Какие бывают металлы в химии: Металлы в химии – формула класса, таблица (9 класс)

Содержание

Металлы и неметаллы — урок. Химия, 8 класс.

Простые вещества по их свойствам делят на металлы и неметаллы.

 

Металлы имеют немолекулярное строение и сходные физические свойства. Все металлы (кроме ртути) при обычных условиях представляют собой твёрдые вещества. Их легко узнать по характерному металлическому блеску. Металлы хорошо проводят тепло и электрический ток.

 

Рис. \(1\). Ртуть

  

Рис. \(2\). Железо

 

При ударе металлы не разрушаются, а меняют свою форму, т. е. им характерна пластичность. Металлы можно ковать, прокатывать в листы, вытягивать в проволоку.

  

Неметаллы не имеют общих физических свойств и не похожи на металлы.  У них отсутствует металлический блеск. У большинства неметаллов низкие электропроводность и теплопроводность.

 

Большинство неметаллов имеет молекулярное строение. Такие вещества при обычных условиях являются газами (водород, кислород, азот, озон, фтор, хлор, инертные газы), жидкостями (бром) или хрупкими легкоплавкими твёрдыми веществами (сера, иод, белый фосфор).

 

Рис. \(3\). Хлор

 

Рис. \(4\). Бром

  

Рис. \(5\). Сера

  

Некоторые неметаллы имеют немолекулярное строение, например, красный фосфор, кремний, алмаз и графит. Такие вещества твёрдые, тугоплавкие, нелетучие.

  

Рис. \(6\). Уголь

  

Определить, является простое вещество металлом или неметаллом, можно с помощью периодической таблицы. Химические элементы металлы, образующие простые вещества с металлическими свойствами, располагаются в периодической таблице слева ниже диагонали «водород — бор — кремний — мышьяк — теллур — астат — № \(118\)». Вверху справа располагаются химические элементы неметаллы, которые образуют простые вещества с неметаллическими свойствами.

 

Рис. \(7\). Периодическая таблица

 

Элементов металлов больше, чем элементов неметаллов. Значит, и простых веществ с металлическими свойствами существует больше, чем с неметаллическими.

Источники:

Рис. 1. Ртуть https://www.shutterstock.com/ru/image-illustration/shiny-mercury-hg-metal-drops-droplets-373508821

Рис. 2. Железо https://www.shutterstock.com/ru/image-photo/99-fine-electrolytic-iron-isolated-on-1687925125

Рис. 3. Хлор  https://image.shutterstock.com/image-photo/chlorine-gaz-glass-round-bottom-600w-713676862.jpg

Рис. 4. Бром https://image.shutterstock.com/image-photo/macroview-on-ampoule-element-no-600w-1739647871.jpg

Рис. 5. Сера https://www.shutterstock.com/ru/image-photo/yellow-natural-native-sulfur-crystal-isolated-729259936

Рис. 6. Уголь https://www.shutterstock.com/ru/image-photo/activated-charcoal-isolated-on-white-background-1446133922

Рис. 7. Периодическая таблица © ЯКласс

Металлы — Химия

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.

Из 118 химических элементов, открытых на данный момент (из них не все официально признаны), к металлам относят:

  • 6 элементов в группе щелочных металлов,
  • 6 в группе щёлочноземельных металлов,
  • 38 в группе переходных металлов,
  • 11 в группе лёгких металлов,
  • 7 в группе полуметаллов,
  • 14 в группе лантаноиды + лантан,
  • 14 в группе актиноиды (физические свойства изучены не у всех элементов) + актиний,
  • вне определённых групп бериллий и магний.

Таким образом, к металлам, возможно, относится 96 элементов из всех открытых.

В астрофизике термин «металл» может иметь другое значение и обозначать все химические элементы тяжелее гелия

Характерные свойства металлов

  1. Металлический блеск (характерен не только для металлов: его имеют и неметаллы иод и углерод в виде графита)
  2. Хорошая электропроводность
  3. Возможность лёгкой механической обработки 
  4. Высокая плотность (обычно металлы тяжелее неметаллов)
  5. Высокая температура плавления (исключения: ртуть, галлий и щелочные металлы)
  6. Большая теплопроводность
  7. В реакциях чаще всего являются восстановителями.

Физические свойства металлов

Все металлы (кроме ртути и, условно, франция) при нормальных условиях находятся в твёрдом состоянии, однако обладают различной твёрдостью. Ниже приводится твёрдость некоторых металлов по шкале Мооса.

Температуры плавления чистых металлов лежат в диапазоне от −39 °C (ртуть) до 3410 °C (вольфрам). Температура плавления большинства металлов (за исключением щелочных) высока, однако некоторые «нормальные» металлы, например олово и свинец, можно расплавить на обычной электрической или газовой плите.

В зависимости от плотности, металлы делят на лёгкие (плотность 0,53 ÷ 5 г/см³) и тяжёлые (5 ÷ 22,5 г/см³). Самым лёгким металлом является литий (плотность 0.53 г/см³). Самый тяжёлый металл в настоящее время назвать невозможно, так как плотности осмия и иридия — двух самых тяжёлых металлов — почти равны (около 22.6 г/см³ — ровно в два раза выше плотности свинца), а вычислить их точную плотность крайне сложно: для этого нужно полностью очистить металлы, ведь любые примеси снижают их плотность.

