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

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.

C 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 деформация. 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

Таблица №1

Плотность и температура плавления некоторых  металлов

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.

Некоторые металлы кристаллизируются  в двух или более кристаллических  формах. Это свойство веществ –  существовать в нескольких кристаллических  модификациях – называют полиморфизмом. Полиморфизм для простых веществ  известен под названием аллотропия.

Олово имеет две кристаллические  модификации:

• α – устойчива ниже 13,2°С (ρ = 5,75 г/см³). Это серое олово. Оно имеет кристаллическую решетку типа алмаза (атомную);
• β – устойчива выше 13,2°С (ρ = 6,55 г/см³). Это белое олово.

Белое олово – серебристо-белый  очень мягкий металл. При охлаждении ниже 13,2°С он рассыпается в серый  порошок, так как при переходе из β в α значительно увеличивается  его удельный объем. Это явление  получило название оловянной чумы.

Металлы по-разному взаимодействуют  с магнитным полем. Такие металлы, как железо, кобальт, никель и гадолиний, выделяются своей способностью намагничиваться  и долго сохранять состояние  намагниченности. Их называют ферромагнетиками. Большинство металлов (щелочные и  щелочноземельные металлы и значительная часть переходных металлов) слабо  намагничиваются и не сохраняют  это состояние вне магнитного поля – это парамагнетики. Металлы, выталкиваемые магнитным полем  – диамагнетики (медь, серебро, золото, висмут).

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.

На внешнем электронном  уровне у большинства металлов небольшое  количество электронов (1-3), поэтому  они в большинстве реакций  выступают как восстановители (то есть «отдают» свои электроны)

Реакции с простыми веществами

• С кислородом реагируют все металлы, кроме золота, платины. Реакция с серебром происходит при высоких температурах, но оксид серебра(II) практически не образуется, так как он термически неустойчив. В зависимости от металла на выходе могут оказаться оксиды, пероксиды, надпероксиды:

4Li + O₂ = 2Li₂O оксид лития 
2Na + O₂ = Na₂O₂ пероксид натрия 
K + O₂ = KO₂ надпероксид калия 
Чтобы получить из пероксида оксид, пероксид восстанавливают металлом: 
Na₂O₂ + 2Na = 2Na₂O 
Со средними и малоактивными металлами реакция происходит при нагревании: 
3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄ 
2Hg + O₂ = 2HgO 
2Cu + O₂ = 2CuO

• С азотом реагируют только самые активные металлы, при комнатной температуре взаимодействует только литий, образуя нитриды: