чтобы убедиться, что почти все ее элементы металлические. Благодаря им стали доступны материалы для проведения электрического тока в электронных устройствах; то есть они являются артериями технологий и костями зданий.

Физические свойства металлов

Физические свойства металлов определяют и различают их как материалы. Необязательно, чтобы они подвергались какой-либо трансформации, вызванной другими веществами, а физическими действиями, такими как нагревание, деформация, полировка или просто взгляд на них.

Блеск

Подавляющее большинство металлов блестящие, а также сероватого или серебристого цвета. Есть несколько исключений: ртуть - черная, медь - красноватая, золотисто-золотистая, а осмий - голубоватый. Эта яркость обусловлена ​​взаимодействием фотонов с его поверхностью, электронно делокализованной металлической связью.

твердость

Металлы твердые, кроме щелочных и некоторых других. Это означает, что металлический брусок сможет поцарапать поверхность, к которой прикасается. В случае щелочных металлов, таких как рубидий, они настолько мягкие, что их можно соскоблить ногтем; по крайней мере, до того, как они начнут разъедать мясо.

Пластичность

Металлы обычно податливы при разных температурах. При ударе и если они деформируются или раздавливаются без трещин или крошек, то металл считается ковким и демонстрирует пластичность. Не все металлы податливы.

Пластичность

Металлы не только податливы, но и пластичны. Когда металл пластичный, он может деформироваться в том же направлении, становясь, как если бы это была нить или проволока. Если известно, что металл можно продать в кабельных колесах, мы можем утверждать, что это пластичный металл; например, медные и золотые провода.

Синтетические кристаллы золота. Alchemist-hp (обсуждение) www.pse-mendelejew.de

Тепловая и электрическая проводимость

Металлы являются хорошими проводниками как тепла, так и электричества. Среди лучших проводников тепла у нас есть алюминий и медь; а лучше всего проводят электричество серебро, медь и золото. Таким образом, медь является металлом, который высоко ценится в промышленности за его превосходную тепло- и электропроводность.

Медные провода. Скотт Эхардт

Звучность

Металлы - качественные материалы. Если ударить по двум металлическим частям, для каждого металла будет издаваться характерный звук. Знатоки и любители металлов действительно могут отличить их по издаваемому звуку.

Высокие температуры плавления и кипения

Перед плавлением металлы могут выдерживать высокие температуры. Некоторые металлы, такие как вольфрам и осмий, плавятся при температурах 3422 ºC и 3033 ºC соответственно. Однако цинк (419,5 ° C) и натрий (97,79 ° C) плавятся при очень низких температурах.

Среди всех цезий (28,44 ºC) и галлий (29,76 ºC) плавятся при самых низких температурах.

На основе этих значений можно понять, почему в сварочных процессах используется электрическая дуга и возникают интенсивные вспышки.

С другой стороны, сами высокие температуры плавления указывают на то, что все металлы являются твердыми при комнатной температуре (25 ° C); За исключением ртути, единственного металла и одного из немногих жидких химических элементов.

Ртуть в жидкой форме. Бионерд

сплавы

Хотя это и не такое физическое свойство, металлы могут смешиваться друг с другом при условии, что их атомам удается адаптироваться для создания сплавов. Таким образом, это твердые смеси. Одну пару металлов сплавить легче, чем другую; а некоторые фактически вообще не могут быть сплавлены из-за низкого сродства между ними.

Медь «уживается» с оловом, смешиваясь с ним, образуя бронзу; или с цинком для образования латуни. Сплавы предлагают множество альтернатив, когда одни только металлы не могут соответствовать требуемым характеристикам для применения; как если бы вы хотели объединить легкость одного металла с прочностью другого.

Химические свойства

Химические свойства - это свойства, присущие их атомам, и то, как они взаимодействуют с молекулами вне своей среды, чтобы перестать быть металлами, чтобы стать другими соединениями (оксидами, сульфидами, солями, металлоорганическими комплексами и т. Д.). Тогда речь идет об их реактивности и их структурах.

Структуры и ссылки

Металлы, в отличие от неметаллических элементов, сгруппированы не как молекулы, MM, а как сеть из M атомов, удерживаемых вместе их внешними электронами.

В этом смысле металлические атомы остаются прочно объединенными «морем электронов», которое их омывает, и они распространяются повсюду; то есть они делокализованы, они не зафиксированы какой-либо ковалентной связью, но составляют металлическую связь. Эта сеть очень упорядоченная и повторяющаяся, поэтому у нас есть металлические кристаллы.

Металлические кристаллы разного размера, полные дефектов, а также их металлическая связь, ответственны за наблюдаемые и измеренные физические свойства металлов. То, что они красочные, яркие, хорошие дирижеры и звучат, объясняется их структурой и их электронной делокализацией.

Есть кристаллы, в которых атомы более компактны, чем в других. Следовательно, металлы могут быть такими же плотными, как свинец, осмий или иридий; или такой же легкий, как литий, даже способный плавать на воде, прежде чем вступить в реакцию.

коррозия

Металлы подвержены коррозии; хотя некоторые из них могут исключительно противостоять ему при нормальных условиях (благородные металлы). Коррозия - это прогрессирующее окисление металлической поверхности, которое в конечном итоге крошится, вызывая пятна и отверстия, портящие его блестящую поверхность, а также другие нежелательные цвета.

Такие металлы, как титан и иридий, обладают высокой устойчивостью к коррозии, поскольку слой образовавшихся ими оксидов не реагирует с влажностью и не позволяет кислороду проникать внутрь металла. Из металлов, которые легче всего поддаются коррозии, есть железо, ржавчину которого легко узнать по коричневому цвету.

Восстановители

Некоторые металлы являются прекрасными восстановителями. Это означает, что они отдают свои электроны другим жадным до электронов видам. В результате этой реакции они становятся катионами M ^{n +} , где n - степень окисления металла; то есть его положительный заряд, который может быть поливалентным (больше 1+).

Например, щелочные металлы используются для восстановления некоторых оксидов или хлоридов. Когда это происходит с натрием, Na, он теряет свой единственный валентный электрон (потому что он принадлежит к группе 1) и превращается в ион или катион натрия Na ⁺ (одновалентный).

Аналогично с кальцием, Ca (группа 2), который теряет два электрона вместо одного и остается в виде двухвалентного катиона Ca ²⁺ .

Металлы можно использовать в качестве восстановителей, поскольку они являются электроположительными элементами; они с большей вероятностью откажутся от своих электронов, чем получат их от других видов.

Реактивность

Сказав, что электроны имеют тенденцию терять электроны, следует ожидать, что во всех своих реакциях (или в большинстве) они в конечном итоге превращаются в катионы. Теперь эти катионы, по-видимому, взаимодействуют с анионами, образуя широкий спектр соединений.

Например, щелочные и щелочноземельные металлы вступают в непосредственную (и взрывоопасную) реакцию с водой с образованием гидроксидов M (OH) _n , образованных ионами M ^{n +} и OH ^- или связями M-OH.

Когда металлы реагируют с кислородом при высоких температурах (например, достигаемых пламенем), они превращаются в оксиды M ₂ O _n (Na ₂ O, CaO, MgO, Al ₂ O ₃ и т. Д.). Это потому, что в воздухе есть кислород; но также азот и некоторые металлы могут образовывать смесь оксидов и нитридов M ₃ N _n (TiN, AlN, GaN, Be ₃ N ₂ , Ag ₃ N и т. д.).

Металлы подвержены воздействию сильных кислот и оснований. В первом случае получаются соли, а во втором снова гидроксиды или основные комплексы.

Оксидный слой, покрывающий некоторые металлы, предотвращает воздействие кислот на металл. Например, соляная кислота не может растворять все металлы с образованием соответствующих водорастворимых хлоридов металлов.

Ссылки

1. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия (8-е изд.). CENGAGE Обучение.
2. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия . (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
3. Инструменты домашней науки. (2019). Урок металловедение. Получено с: learning-center.homesciencetools.com
4. Издательская группа Rosen. (2019). Металлы. Получено с: pkphysicalscience.com
5. Toppr. (SF). Химические свойства металлов и неметаллов. Получено с: toppr.com
6. Wikipedia. (2019). Металл. Получено с: en.wikipedia.org