Большинство металлов пластичны, то есть металлическую проволоку можно согнуть, и она не сломается. Это происходит из-за смещения слоёв атомов металлов без разрыва связи между ними. Самыми пластичными являются золото, серебро и медь. Из золота можно изготовить фольгу толщиной 0.003 мм, которую используют для золочения изделий. Однако не все металлы пластичны. Проволока из цинка или олова хрустит при сгибании; марганец и висмут при деформации вообще почти не сгибаются, а сразу ломаются. Пластичность зависит и от чистоты металла; так, очень чистый хром весьма пластичен, но, загрязнённый даже незначительными примесями, становится хрупким и более твёрдым. Некоторые металлы такие как золото, серебро, свинец, алюминий, осмий могут срастаться между собой, но на это может уйти десятки лет.

Все металлы хорошо проводят электрический ток; это обусловлено наличием в их кристаллических решётках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля. Серебро, медь и алюминий имеют наибольшую электропроводность; по этой причине последние два металла чаще всего используют в качестве материала для проводов. Очень высокую электропроводность имеет также натрий, в экспериментальной аппаратуре известны попытки применения натриевых токопроводов в форме тонкостенных труб из нержавеющей стали, заполненных натрием. Благодаря малому удельному весу натрия, при равном сопротивлении натриевые «провода» получаются значительно легче медных и даже несколько легче алюминиевых.

Высокая теплопроводность металлов также зависит от подвижности свободных электронов. Поэтому ряд теплопроводностей похож на ряд электропроводностей и лучшим проводником тепла, как и электричества, является серебро. Натрий также находит применение как хороший проводник тепла; широко известно, например, применение натрия в клапанах автомобильных двигателей для улучшения их охлаждения.

Цвет у большинства металлов примерно одинаковый — светло-серый с голубоватым оттенком. Золото, медь и цезий соответственно жёлтого, красного и светло-жёлтого цвета.

Химические свойства металлов

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:
 оксид лития пероксид натрия надпероксид калия

Чтобы получить из пероксида оксид, пероксид восстанавливают металлом:

Со средними и малоактивными металлами реакция происходит при нагревании:

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

При нагревании:

  • С серой реагируют все металлы, кроме золота и платины:

Железо взаимодействует с серой при нагревании, образуя сульфид:

  • С водородом реагируют только самые активные металлы, то есть металлы IA и IIA групп кроме Be. Реакции осуществляются при нагревании, при этом образуются гидриды. В реакциях металл выступает как восстановитель, степень окисления водорода −1:
  • С углеродом реагируют только наиболее активные металлы. При этом образуются ацетилениды или метаниды. Ацетилениды при взаимодействии с водой дают ацетилен, метаниды — метан.

Взаимодействие кислот с металлами

Взаимодействие неокисляющих кислот с металлами, стоящими в электрическом ряду активности металлов до водорода

Происходит реакция замещения, которая также является окислительно-восстановительной:

Взаимодействие серной кислоты H2SO4 с металлами

Окисляющие кислоты могут взаимодействовать и с металлами, стоящими в ЭРАМ после водорода:

Очень разбавленная кислота реагирует с металлом по классической схеме:

При увеличении концентрации кислоты образуются различные продукты:

Реакции для азотной кислоты (HNO3)

При взаимодействии с активными металлами вариантов реакций ещё больше:

Какие бывают металлы?. Мир вокруг нас

Читайте также

Какие бывают листья?

Какие бывают листья? Лист является своеобразной визитной карточкой любого растения. Он отличается по форме и по цвету. Практически каждая разновидность растения имеет свою форму листа, поэтому по нему легко установить, с какого растения он сорван.У широколистных

Какие бывают праздники?

Какие бывают праздники? Праздник – это день торжества, когда люди отмечают какое-то важное событие, в честь или в память которого он и был установлен. Как правило, он считается выходным, поэтому в этот день никто не работает.Праздники бывают разными. Международные,

Какие бывают ископаемые?

Какие бывают ископаемые? Ископаемыми называется все, что люди добывают из земли. Существует такое понятие, как полезные ископаемые. Ими может стать любая горная порода, но только при одном условии – если она нужна и полезна людям. Почти все такие полезные людям горные

Какие бывают краски?

Какие бывают краски? Любой человек может сразу ответить, что краски бывают разноцветные: красные, синие, зеленые, фиолетовые, – и назвать еще немало цветов, которые составляют красочную палитру. Но давайте посмотрим, как можно ответить на этот вопрос еще и по-другому.Все

Какие бывают утюги?

Какие бывают утюги? Первый электрический утюг появился в 1882 году. Его изобретателем был американский инженер Генри Сили. Он первым догадался вмонтировать в подошву утюга электрическую спираль. Но утюг Сили был неудобен. У него не было никаких регулировочных

Какие бывают ящерицы?

Какие бывают ящерицы? Ящерицы живут по всей Земле, кроме полярных районов. Эти животные любят тепло и солнце, поэтому их чаще всего можно встретить в тропических зонах, хотя некоторые виды ящериц обитают и у нас, в европейской части, на Урале, в Сибири, на Дальнем

Какие бывают зубры?

Какие бывают зубры? В нашей стране зубры теперь водятся только в заповедниках. Их охраняют, поскольку на их мясо и шкуры всегда много охотников, недаром в дикой природе зубры практически совсем исчезли. Все это произошло несмотря на то, что с виду зубры весьма устрашающие

Какие бывают муравьеды?

