Химические свойства металлов

Перспективы развития металлургической промышленности

Металлургия является одной из важнейших отраслей промышленности и играет ключевую роль в экономике многих стран. Современное развитие металлургической промышленности направлено на поиск новых и улучшение существующих технологий, что позволяет расширять границы производства и повышать качество металлической продукции.

Одной из перспективных областей развития металлургической промышленности является разработка и внедрение новых материалов. Например, металлы с улучшенными механическими свойствами, устойчивые к коррозии или высокотемпературным воздействиям представляют огромный потенциал для применения в авиационной, космической и энергетической отраслях.

Еще одной перспективой развития металлургической промышленности является область нанотехнологий. Создание металлических материалов с наноструктурой позволит значительно улучшить их физические и химические свойства. Наноструктурированные материалы могут быть использованы в производстве электроники, медицинской техники, а также в создании высокоэффективных катализаторов.

Металлургическая промышленность также исследует возможности использования вторичного сырья и улучшение экологической стороны производства. Повышение энергоэффективности, сокращение выбросов вредных веществ и рациональное использование ресурсов – это задачи, которые стоят перед отраслью. Внедрение инновационных технологий и разработка эффективных систем утилизации помогут добиться более устойчивого развития металлургического производства.

В целом, перспективы развития металлургической промышленности связаны с повышением качества и доступности металлической продукции, внедрением новых технологий и разработкой новых материалов. Это позволит удовлетворить растущие потребности промышленности и общества в целом, а также способствовать экономическому развитию страны.

Применение щелочных металлов

Литий и его соединения имеют довольно широкое применение: они используются для создания подшипниковых сплавов, применяются как катализаторы, используются в органической химии (например, алюмогидрид лития используется для синтеза спиртов из альдегидов), соли лития находят применение в медицине. Также многие из нас сталкивались с литий-ионными аккумуляторами — это самый популярный тип аккумуляторов в телефонах, камерах и ноутбуках.

Натрий применяется в медицине, газоразрядных лампах, фотоэлементах и огнетушителях, а также в ядерных реакторах. Но его роль огромна прежде всего в функционировании организмов. Натрий поддерживает осмотическое давление крови, задерживает в организме жидкость. Именно поэтому после употребления очень соленой пищи (а в составе поваренной соли NaCl как раз есть ионы натрия) возможно развитие отеков.

Соединения калия повсеместно используются как удобрения, а еще применяются в медицине. Калий, как и натрий, влияет на осмотическое давление. 

А еще избыток ионов натрия в тканях головного мозга может привести к состоянию депрессии, избыток ионов калия — к маниакальным состояниям (состояниям очень хорошего и импульсивного настроения), а соли лития регулируют и нормализуют скачки настроения.  

Наш разговор о щелочных металлах и их соединениях подошел к концу, мы познакомились с электронным строением их атомов, физическими и химическими свойствами простых веществ и важнейших соединений. Дальше стоит ознакомиться с материалом по двоюродным братьям щелочных металлов — щелочноземельным металлам, в статье «Металлы IIA группы».

