Физические свойства металлов

Нижегородский Дизелестроительный техникум

 

 

 

Реферат по химии

На тему: «Физические свойства металлов»

 

 

 

 

 

Выполнил студент:

Овсянников Богдан Игоревич

1 курс 13 группа

Проверил преподаватель:

 

 

 

 

 

 

 

 

Нижний Новгород 2015 год

 

Содержание.

Введение

1. Физические свойства металлов.
2. Твёрдость металлов.
3. Плотность металлов.
4. Плавкость металлов.
5. Электропроводимость металлов.
6. Теплопроводность металлов.
7. Пластичность металлов.

Заключение

Список используемой литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение. 

Металлы (от лат. metallum — шахта, рудник) — группа элементов, в виде простых веществ, обладающих характерными металлическими свойствами, такими, как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.

В Периодической системе Д. И. Менделеева каждый период, кроме первого, начинается с активного химического элемента-металла. Эти начальные элементы образуют главную подгруппу 1 группы ( их атомы содержат на внешнем уровне 1 электрон) и называются щелочными металлами.

В соответствии с ростом радиуса атома восстановительные свойства щелочных металлов усиливаются от лития к францию.     

 Следующие за щелочными  металлами элементы, составляющие  главную подгруппу 2 группы, также  являются типичными металлами, обладающими  сильной восстановительной способностью (их атомы содержат на внешнем  уровне 2 электрона). Из этих металлов  кальций, стронций, барий и радий  называют щелочноземельными металлами.     

 К металлам относят  и элементы главной подгруппы 3 группы, исключая бор.  Элементы главной подгруппы 4 группы: германий, олово, свинец. Элементы главной подгруппы 5 группы: сурьма и висмут. Элементы главной подгруппы 6 группы: полоний.    

 Побочные подгруппы  образованы только элементами-металлами.

Характерное химическое свойство всех металлов - их восстановительная способность, т. е. способность атомов легко отдавать внешние электроны, превращаясь в положительные ионы.  Металлы не могут присоединять к себе электроны.

Цель данного реферата:

- дать определение металлам;

- изучить физические свойства  металлов.

 

 

 

1.Физические свойства металлов. 

 

Физические свойства металлов обусловлены строением металлической кристаллической решетки. В узлах решеток располагаются атомы и положительные ионы металлов, связанные посредством обобществленных внешних электронов, которые принадлежат всему кристаллу.

Твердость. Все металлы, кроме ртути, при обычных условиях – твердые вещества. Однако это свойство различно у каждого из металлов.

Плотность. Металлы делятся на легкие и тяжелые.

Плавкость. Металлы делятся на легкоплавкие и тугоплавкие.

Электрическая проводимость металлов обусловлена присутствием в их кристаллических решетках подвижных электронов, которые направлено перемещаются под действием электрического поля.

Теплопроводность металлов тоже вызвана высокой подвижностью свободных электронов: сталкиваясь с колеблющимися в узлах решетки ионами, электроны обмениваются с ними энергией.

Металлический блеск – результат отражения световых лучей от электронов, находящихся в межатомном пространстве.

Пластичность металлов обусловлена тем, что под внешним воздействием одни слои ион - атомов в кристаллах легко смещаются, как бы скользят, по отношению к другим без разрыва связей между ними.

Некоторые металлы обладают звуком.                                   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

             Физические свойства металлов. 

 

Металлы	Твердость	Плотность  г/cm3	Температура плавления гр.С
1.Натрий	0,4	0,97	98
2.Калий	0,5	0,86	63,5
3. Свинец	1,5	11,34	328
4.Олово	1,8	7,30	232
5.Магний	2,1	1,74	651
6.Кальций	2,2	1,54	851
7.Золото	2,5	19,3	1063
8.Цинк	2,5	7,14	419
9.Серебро	2,7	10,5	961
10.Алюминий	2,9	2,70	660
11.Медь	3	8,9	1083
12.Железо	4	7,87	1539
13.Платина	4,3	21,45	1755
14.Никель	5	8,9	1452
15.Вольфрам	7		3370
16.Ртуть	-	13,6	-39

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 2.Твёрдость металлов.

Твердостью называется способность металлов оказывать сопротивление внедрению в их поверхность других, более твердых тел (не изменяющих при вдавливании своей формы).

Твердость является одним из важнейших механических свойств металлов. От степени твердости зависит возможность использования металла для изготовления различных деталей машин или инструментов.

Твердость тесно связана с такими основными характеристиками металлов и сплавов, как прочность, износоустойчивость, и является весьма важной характеристикой металла при выборе режущих инструментов (напильников, резцов, метчиков, сверл и др.). Чем тверже металл, тем он хуже обрабатывается на металлорежущих станках. Часто в зависимости от твердости металла судят о его способности сопротивляться износу, например, чем тверже сталь, тем меньше она изнашивается, и наоборот.

В настоящее время имеется много методов определения твердости металлов.

В заводской и лабораторной практике особенно широкое распространение получили такие способы испытаний твердости:

а) вдавливанием шарика из твердой стали (метод Бринелля), ГОСТ 9012-59;

б) вдавливанием вершины алмазного конуса (метод Роквелла), ГОСТ 9013-59;

в) вдавливанием вершины алмазной пирамиды (метод Виккерса), ГОСТ 2999-59.

 

 

 

 

3.Плотность металлов.