Какие бывают муравьеды? Название этих животных говорит само за себя. Они питаются белыми муравьями, то есть термитами.Муравьеды – довольно большие животные, один хвост у них в метр длиной, а туловище и того больше – около 2 метров. Весит муравьед тоже немало – около 40

Какие бывают черепахи?

Какие бывают черепахи? Все черепахи — морские, пресноводные и сухопутные — имеют твердый наружный панцирь, чешуйчатую кожу и ороговевший нос. Все они дышат легкими и имеютпанцири, состоящие из двух частей: наружной, или верхней, и нижней. Через отверстия между этими двумя

Какие бывают татуировки

Какие бывают татуировки Деление тату на виды можно провести условно. Четких границ для этого не существует. Нательные рисунки нередко сегодня совмещают несколько значений — любовные и религиозные, охранительные и информативные. Но все же существует несколько типов

Какие бывают иппликаторы?

Какие бывают иппликаторы? Иппликатор – это устройство с большим количеством игл (от нескольких десятков до нескольких тысяч), воздействующих на тело человека. Иппликаторы могут отличаться друг от друга по материалу, размеру, форме, остроте игл и наличию дополнительных

Какие бывают водоемы

Какие бывают водоемы Озеро Озером называется покоящаяся или медленно текущая значительная масса воды в естественной впадине суши, не имеющая непосредственного контакта с морем. Стратификация озер.Стратификация – это образование слоев воды с разной плотностью и

Какие бывают отравления

Какие бывают отравления Различают отравления лекарствами (медикаментозные), бытовые, пищевые.Острые отравления наиболее часто связаны с использованием лекарственных препаратов . В настоящее время существует более 300 наименований лекарств, способных вызвать

Металлы и неметаллы

Все металлы, кроме ртути, в обычных условиях твердые вещества, характеризующиеся «металлическим» блеском, хорошей тепло- и электропроводимостью, пластичностью. Типичными металлами являются щелочные (литий, натрий, калий, рубидий, цезий) и щелочноземельные (кальций, стронций, барий, магний) металлы.

 

Неметаллы в обычных условиях находятся в твердом (фосфор, сера, селен, углерод и др.), жидком (бром) и газообразном (кислород, водород, азот и др.) состояниях. Твердые неметаллы отличаются хрупкостью и, как правило, обладают плохой тепло- и электропроводимостью.

 

Типичными неметаллами являются галогены (фтор, хлор, бром, иод), сера, селен, теллур, азот, фосфор, углерод.

 

Резкой границы между металлами и неметаллами не существует. Некоторые элементы одновременно совмещают свойства металлов и неметаллов, причем и те и другие свойства у них выражены недостаточно резко. Например, цинк, бериллий, алюминий, хром, олово, свинец в кислой среде проявляют свойства металлов, а в щелочной — неметаллов.

Все наиболее распространенные металлы и неметаллы как твердые, так и жидкие и газообразные, входят в ассортимент химических реактивов. Большинство металлов поступает в продажу в виде порошка, небольших слитков или кусков. Для облегчения работы с ними некоторые металлы переплавляют и выпускают в виде палочек (висмут, кадмий, олово, свинец), гранул (кадмий,, свинец, цинк), губки (олово), пыли (цинк, алюминий), листа или ленты (золото, медь), проволоки (алюминий, железо), стружки (железо) и т. п.

Некоторые металлы и неметаллы чрезвычайно легко окисляются на воздухе и поэтому их хранят в определенных условиях. Так, натрий и калий хранят под слоем керосина или другого углеводорода, а белый фосфор — под слоем воды.

Применение. Чистые металлы и неметаллы используют в неорганическом и органическом синтезе для получения химических реактивов и препаратов. Окислением некоторых металлов получают непосредственно окислы этих металлов реактивной чистоты, а растворением их в кислотах — соответствующие соли.

В органическом синтезе металлы находят применение в качестве катализаторов (алюминий, медь, никель, палладий, платина, серебро и др.), при получении металлоорганических соединений и т. д.

Белый фосфор, сера и другие неметаллы служат исходным сырьем для получения чистых кислот и других химических соединений. Бром, хлор, иод используются в органическом синтезе для получения галогенорганических производных, а также для получения некоторых галогенсодержащих кислот и их солей.

Металлы и неметаллы играют известную роль и в аналитической химии. Большая группа металлов — алюминий, железо, цинк, магний, олово, никель — применяются в качестве восстановителей. Натрий используют для определения хлора в органических веществах, при восстановлении и гидрировании многих органических соединений, для глубокой осушки органических жидкостей, для приготовления амальгам и т. д. Бром служит окислителем при аналитических определениях марганца, никеля, хрома, висмута, железа, цианидов, роданидов, мочевины, муравьиной кислоты.

Чистые элементы, такие, как сера, свинец, алюминий, кобальт, медь, никель, олово, палладий, сурьма, цинк, характеризующиеся четкой температурой плавления, используются в термометрии для калибровки термометров и пирометров.

Металл и химия | Металлургический портал MetalSpace.ru

Ударяя по куску металла тяжелым предметом, можно придать ему новую форму (это свойство металлов называется «ковкость»). Кусок металла можно прокатать и сделать из него тонкий лист. Из металла можно вытянуть тонкую проволоку. Что особенно ценно, металл сохраняет свою форму после обработки.