Страницы

• Главная страница
• ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ХИМИИ
• 1.1 Важнейшие классы неорганических веществ
• 2.1 Вещества. Атомы
• 2.2 Размеры атомов
• 2.3 Молекулы. Химические формулы
• 2.4 Простые и сложные вещества
• 2.5 Валентность элементов
• 2.6 Моль. Молярная масса
• 2.7 Закон Авогадро
• 2.8 Закон сохранения массы веществ
• 2.9 Вывод химических формул
• 3.1 Строение атома. Химическая связь
• 3.2 Строение атома
• 3.4 Строение электронной оболочки атома
• 3.5 Периодическая система химических элементов
• 3.6 Зависимость свойств элементов
• 3.7 Химическая связь и строение вещества
• 3.8 Гибридизация орбиталей
• 3.9 Донорно-акцепторный механизм образования
• 3.10 Степени окисления элементов
• 4.1 Классификация химических реакций
• 4.2 Тепловые эффекты реакций
• 4.3 Скорость химических реакций
• 4.4 Необратимые и обратимые реакции
• 4.5 Общая классификация химических реакций
• НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
• 5.1 Растворы. Электролитическая диссоциация
• 5.2 Количественная характеристика состава растворов
• 5.3 Электролитическая диссоциация
• 5.4 Диссоциация кислот, оснований и солей
• 5.5 Диссоциация воды
• 5.6 Реакции обмена в водных растворах электролитов
• 5.7 Гидролиз солей
• 6.1 Важнейшие классы неорганических веществ
• 6.2 Кислоты, их свойства и получение
• 6.3 Амфотерные гидроксиды
• 6.4 Соли, их свойства и получение
• 6.5 Генетическая связь между важнейшими классами
• 6.6 Понятие о двойных солях
• 7.1 Металлы и их соединения
• 7.2 Электролиз
• 7.3 Общая характеристика металлов
• 7.4 Металлы главных подгрупп I и II групп
• 7.5 Алюминий
• 7.6 Железо
• 7.7 Хром
• 7.8 Важнейшие соединения марганца и меди
• 8.1 Неметаллы и их неорганические соединения
• 8.2 Водород, его получение
• 8.3 Галогены. Хлор
• 8.4 Халькогены. Кислород
• 8.5 Сера и ее важнейшие соединения
• 8.6 Азот. Аммиак. Соли аммония
• 8.7 Оксиды азота. Азотная кислота
• 8.8 Фосфор и его соединения
• 8.9 Углерод и его важнейшие соединения
• 8.10 Кремний и его важнейшие соединения
• ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
• 9.1 Основные положения органической химии. Углеводороды
• 9.2 Электронные эффекты заместителей в органических соединениях
• 9.3 Предельные углеводороды (алканы)
• 9.3.1 Насыщенные УВ. Метан
• 9.4 Понятие о циклоалканах
• 9.5 Непредельные углеводороды
• 9.6 Диеновые углеводороды (алкадиены)
• 9.7 Алкины
• 9.8 Ароматические углеводороды
• 9.9 Природные источники углеводородов
• 10.1 Кислородсодержащие органические соединения
• 10.2 Фенолы
• 10.3 Альдегиды
• 10.4 Карбоновые кислоты
• 10.5 Сложные эфиры. Жиры
• 10.6 Понятие о поверхностно-активных веществах
• 10.7 Углеводы
• 11.1 Амины. Аминокислоты
• 11.2 Белки
• 11.3 Понятие о гетероциклических соединениях
• 11.4 Нуклеиновые кислоты
• 12.1 Высокомолекулярные соединения
• 12.2 Синтетические волокна

Металлы: положение этих химических элементов в периодической системе, строение их атомов (на примере атомов натрия, магния, алюминия). Характерные физические свойства металлов. Химические свойства металлов: взаимодействие с кислородом, водой, кислотами

Элементы, образующие простые вещества — металлы, занимают левую нижнюю часть периодической системы (для наглядности можно сказать, что они расположены влево от диагонали, соединяющей Be и полоний, № 84), также к ним относятся элементы побочных (Б) подгрупп.

Для атомов металлов характерно небольшое число электронов на внешнем уровне. Так, у натрия на внешнем уровне расположен 1 электрон,
у магния — 2, у алюминия — 3 электрона. Эти электроны сравнительно слабо связаны с ядром, что обуславливает характерные физические свойства металлов:

• электрическую проводимость,
• хорошую теплопроводность,
• ковкость, пластичность.
• Металлы также отличает характерный металлический блеск.

В химических реакциях металлы выступают в роли восстановителей:

1. При взаимодействии с кислородом металлы образуют оксиды, например, магний сгорает с образованием оксида магния:
   2Mg + O₂ = 2MgO

Наиболее активные металлы (щелочные) при горении на воздухе образуют пероксиды:

2Na + O₂ = Na₂O₂ (пероксид натрия)

2. Активные металлы, например, натрий, реагируют с водой с образованием гидроксидов:
   2Na + 2HOH = 2NaOH + H₂↑

или оксидов, как магний при нагревании:

3. Металлы, расположенные в электрохимическом ряду напряжений левее водорода (Н), вытесняют водород из кислот (кроме азотной). Так, цинк реагирует с соляной кислотой с образованием хлорида цинка и водорода:
   Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

Металлы, в том числе правее водорода, за исключением золота и платины, реагируют с азотной кислотой, с образованием различных
соединений азота:

Коэффициенты в этих уравнениях легче расставить методом электронного баланса. Проставляем степени окисления:

Записываем элементы с изменившейся степенью окисления:

Cu − 2e− → Cu+2	2*	1** — восстановитель
N+5 + 1e− → N+4	2 — окислитель

* наименьшее общее кратное для добавленных
и отнятых электронов
** коэффициент для вещества, содержащего этот элемент, получаем делением наименьшего общего кратного на число добавленных или отнятых электронов (у этого атома)

2. Опыт. Получение и собирание кислорода. Доказательство наличия кислорода в сосуде

В школьной лаборатории кислород чаще получают разложением перекиси водорода в присутствии оксида марганца (IV):

или разложением перманганата калия при нагревании:

Чтобы собрать газ, сосуд закрывают пробкой с газоотводной трубкой.

