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

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное  учреждение высшего

профессионального образования

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ГУМАНИТАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ, УПРАВЛЕНИЯ И ПРАВА

                                                                                       Экономический факультет

Кафедра экономических теорий

 

КОЛЯКИНА НАДЕЖДА  СЕРГЕЕВНА

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Металлы

СТУДЕНТКИ 4 КУРСА (СРОК ОБУЧЕНИЯ – 5,5 лет)

 

Научный руководитель

Преподаватель

Воропаев  Е.Г.

Тула 2011

 

 

Содержание:

Введение

1. Положение металлов в периодической системе. Строение атомов металлов. Группы металлов.
2. Физические свойства металлов
3. Химические свойства металлов
4. Понятие о сплавах
5. Коррозия металлов
6. Способы получения металлов
7. Применение металлов

Заключение

Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение:

Металлы – наиболее распространенные и широко используемые материалы  в производстве и в быту человека. Особенно велико значение металлов в  наше время, когда большое их количество используют в машиностроительной промышленности, на транспорте, в промышленном, жилищном и дорожном строительстве, а также  в других отраслях народного хозяйства.

Термин «металл» произошёл  от греческого слова métallon (от metalléuo– выкапываю, добываю из земли), которое означало первоначально копи, рудники (в этом смысле оно встречается у Геродота, 5 в. до н. э.). То, что добывалось в рудниках, Платон называл metalléia. В древности и в средние века считалось, что существует только 7 металлов: золото, серебро, медь, олово, свинец, железо, ртуть. По алхимическим представлениям, металлы зарождались в земных недрах под влиянием лучей планет и постепенно крайне медленно совершенствовались, превращаясь в серебро и золото. Алхимики полагали, что металлы – вещества сложные, состоящие из «начала металличности» (ртути) и «начала горючести» (серы). В начале 18 в. получила распространение гипотеза, согласно которой металлы состоят из земли и «начала горючести» – флогистона. М.В. Ломоносов насчитывал 6 М. (Au, Ag, Cu, Sn, Fe, Pb) и определял металл как «светлое тело, которое ковать можно». В кон. 18 в. А.Л. Лавуазье опроверг гипотезу флогистона и показал, что металлы – простые вещества. В 1789 Лавуазье в руководстве по химии дал список простых веществ, в который включил все известные тогда 17 металлов (Sb, Ag, As, Bi, Co, Cu, Sn, Fe, Mn, Hg, Mo, Ni, Au, Pt, Pb, W, Zn). По мере развития методов химического исследования число известных металлов возрастало. В 1-й пол. 19 в. были открыты спутники Pt, получены путём электролиза некоторые щелочные и щёлочноземельные металлы, положено начало разделению редкоземельных металлов, открыты неизвестные металлы при химическом анализе минералов. В 1860-63 методом спектрального анализа были открыты Cs, Rb, Tl, In. Блестяще подтвердилось существование металлов, предсказанных Д. И. Менделеевым на основе его периодического закона. Открытие радиоактивности в кон. 19 в. повлекло за собой поиски природных радиоактивных металлов, увенчавшиеся полным успехом. Наконец, методом ядерных превращений начиная с сер. 20 в. были искусственно получены радиоактивные металлы, в частности трансурановые элементы.

 
 
В конце 19 – начале 20 вв. получила физико-химическую основу металлургия – наука о  производстве металлов из природного сырья. Тогда же началось исследование свойств металлов и их сплавов  в зависимости от состава и  строения.  
 
Основы современного металловедения были заложены выдающимися русскими металлургами П.П. Аносовым (1799–1851) и Д.К. Черновым (1839–1921), впервые установившими связь между строением и свойствами металлов и сплавов.

П. П. Аносов заложил основы учения о стали, разработал научные  принципы получения высококачественной стали, впервые в мире в 1831 г. применил микроскоп для исследования строения металлов.

Д. К. Чернов продолжил труды  П. П. Аносова. Он по праву считается  основоположником металлографии –  науки о строении металлов и сплавов. Его научные открытия легли в  основу процессов ковки, прокатки, термической  обработки стали.

Открытые Д. К. Черновым критические  точки в стали явились основой  для построения современной диаграммы  состояния системы железо – углерод.  
 
Классические труды «отца металлографии» Д. К. Чернова развивали выдающиеся русские ученые. Первое подробное описание структур железоуглеродистых сплавов было сделано А. А. Ржешотарским(1898). Дальнейшее развитие металловедение получило в работах видных отечественных ученых Н. И. Беляева, Н. С. Курнакова, А. А. Байко-ва, С. С. Штейнберга, А. А. Бочвара, Г. В. Курдюмова и др.  
 
Наука о металлах развивается широким фронтом во вновь созданных научных центрах с применением электронных микроскопов и другой современной аппаратуры, с использованием достижений рентгенографии и физики твердого тела. Все это позволяет более глубоко изучить строение металлов и сплавов и находить новые пути повышения механических и физико-химических свойств. Создаются сверхтвердые сплавы, сплавы с заранее заданными свойствами, многослойные композиции с широким спектром свойств и многие другие металлические, алмазные и керамико-металлические материалы.

 

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

 

В настоящее время известно 118 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.

В периодической системе Д.И.Менделеева каждый период, кроме первого (он включает в себя два элемента-неметалла – водород и гелий), начинается с активного химического элемента-металла. Эти начальные элементы образуют главную подгруппу I группы и называются щелочными металлами. Своё название они получили от названия соответствующих им гидроксидов, хорошо растворимых в воде, - щелочей.

Атомы щелочных металлов содержат на внешнем энергетическом уровне только один электрон, который они легко отдают при химических взаимодействиях, потому что являются сильнейшими восстановителями. Понятно, что в соответствии с ростом радиуса атома восстановительные свойства щелочных металлов усиливаются от лития к францию.

Следующие за щелочными металлами элементы, составляющие главную подгруппу II группы, также являются типичными металлами, обладающими сильной восстановительной способностью (их атомы содержат на внешнем уровне два электрона). Из этих металлов кальций, стронций, барий и радий называют щелочноземельными металлами. Такое название эти металлы получили потому, что их оксиды, которые алхимики называли «землями», при растворении в воде образуют щелочи.

К металлам относятся элементы главной подгруппы III группы, исключая бор.

Из элементов главных подгрупп следующих групп к металлам относятся: в IV группе германий¹, олово, свинец (первые два элемента – углерод и кремний – неметаллы), в V группе сурьма и висмут (первые три элемента – неметаллы), в VI группе только последний элемент – полоний – явно выраженный металл. В главных подгруппах VII и VIII групп все элементы – типичные неметаллы.

Что касается элементов побочных подгрупп, то все они металлы.

Таким образом, условная граница между элементами-металлами и элементами-неметаллами проходят по диагонали B (бор) – Si (кремний) – As (мышьяк) – Te (теллур) – At (астат).

Атомы металлов имеют сравнительно большие размеры (радиусы), поэтому и  их внешние электроны значительно удалены от ядра и слабо с ним связаны. И вторая особенность, которая присуща атомам наиболее активных металлов, - это наличие на внешнем энергетическом уровне 1 – 3 электронов.

Отсюда вытекает самое характерное свойство всех металлов – их восстановительная способность, т. е. способность атомов легко отдавать внешние электроны, превращаясь в положительные ионы. Металлы не могут быть окислителями, т. е. атомы металлов не могут присоединять к себе электроны.  

2. Физические свойства металлов

 

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.