Металлические гвозди

Конечно, не со всеми металлами можно проделать подобные операции. Ртуть, например, при обычной комнатной температуре выглядит как жидкость. Но если ее охладить, внешний вид и свойства станут привычно металлическим. Металлы хорошо проводят тепло. Если налить чай в алюминиевую или эмалированную кружку, то надо будет долго ждать, прежде чем взяться за ручку. А вот в фарфоровой посуде за ручку чашки можно взяться сразу же. С открытием электричества ученые добавили к списку отличительных особенностей металлов способность проводить электрический ток. На сегодня именно это свойство является определяющим.

Свойства металлов объясняются их сходным внутренним строением. Между атомами металлов «гуляют» свободные электроны. Они образуют особый тип связи, которая так и называется — металлическая. Такая связь соединяет сразу большое количество атомов, поэтому-то металлы и обладают такой пластичностью. Именно большим количеством свободных электронов объясняется способность металлов проводить электрический ток.
Всего известно более 80 химических элементов, которые имеют металлические свойства. Металлы между собой и с некоторыми другими элементами образуют особые соединения — сплавы. Сплавы с древнейших времен использовались человечеством, целую историческую эпоху назвали по одному из таких сплавов — бронзе.
Железо, знак Fe (читается «феррум»), занимает в таблице Менделеева ячейку № 26. Это достаточно распространенный в природе элемент. На воздухе железо окисляется, то есть вступает в реакцию с кислородом и образует оксиды. Атомы железа могут присоединять различное число атомов кислорода, то есть обладать разной валентностью, поэтому и оксиды железа бывают разные. На поверхности изделий из железа в обычных условиях всегда находится пленка оксида. Если металл соприкасается с водой или водяными парами, то оксид «захватывает» части молекул воды и превращается в ржавчину. Чем больше в железе примесей, тем легче оно покрывается ржавчиной и постепенно разрушается.

Ржавчина на железе

А вот чистое железо может спокойно оставаться на воздухе и соприкасаться с водой. Но чистое железо можно получить только в лабораториях. Железо присутствует во всех живых организмах, правда, в малых количествах, но обязательно. Способность атомов железа «захватывать» кислород используется животными в процессах дыхания и еще в некоторых. Железо сыграло огромную роль в человеческой истории, так как, научившись его выплавлять, человечество смогли быстро усовершенствовать орудия труда. Если к железу добавить углерод, а в небольших количествах другие металлы, например, молибден, то можно получить чугун и разные сорта сталей. Железо и его сплавы часто называют «черными металлами», в отличие от всех остальных.

Плуг с железным лемехом

Золото, знак Au (читается «аурум»), в таблице Менделеева занимает ячейку № 79. Золото было известно раньше железа. Это довольно мягкий металл красивого желтого цвета. Золото легко поддается обработке даже в холодном виде, что так важно было в старину. Но золото нельзя использовать для орудий труда или для воинских доспехов, так как оно мягкое. Зато золото, в отличие от железа, не окисляется на воздухе, спокойно вступает в контакт с водой и мало изменяется со временем. Поэтому золото издавна использовалось в «престижных» целях — для украшений, предметов искусства.

Слитки золота

Новая эпоха настала с открытием электричества. Золото оказалось одним из лучших проводников. А теперь золото используется для создания деталей компьютеров и другой техники. Поэтому теперь золота требуется гораздо больше, чем для ювелирных изделий в прошлом. Но это редкий металл.
Серебро часто упоминают рядом с золотом, так как это драгоценный металл. Теперь, правда, серебро гораздо дешевле золота, а раньше их цена отличалась ненамного. Номер «квартиры» у серебра 47, знак Ag, произносится «аргентум». На воздухе серебро покрывается оксидной пленкой, но спокойно выносит присутствие воды. Время разрушает серебро быстрее, чем золото, поэтому находки серебряных древностей — редкость. Серебро — замечательный проводник электричества, широко применяется в технике. Оно входит в состав многих лекарственных средств. Вода, настоянная на серебре, обладает лечебными свойствами.

Серебряная супница

Ртуть — удивительный жидкий металл. Ее номер 80, знак Hg, читается «гидраргирум». В природе ртуть распространена довольно широко, встречается и в чистом виде, и вместе с другими элементами. В соединении с серой ртуть образует киноварь, минерал красивого красного цвета. Удивительный «быстрый» и «живой» металл использовался главным образом для извлечения из земли золота и серебра. Ртуть образует с ними прочный сплав при обычной температуре; таким образом, на ртуть «налипает» золото или серебро, образуя амальгаму. Ее собирают, а затем нагревают осторожно. Ртуть улетучивается при небольшом нагреве, а золото или серебро остаются. Ртуть применяют в лекарственных целях, используют в термометрах. Она легко образует пары при обычной комнатной температуре, а пары эти ядовиты. Поэтому, разбив термометр, ртуть надо тщательно собрать. Лучше вызвать специальную службу.

ПОДЕЛИСЬ ИНТЕРЕСНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ

Общая характеристика металлов

Учитель химии МАОУ СОШ «35 г.Тамбов

Бирюкова Н.В.

М Е Т А Л Л Ы

Расположение

в периодической

системе

Металлическая

решетка

Физические

свойства

Строение

атомов

Сплавы

Нахождение

в природе

Способы

получения

Расположение элементов – металлов

в периодической системе:

1 группа главная подгруппа – щелочные металлы

2 группа главная подгруппа – щелочно-земельные металлы

3 группа главная подгруппа – все кроме бора

4 группа главная подгруппа – все кроме углерода и кремния

5 группа главная подгруппа – сурьма и висмут

6 группа главная подгруппа – только полоний

Во всех побочных подгруппах – только металлы

В строении атомов металлов – на последнем электронном уровне находится малое число электронов, в основном от 1 до 3, редко 4.