Чтобы доказать наличие кислорода в сосуде, вносят в него тлеющую лучинку — она ярко вспыхивает.

Классификация металлов

Металлы разделяются на две большие группы — черные и цветные. Представители обоих видов различаются не только характеристиками, но и внешним видом.

Черные

Представители этой группы считаются самыми распространёнными и недорогими. В большинстве своем имеют серый или тёмный цвет. Плавятся при высокой температуре, обладают высокой твердостью и большой плотностью. Главный представитель этой группы — железо. Эта группа разделяется на подгруппы:

1. Железные — к представителям этой подгруппы относится железо, никель и кобальт.
2. Тугоплавкие — сюда входят металлы температура плавления которых начинается с 1600 градусов. Их применяют при создании основ для сплавов.
3. Редкоземельные — к ним относятся церий, празеодим и неодим. Обладают низкой прочностью.

Существуют урановые и щелочноземельные металлы, однако они менее популярны.

Цветные

Представители этой группы отличаются яркой окраской, меньшей прочностью, твердостью и температурой плавления (не для всех). Разделяется эта группа на следующие подгруппы:

1. Лёгкие — подгруппа, включающая в себя металлы с плотностью до 5000 кг/м3. Это такие материалы, как литий, натрий, калий, магний и другие.
2. Тяжёлые — сюда относится серебро, медь, свинец и другие. Плотность превышает 5000 кг/м3.
3. Благородные — представили этой подгруппы имеют высокую стоимость и устойчивость к коррозийным процессам. К ним относятся золото, палладий, иридий, платина, серебро и другие.

Выделяются тугоплавкие и легкоплавкие металлы. К тугоплавким относится вольфрам, молибден и ниобий, а к легкоплавким все остальные.

Электрические свойства

Металлы обладают одним из наиболее важных свойств – хорошей электропроводностью. Это связано с наличием свободных электронов в проводимых зонах, которые могут свободно двигаться под влиянием электрического поля.

Металлы часто используются в электрических проводниках, так как позволяют эффективно проводить электрический ток без существенных потерь. Более того, некоторые металлы, такие как медь, предпочтительны для этой цели из-за своей высокой электропроводности.

Электрическая проводимость металлов может изменяться в зависимости от их структуры и примесей. Например, примеси могут увеличить или уменьшить электропроводность металла. Также, изменение температуры может влиять на электрические свойства металлов: при повышении температуры проводимость может увеличиваться или уменьшаться.

Электрические свойства металлов используются в различных областях, включая электротехнику, электронику, металлургию и др. Например, металлы используются в производстве различных электрических приборов, проводов и кабелей, электродов для сварки и т.д.

Строение металлов

Металлы обладают особой структурой, которая определяет их свойства и способность проводить электрический ток. Строение металлов можно описать как сетку кристаллических зерен, которые образуются при затвердевании расплава.

Кристаллическая решетка металлов состоит из атомов, которые упорядочены в трехмерную структуру. Расстояние между атомами в решетке называется межатомным расстоянием. Внутри зерен металла атомы расположены регулярно и могут двигаться относительно друг друга благодаря особой структуре решетки.

Структура металлов позволяет им обладать высокой прочностью и пластичностью. Прочность металла определяется его способностью выдерживать давление и не ломаться, а пластичность — способностью деформироваться без разрушения. Эти свойства делают металлы идеальными материалами для использования в инженерии и строительстве.

Кроме того, строение металлов определяет их способность проводить электрический ток. Атомы металла в решетке имеют свободные электроны, которые могут свободно двигаться по всей структуре. Это обеспечивает металлам высокую электропроводность, что делает их незаменимыми материалами для электротехники и электроники.