Плотность. Это - одна из важнейших характеристик металлов и сплавов. по плотности металлы делятся на следующие группы:

легкие (плотность не более 5 г/см3) - магний, алюминий, титан и др.:

тяжелые - (плотность от 5 до 10 г/см 3) - железо, никель, медь, цинк, олово и др. (это наиболее обширная группа);

очень тяжелые (плотность более 10 г/см 3) - молибден, вольфрам, золото, свинец и др.

В таблице  приведены значения плотности металлов. (Это и последующие таблицы характеризуют свойства тех металлов, которые составляют основу сплавов для художественного литья).

Металл	Плотность г/см3	Металл	Плотность г/см3
Магний	1,74	Железо	7,87
Алюминий	2,70	Медь	8,94
Титан	4,50	Серебро	10,50
Цинк	7,14	Свинец	11,34
Олово	7,29	Золото	19,32

 

 

 

 

 

4.Плавкость металлов.

Температура плавления. В зависимости от температуры плавления металл подразделяют на следующие группы:

- легкоплавкие (температура плавления не превышает 600 oС) - цинк, олово, свинец, висмут и др.;

- среднеплавкие (от 600 oС до 1600 oС) - к ним относятся почти половина металлов, в том числе магний, алюминий, железо, никель, медь, золото;

- тугоплавкие ( более 1600 oС) - вольфрам, молибден, титан, хром и др.

Ртуть относится к жидкостям.

При изготовлении художественных отливок температура плавления металла или сплава определяет выбор плавильного агрегата и огнеупорного формовочного материала. При введении в металл добавок температура плавления, как правило, понижается.

Плавкостью называется способность металлов расплавляться, т. е. переходить из твердого в жидкое состояние при определенной температуре. Знать температуру плавления металлов необходимо в литейном деле. Расплавленным металлом заливают формы; его используют при паянии, лужении, сварке металлов; для получения сплавов и т. д. Температуру плавления следует учитывать и при изготовлении нагревающихся в работе деталей машин (например, подшипников скольжения и др.).

Тепловое расширение - это способность различных тел, включая и металлы, расширяться, т. е. изменять объем и линейные размеры при нагревании и охлаждении.

Степень увеличения или уменьшения первоначального размера металла при изменении температуры на один градус характеризуется коэффициентом линейного расширения.

Способность металла изменять объем и линейные размеры в процессе нагревания и охлаждения нужно учитывать при пользовании точными измерительными инструментами, при горячей штамповке металлов и во многих других случаях.

Для расчетов изменения длины металлов при нагревании пользуются особыми числами, называемыми коэффициентами линейного расширения. Эти числа показывают прирост единицы длины данного металла при нагревании на 1°.

Электропроводностью называется способность металлов проводить электрический ток.

Электропроводность металлов обычно измеряется обратной этому свойству величиной удельного электросопротивления, т. е. сопротивления, которое оказывает току проводник из данного материала длиной 1 м, сечением 1 мм2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Электропроводимость металлов.

Электропроводимостью называется способность металлов сопротивляться прохождению через них электрического тока.

Данные, приведенные в табл. 1, показывают, что лучшими проводниками электрического тока являются медь и алюминий, т. е. металлы с наименьшим электросопротивлением.

В отношении теплопроводности металлы располагаются в том же порядке, как и в отношении электропроводности: лучшие проводники электрического тока являются вместе с тем и лучшими проводниками тепла, и наоборот.

Некоторые металлы и сплавы обладают магнитными свойствами. Способность металла намагничиваться оценивается величиной, называемой магнитной непроницаемостью.

Магнитная непроницаемость воздуха принята за единицу, а у железа она составляет 2000-3000 единиц. У меди и алюминия магнитная проницаемость близка к единице.

 

 

 

 

 

 

 

 

6.Теплопроводность металлов.

Теплопроводность металлов –  это перенос тепла от более горячих частиц к более холодным по закону Фурье при их макроскопической неподвижности. Она зависит от структуры материала, его химического состава и типа межатомной связи. В металлах передача тепла производится электронами, в других твердых материалах – фононами. Теплопроводность металлов тем выше, чем более совершенную кристаллическую структуру они имеют. Чем больше металл имеет примесей, тем более искажена кристаллическая решетка, и тем ниже теплопроводность. Легирование вносит такие искажения в структуру металлов и понижает теплопроводность относительно основного металла. У всех металлов хорошая теплопроводность, но у одних выше, чем у других. Пример таких металлов –  золото, медь, серебро. Более низкая теплопроводность –   у олова, алюминия, железа. Повышенная теплопроводность металлов является достоинством либо недостатком, в зависимости от сферы их использования. Например, она необходима металлической посуде для быстрого нагрева пищи. В то же время применение металлов с высокой теплопроводностью для изготовления ручек посуды затрудняет ее использование –  ручки слишком быстро нагреваются, и до них невозможно дотронуться.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Пластичность металлов.

Пластичностью называется способность металла принимать под действием нагрузки новую форму не разрушаясь.

Пластичность металлов определяется также при испытании на растяжение. Это свойство обнаруживается в том, что под действием нагрузки образцы разных металлов в различной степени удлиняются, а их поперечное сечение уменьшается. Чем больше способен образец удлиняться, а его поперечное сечение сужаться, тем пластичнее металл образца.

Необходимость определения пластичности металлов вызывается тем, что пластичные металлы можно подвергать обработке давлением, т. е. ковать, штамповать или на прокатных станах превращать слитки металлов в полосы, листы, прутки, рельсы и многие другие изделия и заготовки.