Na

Al

+11

+13

2e 8e 1e

2e 8e 3e

Атомы металлов отдают электроны с последнего уровня, являясь при этом восстановителями

Na

Na +

— 1 e

Большая часть металлов существует

в природе в виде минеральных образований — руд

Некоторые неактивные металлы существуют в виде самородков: золото, серебро, платина, медь

Р

А

З

Н

О

О

Б

Р

А

З

И

Е

М

Е

Т

А

Л

Л

О

В

с еребро

Металлы, с которыми человек познакомился раньше всех остальных :

ртуть

золото

медь

железо

свинец

олово

Золото, серебро и платина относятся также к драгоценным металлам . Кроме того, в малых количествах они присутствуют в морской воде, растениях, живых организмах (играя при этом важную роль).

Известно, что организм человека на 3 % состоит из металлов .

Больше всего в наших клетках кальция и натрия , сконцентрированного в лимфатических системах .

Магний накапливается в мышцах и нервной системе , медь  — в печени , железо  — в крови .

Э Т О П О Л Е З Н О З Н А Т Ь…

Металлы – простые вещества, образованные элементами-металлами

В простых веществах-металлах–

металлическая кристаллическая решетка и металлическая связь

В узлах решетки находятся катионы металлов и в некоторых местах атомы, а между ними располагаются электроны, называемые «электронным газом»

Основные характеристики металлов по их физическим свойствам:

Металлический блеск

Агрегатное состояние – твердое (кроме ртути)

По цвету разделяют: черные металлы и цветные металлы

У многих большая электро -и теплопроводность – т.е. металлы – хорошие проводники электрического тока

Они многие пластичные, ковкие (меняют свою форму)

Имеют разные температуры плавления: разделяют легкоплавкие и тугоплавкие металлы

Металлы по плотности бывают легкие и тяжелые

Металлы могут быть мягкими (например — калий, литий, натрий – они режутся ножом и тверды ми (например хром, которым можно резать стекло)

Самый легкий металл – литий

Самые тяжелые металлы — осмий и иридий

Самый твердый металл – хром , также твердые — ванадий и вольфрам

Самые тугоплавкие металлы — вольфрам и рений

Самый распространенный на земном шаре— алюминий

Самые электропроводные – серебро, медь и алюминий

Самые пластичные – золото, серебро и медь

З А П О М Н И….

П Р И Г О Д И Т С Я…

Наиболее хорошо отражают свет алюминий, серебро и палладий  — из этих металлов изготовляют зеркала .

Для изготовления зеркал иногда применяется и родий , несмотря на его исключительно высокую цену: благодаря значительно большей, чем у серебра или даже палладия, твёрдости и химической стойкости, родиевый слой может быть значительно тоньше, чем серебряный.

металлические

сплавы

С П Л А В Ы М Е Т А Л Л О В – твердые растворы, полученные при смешении одних металлов с другими или с неметаллами для придания определенных свойств

Сплавы на основе других

металлов – цветные сплавы

Сплавы меди: бронза, латунь, мельхиор

Сплав алюминия – дюраль

Сплавы ртути – амальгамы

Сплав Вуда – на основе висмута и свинца

Сплавы на основе

железа –

черные сплавы :

чугун и сталь

Перечислите металлы, которые раньше всех стали известны человеку

Как называются металлы 1 группы главной подгруппы?

Самый распространенный металл на Земле?

Самый пластичный металл?

Какие металлы есть в природе в самородном виде?

П Р О В Е Р Ь С Е Б Я:

Самый легкий металл?

Какой век был раньше железный или медный ?

Самый тугоплавкий металл ?

Какие сплавы относятся к черной металлургии?

Самый твердый металл?

Из каких металлов делают зеркала ?

Из какого сплава делают памятники?

ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

Для получения чистых металлов и дальнейшего их применения необходимо выделить их из руд и провести очистку.

При необходимости проводят легирование и другую обработку металлов.

ЛЕГИРОВАНИЕ (от лат. ligo — связываю, соединяю) — введение добавок в металлы, сплавы для придания им определенных физических, химических или механических свойств.

Изучением этого занимается наука металлургия. Металлургия различает руды чёрных металлов (на основе железа) и цветных (в их состав не входит железо, всего около 70 элементов).

Добыча руды

и ее переработка

Металлургия

Промышленные способы

получения металлов

Получение сплавов

электрометаллургия

Способы

получения

металлов

гидрометаллургия

пирометаллургия

Получение металлов при высокой температуре:

сначала обжиг руды, а затем плавка (восстановление металлов из их оксидов)

Пример:

2ZnS + 3O 2 —-2ZnO + 2SO 2

3ZnO + 2Al ——Al 2 O 3 + 3Zn

Пиро

металлургия

Получение металлов из растворов их солей:

восстановление более активным металлом

Пример: CuSO 4 + Fe—FeSO 4 + Cu

Гидро

металлургия

Получение металлов при использовании

электрического тока:

электролиз расплавов

( для получения очень активных металлов ) Пример: NaCl —-Na + Cl 2

Электро

металлургия

алюминий

барий

Н А Й Д И Т Е

С О О Т В Е Т С Т В И Е М Е Ж Д У

И З О Б Р А Ж Е Н И Е М

М Е Т А Л Л А И Е Г О Н А З В А Н И Е М

ртуть

железо

медь

хром

М Е Т А Л Л О В Р А З Н Ы Х М Н О Г О Н А

П Л А Н Е Т Е,

О Н И Х

Д О Л Ж Н Ы З Н А Т Ь

И В З Р О С Л Ы Е, И Д Е Т И…

Ссылки на источники информации и изображений:

Электронная энциклопедия ВИКИПЕДИЯ

Учебник химии 9 класс – Габриелян О.С.

dic.academic.ru

http://s0.i-news.kz/illustrations/b/13/04/a9/1319482442-190.jpg

http://www.globalmarket.com.ua/data/544990_1.jpg

http://bigpicture.ru/wp-content/uploads/2010/11/0332.jpg

http://i.dailymail.co.uk/i/pix/2009/04/22/article-1172604-0497EFCD000005DC-298_634x465.jpg

http://i1.gorodnet.ru/pics/p/66/91/8004369_4b9bb1fd88c91

http://img2.board.com.ua/a/2000625335/wm/1-list-mednyij-1-5h600h2500-med-pt.jpg

http://www.uzex.com/userfiles/news/real_1024.jpg

http://news.if.ua/images/news/12/12/23/FHYBJ3.JPG

Сплавы. 9 класс. Разработка урока

Цель урока:

  • Дат ь понят ие о сплавах, их классификацией и свойст вах;
  • Познакомить с важнейшими сплавами их значением в жизни
  • общест ва и преимущест вом сплавов перед чист ыми мет аллами;
  • Обучать и развивать умение делат ь выводы;
  • Прививат ь и развиват ь навыки делового общения;
  • Развитие логического мышления;
  • Развивать кругозор;
  • Обучать и развивать умение самостоятельного поиска необходимой информации;
  • Развивать умение делать выводы, работать в коллективе, говорить на публике;
  • Воспитание эстетического вкуса

Оборудование и материалы: Коллекции сплавов цветных и черных металлов (чугуны и стали, алюминий, медь), изделия из сплавов. Компьютер, мультимедийный проектор.

Методы урока: Объяснение, рассказ, беседа, самостоятельная работа с учебником.

Тип урока: комплексный.

Дополнительное задание: за 2 – 3 недели до урока дается задание найти информацию о сплавах и сделать сообщение по плану:

  • История создания
  • Состав сплава
  • Его свойства
  • Применение

Ход урока

Этап урока

 Действия учителя

Действия учащихся

 

 

 

Вступительное слово учителя: Здравствуйте! Мы изучали с вами свойства металлов, особенности их строения, типа связи. Пришло время перейти к изучению новой способности металлов: образованию сплавов. Открываем тетради, записываем тему урока: «СПЛАВЫ».

Но прежде чем прис тупить к изучению нового материала. Повторим ранее изученный. Часть учащихся работает по карточкам с заданиями разного уровня. Уровень 1 – на «3», уровень 2 – на «4», уровень 3 – на «5». Уровень выбираем самостоятельно. (См. приложение)

Остальные беседуют со мной, получая за верный ответ карточки, по сумме которых мы выставляем оценки.

Вопросы для обсуждения:

  1. Где элементы – металлы расположены в периодической системе?
  2. К каким электронным семействам относятся элементы – металлы?
  3. Сколько электронов имеют атомы металлов на внешнем электронном слое?
  4. Что называется металлической связью?
  5. Чем обусловлены физические свойства металлов?
  6. Какими физическими свойствами характеризуются металлы?
  7. Почему в химических реакциях металлы выступают в роли восстановителей?
  8. Какие химические свойства характерны для металлов?
  9. Как реагируют металлы с кислотами?
  10. Как определить активность металла?

(Задания разных уровней приведены в приложении.)

Но в реальной жизни металлы в чистом виде встречаются редко, а в основном мы имеем дело со сплавами. Поэтому запишите тему урока: «Сплавы». И на этом уроке мы поговорим о сплавах, их особенностях, классификации, значением и применением в жизни общества. И в конце урока вы должны будете ответить на один вопрос: «Почему с течением времени человечество перешло от использования чистых металлов к использованию сплавов?»

Давайте подумаем, с чем ассоциируется у вас слово сплав. (Сплавление чего-либо между собой). Совершенно верно. А на основании этого попробуйте дать определение металлического сплава. Если затрудняетесь, откройте ваши учебники на странице 267. (Металлические сплавы – материалы с металлическими свойствами, состоящие из двух и более компонентов, из которых хотя бы один – металл).

Как вы думаете, как получают сплавы? (Смешиванием различных металлов в расплавленном состоянии). Хочу заметить, что в результате затвердевания смеси, возможно, образование нескольких видов сплавов.

Виды сплавов
Характеристика
Пример

Твердые растворы

Расплавленные металлы смешиваются в любых отношениях

Ag иCu; Ag и Au; Cu и Ni

Механическая смесь

При охлаждении смеси расплавленных металлов образуется сплав, состоящих из мельчайших отдельных кристалликов каждого металла

Pb и Sn; Pb и Ag; Bi и Cd

Интерметаллиды

Расплавленные металлы образуют между собой химические соединения

Cu и Zn; Ca и Sb; Pb и Na

  1. Твердые растворы: они получаются, если расплавленные металлы неограниченно растворяются друг в друге, то есть смешиваются в любых соотношениях. Компонентами могут быть металлы, кристаллические решетки которых одного типа, а атомы мало различаются по размеру. Например, золото и серебро, серебро и медь, медь и никель. Такие сплавы содержат в узлах кристаллической решетки атомы обоих металлов, а потому они однородны. По сравнению с чистыми металлами, из которых они состоят, такие сплавы имеют более высокую прочность, твердость и химическую стойкость; они пластичны и хорошо проводят электрический ток.
  2. Механическая смесь металлов: Расплавленные металлы смешиваются между собой в любых соотношениях, но при охлаждении образуется не твердый раствор, а сплав, состоящий из мельчайших отдельных кристалликов каждого из металлов. Например, свинца и олова, свинца и серебра, висмута и кадмия.
  3. Интерметаллиды: такие сплавы получаются, если расплавленные металлы вступают во взаимодействие и образуют между собой химические соединения. Например, медь и цинк, Кальций и сурьма, свинец и натрий. Некоторые сверхтвердые сплавы получают методом порошковой металлургии, когда смесь порошков металлов прессуется под большим давлением с последующим спеканием ее при высокой температуре. Но это не единственный признак классификации сплавов. Если составлять полную классификацию, то она будет выглядеть следующим образом:

По строению:

  • Механическая смесь
  • Твердый раствор
  • Интерметаллическая смесь

По структуре

  • Гомогенные
  • Гетерогенные

По основному компоненту

  • Черные
  • Цветные

По числу компонентов

  • Двойные
  • Тройные
  • Многокомпонентные

По свойствам

  • Тугоплавкие
  • Легкоплавкие
  • Коррозионно-устойчивые

Ну а теперь самое время заслушать те сообщения, которые вы подготовили. В ходе рассказов вы будьте внимательны, смотрите на экран, в свои учебники, в коллекции на ваших с толах, а так же не забывайте заполнять таблицу:

Название сплава
Состав
Основные свойства
Применение

Латунь

Медь, цинк 30–35%

Пластичность

Изготовление приборов и предметов быта

Нихром

Никель 67%, хром 15%, марганец 1,5 %

Большое электрическое сопротивление, жаропрочность

Изготовление электронагревательных приборов

  1. Историками установлено, что в период Древнего царства в Египте ремесленники применяли только медные инструменты. Но некоторые свойства меди не удовлетворяли потребности мастеров, поэтому с конца 4-го тысячелетия до нашей эры стали появляться бронзовые изделия. Ее секрет раскрыли китайцы, впервые ее получившие. С этого момента начинается в истории бронзовый век. Бронза сплав меди с оловом, иногда в нее добавляют цинк, свинец, алюминий, марганец, фосфор и кремний. Добавки влияют на свойства сплава. Так количество олова меняется от 5 до 25%, если его больше сплав становится хрупким. Фосфор добавляется для предотвращения окисления олова до оловянной кислоты. А свинец добавляется для жесткости. Наряду с изготовлением орудий труда и изделий культового назначения уже в глубокой древности из бронзы начали отливать скульптуру. Первая из них появилась в 3 тысячелетии до нашей эры в Месопотамии. Это была статуя местного божества. В России из бронзы лились даже колокола. Из нее отлиты знаменитые Царь – колокол и Царь – пушка. Бронза относится к интерметаллидам.
  2. Латунь является сплавом, состоящим из меди и цинка, причем процент цинка может достигать 50%. Иногда в него добавляют олово, марганец, алюминий, свинец, кремний, но их количество колеблется от 0.08 до 1.2 %. Данный сплав обладает хорошими механическими свойствами, устойчив к коррозии, легко обрабатывается. Открытие латунного сплава связано с кораблестроением. До открытия латуни суда смолили, но такой защиты было не достаточно. И борта стали обивать латунными пластинами, которые не боятся контакта с водой. Помимо защиты, пластины просто красивы, так как сплав имеет красивый желто – золотистый цвет. В современной промышленности латунь применяется для изготовления водопроводных кранов, любых предметов находящихся в тесном контакте с водной средой.
  3. Мельхиор представляет собой соединение меди и никеля, причем процент никеля составляет 29 – 33%, иногда с добавлением серебра. Был получен с целью создания боле дешевой альтернативы серебру, и в отличие от первого не стирается, так как более прочный. Мельхиор служит материалом получения посуды, столовых приборов, из него чеканили монеты. Это прочный материал, легкий в обработке.
  4. Дюралюминий состав из алюминия и меди 6 – 8%. С добавками магния, марганца, кремния. Медь добавлена в сплав для придания ему большей мягкости, что упрощает его обработку, а так же для прочности. Используется как строительный материал, для изготовления легких и прочных конструкций, а так же в современном самолетостроении.
  5. Чугун сплав железа и углерода (2–4.5%), с добавками марганца до 3%, кремния до 4.5%, серы до 0.08%, фосфора до 2.5%. чугун сыграл важную роль в развитии изобразительного искусства и архитектуры. В России его применение в архитектуре началось с литых столбов, которые производили заводы Демидова на Урале. Изобретение данного сплава стало причиной революции в мостостроении. Вообще, литье из чугуна – самостоятельный вид искусства. Особо почетное место в «чугунном кружеве» принадлежит Воронихинской решетке у Казанского собора. Отлитая в 1811 году она до сих пор является украшением центра города. Но данный сплав, в силу коррозионной стойкости и прочности применяется и для изготовления кухонной утвари.
  6. Сталь сплав железа и углерода (0.04 – 2%), и добавок марганца(0.1 – 1%), кремния(0.4%), серы(0.08%), фосфора(0.09%), если сталь легированная, то в нее добавлены хром и никель. Сталь — основа современной техники. Она прочная, легкая, коррозионностойкая. В старину она считалась драгоценным металлом. Из нее в первую очередь делали оружие. Самым знаменитым был булат. Его родина – Индия. До 19 века сталь считалась исключительно оружейным сплавом, но в 1830 году в Англии из нее стали делать бытовые предметы: шкатулки, подносы, портсигары. В 20 веке из стали начали изготавливать светильники, и даже барельефы. Сталь с различными видами обработки может иметь золотой, красный, синий, зеленый, оранжевый цвет.
  7. Нихром состоит из никеля до 78% и хрома. Выдумка современных мастеров. Поскольку данный сплав является жаропрочным и обладает низкой теплопроводностью, а так же высокой сопротивляемостью электричеству, то из него изготовляют современную кухонную посуду, а так же детали электронагревательных приборов.
  8. Существует огромное количество ювелирных сплавов:
  • Ювелирное золото сплав, содержащий от 58 до 96% золота и медь
  • Ювелирное серебро содержит серебро 98% и никель
  • Белое золото, состоящее из золота и никеля