Химические

Металлы – сильные восстановители. Элементы, стоящие левее водорода, реагируют с простыми и сложными веществами, образуя соли, кислоты, оксиды и гидроксиды:

• с кислородом –
  4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃;
• с галогенами –
  2К + Cl₂ → 2KCl;
• с серой –
  Fe + S → FeS;
• с фосфором –
  3Mg + 2P → Mg₃P₂;
• с азотом –
  3Ca + N₂ → Ca₃N₂;
• с кислотами –
  Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂;
• с солями (замещает менее активный металл) –
  AgNO₃ + Na → NaNO₃ + Ag;
• с водой –
  Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂.

Вместе с увеличением металлических свойств в периодической таблице усиливаются кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов металлов. Слева направо свойства изменяются от основных (у натрия, калия, кальция) до амфотерных (у сурьмы, свинца, алюминия).

Что мы узнали?

Из урока 8 класса химии узнали об общих свойствах металлов. Металлические свойства увеличиваются справа налево и сверху вниз в периодической таблице. Проследить активность металлов можно по ряду напряжений. Слева от водорода находятся наиболее активные металлы, реагирующие с неметаллами, галогенами и сложными веществами. Справа расположены малоактивные благородные металлы, не реагирующие с простыми и сложными веществами. Все металлы обладают электро- и теплопроводностью, пластичностью, твёрдостью, высокой плотностью.

1. /10

   Вопрос 1 из 10

   Как изменяются металлические свойства в таблице Менделеева?

   • Увеличиваются слева направо и сверху вниз
   • Уменьшаются слева направо и увеличиваются сверху вниз
   • Уменьшаются слева направо и сверху вниз
   • Увеличиваются слева направо и уменьшаются сверху вниз

Общая характеристика металлов

Все химические элементы делятся на металлы и неметаллы. В основе такого деления лежит различие в строении атомов элементов.

Неметаллы в таблице Периодической системы Менделеева занимают правый верхний угол (желтые ячейки на рисунке внизу):

Все остальные, не желтые ячейки плюс водород и гелий — занимают металлы. Таким образом, неметаллы и металлы в Периодической таблице разделены условной диагональю бор-астат.

Химические элементы, расположенные в непосредственной близости от этой диагонали (алюминий, титан, галлий, германий, сурьма, теллур, астат), имеют двойственные свойства, реагируя в некоторых случаях, как металлы, а в других — как неметаллы.

Закономерности расположения элементов в периодах (слева-направо):

• Радиус атома — уменьшается;
• Заряд ядра — увеличивается;
• Электроотрицательность — увеличивается;
• Кол-во электронов на внешнем слое — увеличивается;
• Прочность связи внешних электронов с ядром атома — увеличивается;
• Способность отдавать электроны — уменьшается.

Исходя из вышеуказанных закономерностей, нетрудно догадаться, что металлы находятся в начале каждого периода (слева), а неметаллы — в конце (справа).

Атомы металлов:

• как правило, на внешнем электронном слое имеют 1-3 электрона (4 электрона у Ge, Sn, Pb; 5 — у Sb, Bi; 6 — у Po);
• имеют больший размер атома и меньший заряд его ядра, по сравнению с неметаллами своего периода;
• имеют высокопрочную связь внешних электронов с ядром атома;
• легко расстаются с валентными электронами, превращаясь в катионы.

При н.у. все металлы (за исключением ртути) являются твердыми веществами, обладающими прочной кристаллической решеткой, образованной за счет металлических связей. Между узлами кристаллической решетки находятся свободные электроны, которые могут переносить теплоту и проводить электрический ток. Поэтому, в отличие от неметаллов, металлы хорошо проводят тепло и обладают высокой электропроводностью.

Физические свойства металлов:

• твердые вещества (кроме ртути);
• обладают характерным металлическим блеском;
• обладают высокой электро- и теплопроводностью;
• обладают высокими механическими качествами: упругостью, пластичностью, прочностью.

Самыми мягкими металлами являются калий и натрий (их можно резать ножом), самый твердый металл — хром (царапает стекло).

Самый легкоплавкий металл ртуть (-38,9°C), самый тугоплавкий — вольфрам (3380°C).

Самая низкая плотность у лития (0,59 г/см3), самая высокая — у осмия (22,48 г/см3).

Еще одной характерной особенностью металлов является их способность намагничиваться:

• ферромагнетики обладают высокой способностью намагничиваться даже под действием незначительного магнитного поля (железо, никель);
• парамагнетики проявляются слабую способность к намагничиванию (алюминий, хром);
• диамагнетики не намагничиваются (олово, медь).

Свойства сплавов

Чтобы изготавливать детали и конструкции, нужно знать основные свойства металлов и сплавов. При неправильной обработке готовая деталь может быстро выйти из строя и разрушить оборудование.

Двигатель внутреннего сгорания

Физические свойства

Сюда относятся визуальные параметры и характеристики материала, изменяющиеся при обработке:

1. Теплопроводность. От этого зависит насколько поверхность будет передавать тепло при нагревании.
2. Плотность. По этому параметру определяется количество материла, которое содержится в единице объёма.
3. Электропроводность. Возможность металла проводить электрический ток. Этот параметр называется электрическое сопротивление.
4. Цвет. Этот визуальный показатель меняется под воздействием температур.
5. Прочность. Возможность материала сохранять структуру при обработке. Сюда же относится твердость. Эти показатели относятся и к механическим свойствам.
6. Восприимчивость к действию магнитов. Это возможность материала проводить через себя магнитные лучи.

Физические основы позволяют определить в какой сфере будет использоваться материал.

Химические свойства

Сюда относятся возможности материала противостоять воздействию химических веществ:

1. Устойчивость к коррозийным процессам. Этот показатель определяет на сколько материал защищён от воздействия воды.
2. Растворимость. Устойчивость металла к воздействию растворителей — кислотам или щелочным составам.
3. Окисляемость. Параметр указывает на выделение оксидов металлом при его взаимодействии с кислородом.

Обуславливаются эти характеристики химическим составом материала.

Механические свойства

Механические свойства металлов и сплавов отвечают за целостность структуры материала:

• прочность;
• твердость;
• пластичность;
• вязкость;
• хрупкость;
• устойчивость к механическим нагрузкам.

Технологические свойства

Технологические свойства определяют способность металла или сплава изменяться при обработке:

1. Ковкость. Обработка заготовки давлением. Материал не разрушается. Структура изменяется.
2. Свариваемость. Восприимчивость детали к работе сварочным оборудованием.
3. Усадка. Происходит этот процесс при охлаждении заготовки после её разогрева.
4. Обработка режущим инструментом.
5. Ликвация (затвердевание жидкого металла при понижении температуры).

Основной способ обработки металлических деталей — нагревание.

Свойства металлов и сплавов отвечают за то, как себя будет вести готовое изделие при эксплуатации

При обработке материалов также важно знать его характеристики.

Сплавы

Металлы легко образуют сплавы — материалы, имеющие металлические свойства и состоящие из двух или большего числа химических элементов (простых веществ), из которых хотя бы один является металлом. Многие металлические сплавы имеют один металл в качестве основы с малыми добавками других компонентов. В принципе, чёткую границу между металлами и сплавами трудно провести, так как даже в самых чистых металлах имеются «следовые» примеси других химических элементов.

Все перечисленные выше предметы — станки, самолёты, автомобили, сковородки, вилки, ложки, ювелирные изделия — делают из сплавов. Металлы-примеси (легирующие компоненты) очень часто изменяют свойства основного металла в лучшую, с точки зрения человека, сторону. Например, и железо и алюминий — довольно мягкие металлы. Но, соединяясь друг с другом или с другими компонентами, они превращаются в сталь, дуралюмин и другие прочные конструкционные материалы. Рассмотрим свойства самых распространённых сплавов.

Сталь — это сплавы железа с углеродом, содержащие последнего до 2 %. В состав легированных сталей входят и другие химические элементы — хром, ванадий, никель. Сталей производится гораздо больше, чем каких-либо других металлов и сплавов, и все виды их возможных применений трудно перечислить. Малоуглеродистая сталь (менее 0,25 % углерода) в больших количествах потребляется в качестве конструкционного материала, а сталь с более высоким содержанием углерода (более 0,55 %) идет на изготовление режущих инструментов: бритвенные лезвия, сверла и др.

Железо составляет основу чугуна. Чугуном называется сплав железа с 2–4 % углерода. Важным компонентом чугуна является также кремний. Из чугуна можно отливать самые разнообразные и очень полезные изделия, например крышки для люков, трубопроводную арматуру, блоки цилиндров двигателей и др.

Бронза — сплав меди, обычно с оловом как основным легирующим компонентом, а также с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка. Оловянные бронзы знали и широко использовали ещё в древности. Большинство античных изделий из бронзы содержат 75–90 % меди и 25–10 % олова, что делает их внешне похожими на золотые, однако они более тугоплавкие. Это очень прочный сплав. Из него делали оружие до тех пор, пока не научились получать железные сплавы. С применением бронзы связана целая эпоха в истории человечества: Бронзовый век.

