Метали. Властивості металів

Шишацька спеціалізована школа ім. В.І.Верадського

2012р

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

на тему:

“Метали.

Властивості металів.”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                    Учитель: Володимер   Вячеславович

                               Виконала: учениця 10-б класу      Дупак Валерія                                                                                                                    
ПЛАН

 

1. Будівля атомів металів. Положення металів у періодичній системі. Групи металів
2. Фізичні властивості металів
3. Хімічні властивості металів
4. Корозія металів
5. Поняття про сплави
6. Способи одержання металів
7. Список використаної літератури

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I. Будова атомів металів.  Положення металів у періодичній  системі. Групи металів

 

В даний час відомо 105 хімічних елементів, більшість з них - метали. Останні дуже поширені в природі і зустрічаються у вигляді різних сполук у надрах землі, водах рік, озер, морів, океанів, сполуках тіл тварин, рослин і навіть в атмосфері.

По своїх властивостях метали різко відрізняються від  неметалів. Уперше це розходження металів і неметалів визначив М. В. Ломоносов. “Метали, - писав він, - тіла тверді, ковкі блискучі”.

Зараховуючи той чи інший  елемент до розряду металів, ми маємо  на увазі наявність у нього  визначеного комплексу властивостей:

1. Щільна кристалічна структура.
2. Характерний металевий блиск.
3. Висока теплопровідність і електрична провідність.
4. Зменшення електричної провідності з ростом температури.
5. Низькі значення потенціалу іонізації, тобто здатність легко віддавати електрони. 
6. Ковкість і тягучість.
7. Здатність до утворення сплавів.

Усі метали і сплави, застосовувані  в даний час у техніку, можна  розділити на дві основні групи. До першої з них відносять чорні  метали - залізо і весь його сплави, у яких воно складає основну частину. Цими сплавами є чавуни і стали. У техніку часто використовують так називані леговані сталі. До них відносяться сталі, що містять кульгавий, нікель, вольфрам, молібден, ванадій, кобальт, титан і інші метали. Іноді в леговані сталі входять 5-6 різних металів. Методом легування одержують різні коштовні сталі, що володіють в одних випадках підвищеною міцністю, в інші - високою опірністю до стирання, у третіх - корозійною стійкістю, тобто здатністю не руйнуватися під дією зовнішнього середовища.

До другої групи відносять  кольорові метали і їхні сплави. Вони одержали таку назву тому, що мають різне забарвлення. Наприклад, мідь ясно-червона, нікель, олово, срібло - білі, свинець - блакитнувато-білий, золото -жовте. Зі сплавів у практиці знайшли велике застосування: бронза - сплав міді з оловом і іншими металами, латунь - сплав міді з цинком, бабіт - сплав олова із сурмою і міддю й ін.

Цей розподіл на чорні  і кольорові метали умовно.

Поряд з чорними і  кольоровими металами виділяють  ще групу шляхетних металів: срібло, золото, платину, рутеній і деякі інші. Вони названі так тому, що практично не окисляються на повітрі навіть при підвищеній температурі і не руйнуються при дії на них розчинів кислот і лугів.

 

 

 

2. Фізичні властивості металів

 

З зовнішньої сторони  метали, як відомо, характеризуються насамперед особливим “металевим” блиском, що обумовлюється їх здатністю сильно відбивати промені світла. Однак цей блиск спостерігається звичайно тільки в тому випадку, коли метал утворить суцільну компактну масу. Правда, магній і алюміній зберігають свій блиск, навіть будучи перетвореними в порошок, але більшість металів  у мілкораздрібленому виді має чорний чи темно-сірий колір. Потім типові метали володіють високою тепло- і електропровідністю, причому по здатності проводити тепло і струм розташовуються в тому самому порядку: кращі провідники - срібло і мідь, гірші - свинець і ртуть. З підвищенням температури електропровідність падає, при зниженні температури, навпаки, збільшується.

Дуже важливою рисою  металів є їх порівняно легка  механічна властивість деформуватися. Метали пластичні, вони добре куються, витягаються в дріт, прокочуються в аркуші і т.п.

Характерні фізичні  властивості металів знаходяться  в зв'язку з особливостями їхньої внутрішньої структури. Відповідно до сучасних поглядів, кристали металів складаються з позитивно заряджених іонів і вільних електронів, які відщепилися від відповідних атомів. Весь кристал можна собі представити у виді просторових ґрат, вузли якої зайняті іонами, а в проміжках між іонами знаходяться легкорухливі електрони. Ці електрони постійно переходять від одних атомів до іншим і обертаються навколо ядра те одного, те іншого атома. Тому що електрони не зв'язані з визначеними іонами, те вже під впливом невеликої різниці потенціалів вони починають переміщатися у визначеному напрямку, тобто виникає електричний струм.

Наявністю вільних електронів обумовлюється і висока теплопровідність металів. Знаходячись у безупинному  русі, електрони постійно зіштовхуються  з іонами й обмінюються з ними енергією. Тому коливання іонів, що підсилилися в даній частині металу внаслідок нагрівання, зараз же передаються сусіднім іонам, від них - наступним і т.д., і тепловий стан металу швидко вирівнюється; уся маса металу приймає однакову температуру.

По щільності метали умовно підрозділяються на дві великі групи: легені метали, щільність яких не більше 5 г/см³, і важкі метали - всі інші. Щільність, а також температури плавлення деяких металів приведені в таблиці №1.

 

Таблиця №1

Щільність і  температура плавлення деяких металів.

