Строение атомов металлов

                                 Содержание 

1. Строение  атомов металлов. Положение металлов 

в периодической  системе. Группы металлов........................................................3 

2. Физические  свойства металлов..........................................................................4 

3. Химические  свойства металлов.........................................................................6 

4. Коррозия  металлов..............................................................................................8 

5. Понятие  о сплавах.............................................................................................10 

6. Способы  получения металлов..........................................................................11 

7. Список  использованной литературы...............................................................13 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

              1. Строение атомов металлов. Положение металлов в                        периодической системе. Группы металлов. 

             В настоящее время известно 105 химических элементов, большинство из них - металлы. Последние весьма распространены в природе и встречаются в виде различных соединений в недрах земли, водах рек, озер, морей, океанов, составе тел животных, растений и даже в атмосфере.

             По своим свойствам металлы резко отличаются от неметаллов. Впервые это различие металлов и неметаллов определил М. В. Ломоносов. «Металлы, - писал он, - тела твердые, ковкие блестящие».

             Причисляя тот или иной элемент к разряду металлов, мы имеем в виду наличие у него определенного комплекса свойств:

     1. Плотная кристаллическая структура.

     2. Характерный металлический блеск.

     3. Высокая теплопроводность и электрическая  проводимость.

     4. Уменьшение электрической проводимости с ростом температуры.

     5. Низкие значения потенциала ионизации,  т.е. способность легко

        отдавать электроны.

     6. Ковкость и тягучесть.

     7. Способность к образованию сплавов.

             Все металлы и сплавы, применяемые в настоящее время в технике, можно разделить на две основные группы. К первой из них относят черные металлы - железо и все его сплавы, в которых оно составляет основную часть. Этими сплавами являются чугуны и стали. В технике часто используют так называемые легированные стали. К ним относятся стали, содержащие хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий, кобальт, титан и другие металлы. Иногда в легированные стали входят 5-6 различных металлов. Методом легирования получают различные ценные стали, обладающие в одних случаях повышенной прочностью, в других - высокой сопротивляемостью к истиранию, в третьих - коррозионной устойчивостью, т.е. способностью не разрушаться под действием внешней среды. Ко второй группе относят цветные металлы и их сплавы. Они получили такое название потому, что имеют различную окраску. Например, медь светло- красная, никель, олово, серебро - белые, свинец - голубовато-белый, золото -желтое. Из сплавов в практике нашли большое применение: бронза – сплав меди с оловом и другими металлами, латунь - сплав меди с цинком, баббит - сплав олова с сурьмой и медью и др. Это деление на черные и цветные металлы условно.

            Наряду с черными и цветными металлами выделяют еще группу благородных металлов: серебро, золото, платину, рутений и некоторые другие. Они названы так потому, что практически не окисляются на воздухе даже при повышенной температуре и не разрушаются при действии на них растворов кислот и щелочей.                                                                                                      

                

      2. Физические свойства металлов 

             С внешней стороны металлы, как известно, характеризуются, прежде всего, особым «металлическим» блеском, который обусловливается их способностью сильно отражать лучи света. Однако этот блеск наблюдается обыкновенно только в том случае, когда металл образует сплошную компактную массу. Правда, магний и алюминий сохраняют свой блеск, даже будучи превращенными в порошок, но большинство металлов  в мелкораздробленном виде имеет черный или темно-серый цвет. Затем типичные металлы обладают высокой тепло- и электропроводностью, причем по способности проводить тепло и ток располагаются в одном и том же порядке: лучшие проводники - серебро и медь, худшие - свинец и ртуть. С повышением температуры электропроводность падает, при понижении температуры, наоборот, увеличивается.

            Очень важным свойством металлов является их сравнительно легкая механическая деформируемость. Металлы пластичны, они хорошо куются, вытягиваются в проволоку, прокатываются в листы и т.п.

             Характерные физические свойства металлов находятся в связи с особенностями их внутренней структуры. Согласно современным воззрениям, кристаллы металлов состоят из положительно заряженных ионов и свободных электронов, отщепившихся от соответствующих атомов. Весь кристалл можно себе представить в виде пространственной решетки, узлы которой заняты ионами, а в промежутках между ионами находятся легкоподвижные электроны. Эти электроны постоянно переходят от одних атомов к другим и вращаются вокруг ядра то одного, то другого атома. Так как электроны не связаны с определенными ионами, то уже под влиянием небольшой разности потенциалов они начинают перемещаться в определенном направлении, т.е. возникает электрический ток.