Латунь — это сплавы меди с Zn, Al, Mg. Это цветные сплавы с невысокой температурой плавления, их легко обрабатывать: резать, сваривать и паять.

Мельхиор — является сплавом меди с никелем, иногда с добавками железа и марганца. По внешним характеристикам мельхиор похож на серебро, но обладает большей механической прочностью. Сплав широко применяют для изготовления посуды и недорогих ювелирных изделий. Большинство современных монет серебристого цвета изготавливают из мельхиора (обычно 75 % меди и 25 % никеля с незначительными добавками марганца).

Дюралюминий, или дюраль — это сплав на основе алюминия с добавлением легирующих элементов — медь, марганец, магний и железо. Он характеризуется своей стальной прочностью и устойчивостью к возможным перегрузкам. Это основной конструкционный материал в авиации и космонавтике.

Физические свойства металлов

Металлы при нормальных условиях — твердые вещества (кроме франция и ртути). Металлы в кристаллическом состоянии хорошо отражают световые лучи и поэтому им характерен металлический блеск. Индий и серебро благодаря хорошему светоотражению используются при изготовлении прожекторов и рефлекторов. Все металлы, кроме алюминия и магния, в измельченном состоянии (порошкообразном) имеют темный и темно-серый цвет. Кроме золота и меди, все остальные металлы имеют белый или серый цвет.

Все металлы хорошо проводят электрический ток и тепло. Медь и серебро в этом отношении стоят на первом месте.

Металлы ковкие и пластичные. Пластичность — это свойства вещества изменять форму под воздействием внешних сил . Самым пластичным металлом считается золото. Оно раскатывается и в тонкую фольгу и вытягивается в тонкую нить.

Металлическая связь

Характерные свойства металлов объясняются особенностями их внутреннего строения. Узлы кристаллической решетки металлов заняты нейтрально заряженными атомами, положительно заряженными ионами, а в промежутке имеются свободные электроны, находящиеся в постоянном движении. В металлах постоянно происходит отделение электронов от атомов и присоединение их к ионам. Наличием этих свободных электронов и обусловливается хорошая электро- и теплопроводность металлов. Эти электроны считаются общими для всего кристалла.

Химическая связь, возникающая между положительными ионами и общими электронами в металле, называется металлической связью.    

Металлическая связь характерна только для металлов, независимо от того, в твердом или в жидком состоянии они находятся.

Плотность, температура плавления и кипения, твердость являются особенностью атома и зависят от заряда ядра, массы и прочности металлической связи.

По общей плотности металлы делятся на легкие, плотность которых меньше 5000 кг/м3 (литий, натрий, магний, алюминий и др.), и тяжелые, плотность которых выше 5000 кг/м3 (цинк, железо, медь, ртуть, платина, золото, осмий и др.).

Если самая низкая температура плавления присуща ртути (-38,87°C), то самая высокая характерна вольфраму (3410°C). Если самые твердые металлы — хром и вольфрам, то самые мягкие — натрий, калий и индий.

Механические свойства

Механические свойства металлов определяют их способность выдерживать различные нагрузки и деформации без разрушения. Они включают в себя такие характеристики, как прочность, твердость, пластичность, упругость, устойчивость к износу и другие.

Прочность – это основная механическая характеристика металлов, которая показывает способность материала сопротивляться разрушению под действием нагрузки. Прочность может быть различной в зависимости от металла и его микроструктуры.

Твердость – это свойство металла сопротивляться прониканию других твердых тел. Измеряется по различным шкалам, например, по шкале Бринелля. Твердость напрямую связана с прочностью металла, но может быть разной у материалов с одинаковой прочностью.

Пластичность – это способность материала деформироваться без разрушения под действием внешней нагрузки. Пластичность позволяет легко проводить процессы обработки и формования металлов, такие как прокатка, штамповка и тянение.

Упругость – это свойство материала возвращаться к своей исходной форме после прекращения воздействия нагрузки. Упругие металлы обладают способностью восстанавливать свою форму при устранении деформации.

Взаимодействие с кислородом

Мно­гие ме­тал­лы могут всту­пать в ре­ак­цию с кис­ло­ро­дом. Обыч­но про­дук­та­ми этих ре­ак­ций яв­ля­ют­ся ок­си­ды, но есть и ис­клю­че­ния, о ко­то­рых вы узна­е­те на сле­ду­ю­щем уроке. Рас­смот­рим вза­и­мо­дей­ствие маг­ния с кис­ло­ро­дом.