Назва

Атомна вага

Щільність, г/см3

Температура плавлення, C

 

Легкі метали.
Літій	6,939	0,534	179
Калій	39,102	0,86	63,6
Натрій	22,9898	0,97	97,8
Кальцій	40,08	1,55	850
Магній	24,305	1,74	651
Цезій	132,905	1,90	28,5
Алюміній	26,9815	2,702	660,1
Барій	137,34	3,5	710
Важкі метали
Цинк	65,37	7,14	419
Хром	51,996	7,16	1875
Марганець	54,9380	7,44	1244
Олово	118,69	7,28	231,9
Залізо	55,847	7,86	1539
Кадмій	112,40	8,65	321
Нікель	58,71	8,90	1453
Мідь	63,546	8,92	1083
Вісмут	208,980	9,80	271,3
Срібло	107,868	10,5	960,8
Свинець	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
Осмій	190,2	22,5	2700

 

Частки металів, що знаходяться  у твердому і рідкому стані, зв'язані  особливим типом хімічного зв'язку - так називаним металевим зв'язком. Вона визначається одночасною наявністю звичайних ковалентних зв'язків між нейтральними атомами і кулонівським притяганням між іонами і вільними електронами. Таким чином, металевий зв'язок є властивістю не окремих часток, а їхніх агрегатів.

 

3. Хімічні властивості металів

 

Основною хімічною властивістю  металів є здатність їхніх  атомів легко віддавати свої валентні електрони і переходити в позитивно  заряджені іони. Типові метали ніколи не приєднують електронів; їхні іони завжди заряджені позитивно.

Легко віддаючи при хімічних реакціях свої валентні електрони, типові метали є енергійними відновлювачами.

Здатність до віддачі  електронів виявляється в окремих  металів далеко не в однаковому ступені. Ніж легше метал віддає свої електрони, тим він активніше, тим енергійніше вступає у взаємодію з іншими речовинами.

Опустимо шматочок цинку  в розчин якої-небудь свинцевої солі. Цинк починає розчинятися, а з  розчину виділяється свинець. Реакція  виражається рівнянням:

Zn + Pb(NO₃)₂ = Pb + Zn(NO₃)₂

З рівняння випливає, що ця реакція є типовою реакцією окислювання-відновлення. Сутність її зводиться до того, що атоми цинку  віддають свої валентні електрони іонам  двовалентного свинцю, тим самим  перетворюючи в іони цинку, а іони свинцю відновлюються і виділяються у виді металевого свинцю. Якщо надійти навпаки, тобто занурити шматочок свинцю в розчин цинкової солі, те ніякої реакції не відбудеться. Це показує, що цинк більш активний, чим свинець, що його атоми легше віддають, а іони сутужніше приєднують електрони, чим атоми й іони свинцю.

Витиснення одних металів  з їхніх сполук іншими металами вперше було докладно вивчене росіянином ученим Бекетовим, що розташував метали по їх убутній хімічній активності в так  називаний “витіснювальний ряд”. В даний час витіснювальний ряд Бекетова називається рядом напруг.

У таблиці №2 представлені значення стандартних електродних  потенціалів деяких металів. Символом Me⁺/Me позначений метал Me, занурений у розчин його солі. Стандартні потенціали електродів, що виступають як відновлювачі стосовно водню, мають знак “-”, а знаком “+” відзначені стандартні потенціали електродів, що є окислювачами.       

Таблиця №2

Стандартні  електродні потенціали металів.

Електрод	Е0,У	Електрод	Е0,У
Li+/Li	-3,02	Co2+/Co	-0,28
Rb+/Rb	-2,99	Ni2+/Ni	-0,25
K+/K	-2,92	Sn2+/Sn	-0,14
Ba2+/Ba	-2,90	Pb2+/Pb	-0,13
Sr2+ /Sr	-2,89	H+/1/2H2	0,00
Ca2+/Ca	-2,87	Sb3+/Sb	+0,20
Na+/Na	-2,71	Bi3+/Bi	+0,23
La3+/La	-2,37	Cu2+/Cu	+0,34
Mg2+/Mg	-2,34	Cu+/Cu	+0,52
Al3+/Al	-1,67	Ag+/Ag	+0,80
Mn2+/Mn	-1,05	Pd2+/Pd	+0,83

 

 

Zn2+/Zn	-0,76	Hg2+/Hg	+0,86
Cr3+/Cr	-0,71	Pt2+/Pt	+1,20
Fe2+/Fe	-0,44	Au3+/Au	+1,42
Cd2+/Cd	-0,40

 

Метали, розташовані в порядку  зростання їх стандартних електродних  потенціалів, і утворять електрохімічний  ряд напруг металів: 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.

Ряд напруг характеризує хімічні властивості металів:

1. Чим менше електродний потенціал металу, тим більше його відбудовна здатність.
2. Кожен метал здатний витісняти(відновлювати) з розчинів солей ті метали, що коштують у ряді напруг після нього.
3. Усі метали, що мають негативний стандартний електродний потенціал, тобто, що знаходяться в ряді напруг лівіше водню, здатні витісняти його з розчинів кислот.

Необхідно відзначити, що представлений ряд характеризує поводження металів і їхніх солей  тільки у водяних розчинах і при  кімнатній температурі. Крім того, потрібно мати через, що висока електрохімічна активність металів не завжди означає його високу хімічну активність. Наприклад, ряд напруг починається літієм, тоді як більш активні в хімічному відношенні рубідій і калій знаходяться правіше літію. Це зв'язано з винятково високою енергією процесу гідратації іонів літію в порівнянні з іонами інших лужних металів.