Метал (назва походить від лат. Metallum - шахта) - один з класів елементів, які на відміну від неметалів (і металлоидов), мають характерні металевими властивостями. Металами є більшість хімічних елементів (приблизно 70%). Найпоширенішим металом в земній корі є алюміній.
Метали (1А і 2А група) - це хімічні елементи, атоми яких легко віддають валентні електрони з зовнішнього і предвнешнего підрівні, перетворюючись в катіони, це обумовлено малою кількістю валентних електронів і великим радіусом атома.
Знаходження в природі
Велика частина металів присутній в природі у вигляді руд і з'єднань. Вони утворюють оксиди. сульфіди. карбонати та інші хімічні сполуки. Для отримання чистих металів і подальшого їх застосування необхідно виділити їх з руд і провести очистку. При необхідності проводять легування і іншу обробку металів. Вивченням цього займається наука металургія. Металургія розрізняє руди чорних металів (на основі заліза) і кольорових (в їх склад не входить залізо, всього близько 70 елементів). Винятком можна назвати близько 16 елементів: т. Н. благородні метали (золото. срібло та ін.), і деякі інші (наприклад, ртуть. мідь), які присутні без домішок. Золото, срібло і платина відносяться також до дорогоцінних металів. Крім того, в малих кількостях вони присутні в морській воді, рослинах, живих організмах (граючи при цьому важливу роль).
властивості металів
Характерні властивості металів
- Металевий блиск (крім йоду і вуглецю у вигляді графіту. Незважаючи на свій металевий блиск, кристалічний йод і графіт відносяться до неметалів.)
- Хороша електропровідність (окрім вуглецю.)
- Можливість легкої механічної обробки (див. Пластичність, а проте, деякі метали, наприклад германій і вісмут. Непластичною.)
- Висока щільність (зазвичай метали важче неметалів.)
- Висока температура плавлення (виключення: ртуть. Галій та лужні метали.)
- Велика теплопровідність
- У реакціях завжди є відновниками
Фізичні властивості металів
Всі метали (крім ртуті) тверді при нормальних умовах. Однак твердість їх різна. Так, лужні метали легко ріжуться кухонним ножем. Сталь же по твердості схожа з віконним склом. Такі метали, як ванадій, вольфрам і хром легко дряпають саму тверду сталь і скло.
Твердість деяких металів за шкалою Мооса:
легко дряпає скло і все метали; дряпається рубіном
Температури плавлення лежать в діапазоні від -39 ° C (ртуть) до 3410 ° C (вольфрам). Температура плавлення більшості металів (за винятком лужних) висока, проте деякі «нормальні» метали, наприклад олово і свинець. можна розплавити на звичайній електричній або газовій плиті.
Залежно від щільності метали ділять на легкі (щільність 0,53 ÷ 5 г / см³) і важкі (5 ÷ 22,5 г / см³). Найлегшим металом є літій (щільність 0.53 г / см³). Найважчий метал в даний час назвати неможливо, так як щільності осмію та іридію - двох найважчих металів - майже рівні (близько 22.6 г / см³ - рівно в два рази більша за густину свинцю), а обчислити точну щільність вкрай складно: для цього потрібно повністю очистити метали, адже будь-які домішки знижують їх щільність.
Більшість металів пластичні. тобто металевий дріт можна зігнути, і вона не зламається. Це відбувається через зсув шарів атомів металів без розриву зв'язку між ними. Найпластичнішими є золото. срібло і мідь. З золота можна виготовити фольгу товщиною 0.003 мм, яку використовують для золочення виробів. Однак не всі метали пластичні. Дріт з цинку або олова хрумтить при згинанні; марганець і вісмут при деформації взагалі майже не згинаються, а відразу ламаються. Пластичність залежить і від чистоти металу; так, дуже чистий хром дуже пластичний, але, забруднене навіть незначними домішками, стає крихким і більш твердим.