Маг­ний горит в кис­ло­ро­де, при этом об­ра­зу­ет­ся оксид маг­ния:

2Mg + O₂ = 2Mg+2O-2

Рис. 1. Го­ре­ние маг­ния в кис­ло­ро­де

Атомы маг­ния от­да­ют свои внеш­ние элек­тро­ны ато­мам кис­ло­ро­да: два атома маг­ния от­да­ют по два элек­тро­на двум ато­мам кис­ло­ро­да. При этом маг­ний вы­сту­па­ет в роли вос­ста­но­ви­те­ля, а кис­ло­род – в роли окис­ли­те­ля.

Видео-опыт: “Горение магния”

Обратите внимание!!! Серебро, золото и платина с кислородом не реагируют. 2

Взаимодействие с галогенами, образуются галогениды

2. Взаимодействие с галогенами, образуются галогениды

Для ме­тал­лов ха­рак­тер­на ре­ак­ция с га­ло­ге­на­ми. Про­дук­том такой ре­ак­ции яв­ля­ет­ся га­ло­ге­нид ме­тал­ла, на­при­мер, хло­рид.

Рис. 2. Го­ре­ние калия в хлоре

Калий сго­ра­ет в хлоре  об­ра­зо­ва­ни­ем хло­ри­да калия:

2К + Cl₂ = 2K+1Cl-1

Два атома калия от­да­ют мо­ле­ку­ле хлора по од­но­му элек­тро­ну. Калий, по­вы­шая сте­пень окис­ле­ния, иг­ра­ет роль вос­ста­но­ви­те­ля, а хлор, по­ни­жая сте­пень окис­ле­ния,- роль окис­ли­те­ля

3. Взаимодействие с серой

Мно­гие ме­тал­лы ре­а­ги­ру­ют с серой с об­ра­зо­ва­ни­ем суль­фи­дов. В этих ре­ак­ци­ях ме­тал­лы также вы­сту­па­ют в роли вос­ста­но­ви­те­лей, тогда как сера будет окис­ли­те­лем. Сера в суль­фи­дах на­хо­дит­ся в сте­пе­ни окис­ле­ния -2, т.е. она по­ни­жа­ет свою сте­пень окис­ле­ния с 0 до -2. На­при­мер, же­ле­зо при на­гре­ва­нии ре­а­ги­ру­ет с серой с об­ра­зо­ва­ни­ем суль­фи­да же­ле­за (II):

Fe + S = Fe+2S-2

Рис. 3. Вза­и­мо­дей­ствие же­ле­за с серой

Видео-опыт: “Взаимодействие цинка с серой”

Ме­тал­лы также могут ре­а­ги­ро­вать с во­до­ро­дом, азо­том и дру­ги­ми неме­тал­ла­ми при опре­де­лен­ных усло­ви­ях.

4. Взаимодействие с водой

Металлы по — разному  реагируют с водой:

Помните!!!

Алюминий реагирует с водой подобно активным металлам, образуя основание:

Видео-опыт: “Взаимодействие натрия с водой”

Раскалённое железо реагирует с водяным паром, образуя смешанный оксид — железную окалину Fe₃O₄ и водород: 3Fe+4H+1₂O−2 → Fe+2O−2⋅Fe+3₂O−2₃ + 4H₂

5. Взаимодействие с кислотами

Металлы особо реагируют с серной концентрированной  и азотной кислотами:

H₂SO₄ (конц.) + Me = соль + H₂O + Х

	Щелочные  и щелочноземельные	Fe, Cr, Al	Металлы до водорода  Сd-Pb	Металлы после водорода (при t)	Au, Pt
X		1)пассивируются на холоде;	S↓ могут H2S илиSO2		—

H₂SO₄ (разб) + Cu ≠

Внимание!

Pt, Au + H2SO4 (конц.) →реакции нет

Al, Fe, Cr + H2SO4 (конц.)  холодная→ пассивация

Проводимость тепла и электричества

Металлы, такие как железо, медь или алюминий, обладают высокой электрической и тепловой проводимостью. Это означает, что они легко передают электрический ток и тепло через свою структуру. Это связано с наличием в металлах свободных электронов, которые могут легко перемещаться между атомами. Именно благодаря этому свойству металлы являются хорошими проводниками электричества и тепла.