           Наличием свободных электронов обусловливается и высокая теплопроводность металлов. Находясь в непрерывном движении, электроны постоянно сталкиваются с ионами и обмениваются с ними энергией. Поэтому

колебания ионов, усилившиеся в данной части металла вследствие нагревания, сейчас же передаются соседним ионам, от них - следующим и т.д., и тепловое состояние металла быстро выравнивается; вся масса металла принимает одинаковую температуру.

            По плотности металлы условно подразделяются на две большие группы: легкие металлы, плотность которых не больше 5 г/см3, и тяжелые металлы - все остальные. Плотность, а также температуры плавления некоторых металлов приведены в таблице №1.                                               

            Частицы металлов, находящихся в твердом и жидком состоянии, связаны особым типом химической связи - так называемой металлической связью. Она определяется одновременным наличием обычных ковалентных связей между нейтральными атомами и кулоновским притяжением между ионами и свободными электронами. Таким образом, металлическая связь является свойством не отдельных частиц, а их агрегатов.

         Таблица №1. Плотность и температура плавления некоторых металлов. 

|Название  |Атомный вес    |Плотность,     |Температура    |

|               |                                  |г/см3         |плавления, C   | 

                   Легкие металлы.                           

|Литий            |6,939          |0,534        |179         |

|Калий             |39,102        |0,86           |63,6       |

|Натрий           |22,9898     |0,97           |97,8        |

|Кальций       |40,08         |1,55           |850        |

|Магний          |24,305        |1,74           |651         |

|Цезий             |132,905      |1,90           |28,5        |

|Алюминий    |26,9815     |2,702          |660,1      |

|Барий             |137,34       |3,5              |710        |

                   Тяжелые металлы                                       

|Цинк            |65,37         |7,14            |419        |

|Хром            |51,996         |7,16            |1875      |

|Марганец      |54,9380      |7,44            |1244      

|Олово           |118,69         |7,28            |231,9     |

|Железо        |55,847        |7,86            |1539      |

|Кадмий          |112,40        |8,65           |321         |

|Никель         |58,71         |8,90            |1453      |

|Медь             |63,546         |8,92            |1083       |

|Висмут          |208,980     |9,80            |271,3     |

|Серебро        |107,868       |10,5            |960,8     |

|Свинец        |207,19        |11,344         |327,3    |

|Ртуть            |200,59          |13,546        |-38,87    |

|Вольфрам    |183,85         |19,3            |3380        |

|Золото          |196,967        |19,3            |1063        |

|Платина        |195,09           |21,45         |1769        |

|Осмий          |190,2            |22,5           |2700        | 

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

        3. Химические свойства металлов 

       Основным  химическим свойством металлов является способность их атомов легко отдавать свои валентные электроны и переходить в положительно заряженные ионы. Типичные металлы никогда не присоединяют электронов; их ионы всегда заряжены положительно.

       Легко отдавая при химических реакциях свои валентные электроны, типичные металлы являются энергичными восстановителями.

       Способность к отдаче электронов проявляется  у отдельных металлов далеко не в одинаковой степени. Чем легче металл отдает свои электроны, тем он активнее, тем энергичнее вступает во взаимодействие с другими веществами.

       Опустим кусочек цинка в раствор какой-нибудь свинцовой соли. Цинк начинает растворяться, а из раствора выделяется свинец. Реакция выражается

уравнением: 

                        Zn + Pb(NO3)2 = Pb + Zn(NO3)2 

         Из уравнения следует, что эта реакция является типичной реакцией окисления-восстановления. Сущность ее сводится к тому, что атомы цинка отдают свои валентные электроны ионам двухвалентного свинца, тем самым превращаясь в ионы цинка, а ионы свинца восстанавливаются и выделяются в виде металлического свинца. Если поступить наоборот, то есть погрузить кусочек свинца в раствор цинковой соли, то никакой реакции не произойдет. Это показывает, что цинк более активен, чем свинец, что его атомы легче отдают, а ионы труднее присоединяют электроны, чем атомы и ионы свинца.

           Вытеснение одних металлов из  их соединений другими металлами  впервые было подробно изучено русским ученым Бекетовым, расположившим металлы по их убывающей химической активности в так называемый «вытеснительный ряд». В настоящее время вытеснительный ряд Бекетова носит название ряда напряжений.

       В таблице №2 представлены значения стандартных  электродных потенциалов некоторых металлов. Символом Me+/Me обозначен металл Me, погруженный в раствор его соли. Стандартные потенциалы электродов, выступающих как восстановители по отношению к водороду, имеют знак «-»  а знаком «+» отмечены стандартные потенциалы электродов, являющихся

окислителями.

       Металлы, расположенные в порядке возрастания  их стандартных электродных потенциалов, и образуют электрохимический ряд напряжений металлов: Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.