Всі метали добре проводять електричний струм; це обумовлено наявністю в їх кристалічних решітках рухомих електронів. переміщаються під дією електричного поля. Срібло, мідь і алюміній мають найбільшу електропровідність; з цієї причини останні два металу найчастіше використовують в якості матеріалу для проводів. Дуже високу електропровідність має також натрій, в експериментальній апаратурі відомі спроби застосування натрієвих струмопроводів у формі тонкостінних труб з нержавіючої сталі, заповнених натрієм. Завдяки малій питомій вазі натрію, при рівному опорі натрієві «проводи» виходять значно легше мідних і навіть дещо легше алюмінієвих.
Висока теплопровідність металів також залежить від рухливості вільних електронів. Тому ряд теплопровідності схожий на ряд електропровідностей і найкращим провідником тепла, як і електрики, є срібло. Натрій також знаходить застосування як хороший провідник тепла; широко відомо, наприклад, застосування натрію в клапанах автомобільних двигунів для поліпшення їх охолодження.
Гладка поверхня металів відображає великий відсоток світла - це явище називається металевим блиском. Однак в порошкоподібному стані більшість металів втрачають свій блиск; алюміній і магній. проте, зберігають свій блиск і в порошку. Найбільш добре відбивають світло алюміній, срібло і паладій - з цих металів виготовляють дзеркала. Для виготовлення дзеркал іноді застосовується і родій. незважаючи на його виключно високу ціну: завдяки значно більшій, ніж у срібла або навіть паладію, твердості і хімічної стійкості, родієвий шар може бути значно тонше, ніж срібний.
Колір у більшості металів приблизно однаковий - світло-сірий з блакитним відтінком. Золото, мідь і цезій відповідно жовтого, червоного і світло-жовтого кольору.
Хімічні властивості металів
На зовнішньому електронному шарі у більшості металів невелика кількість електронів (1-3), тому вони в більшості реакцій виступають як відновники (тобто «віддають» свої електрони)
1. Реакції з простими речовинами
- З киснем реагують всі метали, крім золота, платини. Реакція з сріблом відбувається при високих температурах, але оксид срібла (II) практично не утворюється, так як він термічно нестійкий. Залежно від металу на виході можуть виявитися оксиди. пероксиди. надпероксида:
4Li + O2 = 2Li2 O оксид літію
2Na + O2 = Na2 O2пероксід натрію
K + O2 = KO2надпероксід калію
Щоб отримати з пероксиду оксид, пероксид відновлюють металом:
Na2 O2 + 2Na = 2Na2 O
З среднмімі і малоактивними металами реакція відбувається при нагріванні:
3Fe + 2O2 = Fe3 O4
2Hg + O2 = 2HgO
2Cu + O2 = 2CuO
- З азотом реагують тільки найактивніші метали, при кімнатній температурі взаємодіє тільки літій, утворюючи нітриди:
- З сірої реагують все метали, крім золота і платини:
Залізо взаємодіє з сіркою при нагріванні, утворюючи сульфід:
Fe + S = FeS
- З воднем реагують тільки найактивніші метали, тобто метали IA і IIA груп крім Be. Реакції здійснюються при нагріванні, при цьому утворюються гідриди. У реакціях метал виступає як відновник, ступінь окислення водню -1:
- З вуглецем реагують тільки найбільш активні метали. При цьому утворюються ацетиленіди або метаніди. Ацетиленіди при взаімодествіі з водою дають ацетилен. метаніди - метан.
легування
Це введення в розплав додаткових елементів, що поліпшують механічні, фізичні та хімічні властивості основного матеріалу.
Мікроскопічна будова
Характерні властивості металів можна зрозуміти, виходячи з їх внутрішньої будови. Всі вони мають слабкий зв'язок електронів зовнішнього енергетичного рівня (іншими словами, валентних електронів) з ядром. Завдяки цьому створена різниця потенціалів в провіднику призводить до лавиноподібного руху електронів (званих електронами провідності) в кристалічній решітці. Сукупність таких електронів часто називають електронним газом. Внесок в теплопровідність, крім електронів, дають фонони (коливання решітки). Пластичність обумовлена малим енергетичним бар'єром для руху дислокацій і зсуву кристалографічних площин. Твердість можна пояснити великим числом структурних дефектів (міжвузольні атоми, вакансії та ін.).