В отличие от металлов, неметаллы (например, кислород, сера, фосфор) имеют низкую проводимость тепла и электричества. У неметаллов нет свободных электронов, поэтому они не способны передавать электрический ток эффективно. Вместо этого, энергия передается через неметаллы в виде колебаний атомов или молекул. Это делает неметаллы плохими проводниками электричества и тепла.

Кроме того, неметаллы обычно обладают большим сопротивлением электрическому току и меньшей теплопроводностью по сравнению с металлами. Именно поэтому неметаллические материалы, такие как пластик или дерево, часто используются в качестве изоляционных материалов для электрических проводов, чтобы предотвратить утечку тока или тепла.

Физические

Все металлы обладают физическими и механическими свойствами. К физическим свойствам относятся:

• плотность – содержание вещества в единице объёма;
• температура плавления – значение, при котором металл переходит из твёрдого состояния в жидкое;
• электропроводность – способность проводить электрический ток;
• теплопроводность – способность передавать тепло;
• удельная теплоёмкость – количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 г металла на 1°С;
• тепловое расширение – увеличение объёма при нагревании;

• магнитные свойства – способность намагничиваться и притягивать другие металлы (свойством обладают железо, кобальт, никель, гадолиний).

В соответствии с температурой плавления все металлы делятся на два типа:

• легкоплавкие – приобретают жидкую форму при температуре в пределах 1000°С (цезий, галлий, ртуть);
• тугоплавкие – плавятся при температуре выше 1000°С (вольфрам, хром, ванадий).

К механическим свойствам относятся:

• пластичность;
• твёрдость;
• упругость;
• прочность.

Механические свойства металлов важны при создании сплавов – смесей металла и неметалла. Получившийся сплав проверяют на работоспособность и подвергают испытаниям – растяжению, ударам и т.д.

Сплавы, в состав которых входит железо, называются чёрными металлами. К цветным металлам относятся сплавы остальных металлов.

Рис. 3. Чёрные и цветные металлы.

Химические свойства металлов

1. Реакция с кислородом: Большинство металлов реагируют с кислородом при высоких температурах, образуя оксиды. Некоторые металлы, например, магний и алюминий, спонтанно горят на воздухе при нагревании.

2. Реакция с водой: Некоторые металлы реагируют с водой, выделяя газы и образуя щелочи. Натрий и калий очень активно взаимодействуют с водой, сильно нагревая ее и выделяя водородный газ.

3. Реакция с кислотами: Металлы реагируют с различными кислотами, образуя соли и выделяя водородный газ. Например, цинк реагирует с соляной кислотой, образуя соль цинка и выделяя водород.

4. Коррозия: Металлы подвержены коррозии, то есть разрушению под воздействием окружающей среды. Особенно чувствительны к коррозии железо и его сплавы, но также многие другие металлы могут окисляться и портиться.

5. Химическая активность: Металлы различаются по химической активности. Некоторые металлы, например, натрий и калий, очень активны и могут реагировать с большинством веществ. Другие металлы, например, золото и платина, химически инертны и мало реагируют с другими веществами.

Таким образом, химические свойства металлов включают в себя их реакцию с кислородом, водой и кислотами, возможность коррозии и различную химическую активность.

Атомная структура

Металлы – это тип материалов, основными характеристиками которых являются металлический блеск, электропроводность и теплопроводность. Они обладают особой атомной структурой, которая определяет их свойства.

Атом металла состоит из положительно заряженного ядра и электронной оболочки. Ядро металла содержит протоны и нейтроны, а электронная оболочка находится вокруг ядра и состоит из электронов. Отличительной особенностью атомов металла является наличие свободных электронов в валентных оболочках.

Валентные электроны, которые находятся на самой внешней энергетической оболочке атома, являются ответственными за электропроводность металлов. Количество валентных электронов обычно равно номеру группы металла в периодической системе элементов.

Атомная структура металлов также определяет их мягкость и пластичность. Электроны находятся в свободном состоянии и могут перемещаться между атомами, что позволяет металлам легко быть обработанными и деформированными. Это свойство называется пластичностью.

Кроме того, атомная структура металлов определяет их кристаллическую решетку. Металлы образуют сжатую упаковку атомов в кристаллической решетке, что придает им металлический блеск и высокую прочность. Кристаллическая решетка также определяет различные физические свойства металлов, такие как теплопроводность и магнитные свойства.