Через легкої віддачі електронів можливо окислення металів, що може призводити до корозії і подальшої деградації властивостей. Здатність до окислення можна дізнатися за стандартним ряду активності металів. Цей факт підтверджує необхідність використання металів в комбінації з іншими елементами (сплав. Найважливішим з яких є сталь), їх легування та застосування різних покриттів.
Для більш коректного опису електронних властивостей металів необхідно використовувати квантову механіку. У всіх твердих тілах з достатньою симетрією рівні енергії електронів окремих атомів перекриваються і утворюють дозволені зони, причому зона, утворена валентними електронами, називається валентної зоною. Слабкий зв'язок валентних електронів в металах призводить до того, що валентна зона в металах виходить дуже широкою, і всіх валентних електронів не вистачає для її повного заповнення.
Принципова особливість такої частково заповненою зони полягає в тому, що навіть при мінімальному доданому напрузі в зразку починається перебудова валентних електронів, т. Е. Тече електричний струм.
Та ж висока рухливість електронів призводить і до високої теплопровідності, а також до здатності дзеркально відображати електромагнітне випромінювання (що і надає металам характерний блиск).
деякі метали
застосування металів
конструкційні матеріали
Метали і їх сплави - одні з головних конструкційних матеріалів сучасної цивілізації. Це визначається насамперед їх високою міцністю. однорідністю і непроникністю для рідин і газів. Крім того, змінюючи рецептуру сплавів, можна змінювати їх властивості в дуже широких межах.
електротехнічні матеріали
Метали використовуються як в якості хороших провідників електрики (мідь, алюміній), так і в якості матеріалів з підвищеним опором для резисторів і електронагрівальних елементів (ніхром і т. П.).
інструментальні матеріали
Метали і їх сплави широко застосовуються для виготовлення інструментів (їх робочої частини). В основному це інструментальні стали і тверді сплави. Як інструментальних матеріалів застосовуються також алмаз. нітрид бору. кераміка.
Дивитися що таке "Метал" в інших словниках:
МЕТАЛ - (грец.). Просте тіло, важке, непрозоре, з більш-менш сильною ступенем блиску, тягучість і здатності проводити теплоту і електрику. Словник іншомовних слів, які увійшли до складу російської мови. Чудінов А.Н. 1910. МЕТАЛ лат. ... ... Словник іншомовних слів російської мови
МЕТАЛ - МЕТАЛ, метал чоловік. лат. крушец; а в малому вигляді, в виплавці: корольок. У побуті життєвому, цінні, дорогі метали: золото, платина, срібло; прості: залізо, мідь, цинк, олово, свинець; хімія відкрила такі початку майже всіх копалин, що складаються з ... ... Тлумачний словник Даля
Метал - см. Ремесло ... Біблійна енциклопедія Брокгауза
МЕТАЛ - [ал], металу, чоловік. (Грец. Metallon, букв. Рудник). Хімічно просте тіло (або сплав), що відрізняється блиском, ковкістю, плавкість і здатністю проводити теплоту і електрику. Чорні метали (залізо, чавун, сталь і ін.). Благородні або ... ... Тлумачний словник Ушакова
МЕТАЛ - МЕТАЛ, а, чоловік. Хімічно проста речовина, що володіє особливим блиском, ковкістю, гарну теплопровідність і електропровідність. Чорні метали (залізо і його сплави). Кольорові метали (всі метали, крім чорних). Благородні (дорогоцінні) ... ... Тлумачний словник Ожегова
метал - МЕТАЛ, а, м. 1. Металевий рок. 2. Гроші. Я не при металі. 1. з муз ... Словник російської арго
метал - 1. Непрозорий блискуче елементарне речовина, яке є хорошим провідником тепла і електрики і, коли відполіроване, характеризується хорошим світловідображення. Більшість металів кування і пластичні і відрізняються більшою щільністю, ... ... Довідник технічного перекладача