Слово учителя: Спасибо! А теперь попробуйте ответить на основной вопрос нашего урока: «Почему же люди стали использовать сплавы?»

Учащиеся высказывают различные предположения, но в конечном итоге должны сделать следующие выводы:

  1. Сплавы обладают различными свойствами, поэтому есть возможность создать сплав с нужными свойствами.
  2. Не смотря на то, что в состав сплавов входят металлы, обладающие определенным набором свойств (металлический блеск, высокая электро- и теплопроводность, ковкость, пластичность), но свойства сплава сильно отличаются от свойств компонентов, входящих в него, что особенно ценно.

Слово учителя: Сплавы состоят из металлов, которые в его составе сохраняют свои химические свойства. Например, взаимодействие с кислотами. Этот факт позволяет установить качественный состав сплава. И это мы проверим с помощью расчетных задач.

Часть из них мы решим в классе, а часть пойдут в качестве домашнего
задания:

  1. При действии избытка соляной кислоты на 60 граммов сплава меди и цинка выделился газ объемом 1.12 литра. Найдите массовые доли металлов в сплаве.
  2. При действии соляной кислоты на 500 граммов сплава серебра и магния выделился газ, объемом 112 литров. Найдите массовые доли металлов в сплаве.
  3. При действии разбавленной серной кислоты на 10 граммов сплава меди и алюминия, выделился газ, объемом 1.24 литра. Найдите массовые доли металлов в сплаве.

В конце урока проводится оценивание деятельности учащихся и класса в целом, а так же сбор тетрадей некоторых школьников, с целью проверки правильности решения задач.

Домашнее задание: Параграф 74, задачи

  1. Тугоплавкий металл вольфрам – неизменный материал для изготовления нитей накаливания, а карбид вольфрама состава WC – основа твердого сплава «Победит, из которого изготавливают сверла. Для получения порошкообразного вольфрама используют восстановление оксида вольфрама водородом. Рассчитайте тепловой эффект реакции, если на получение 1 кг. Вольфрама этим способом было потрачено 636 кДж теплоты. WO3 +2H2 = W + 3H2O
  2. Выплавка свинца, вероятно, была одним из первых металлургических процессов. В качестве природного сырья чаще всего использовали Галенит – природный сульфид свинца, который сначала обжигали, получая оксид свинца (II), а затем восстанавливали углем. Определите массу угля, необходимого для получения 40 кг. Свинца, если практический выход процесса восстановления равен 20%.

Пользуясь дополнительной литературой, заполните схему – применение сплавов в различных отраслях.

Итог урока.

Как бы вы, продолжили фразу:

  • Сегодня на уроке…
  • Теперь я знаю…
  • Мне на уроке…
  • попробуйте определить настроение сегодняшнего урока, выберите его (на доске появляются «рожицы» с разным выражением): если вам было комфортно, понятно, то «рожица» 1, если настроение не изменилось – 2, если ухудшилось – 3.__

22: Металлы — Химия LibreTexts

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  1. Авторы

Приблизительно три четверти известных элементов являются металлами и очень хорошо проводят тепло и электричество.Более того, у них блестящие поверхности; они способны к формованию молотком (ковкие), а также могут быть вытянуты в проволоку (пластичные). Эти свойства можно понять с точки зрения металлической связи, при которой валентные электроны делокализованы по всему металлическому кристаллу. Прочность металлической связи варьируется примерно в зависимости от количества электронов, доступных в этом море. Химические свойства металлов включают тенденцию терять электроны и образовывать положительные ионы, а также способность их оксидов действовать как основания.Степень этих характеристик варьируется от одного металла к другому.

  • 22.1: Прелюдия к металлам
    Химические свойства металлов включают тенденцию терять электроны и образовывать положительные ионы, а также способность их оксидов действовать как основания. Степень этих характеристик варьируется от одного металла к другому. Несколько пограничных случаев, таких как B, Si, Ge, As, Sb и Te, трудно классифицировать как металлы или неметаллы. Эти элементы обычно называют металлоидами или полуметаллами.
  • 22.2: Металлическое соединение
    Электроны могут быть введены в один конец металлической проволоки и удалены с другого конца, не вызывая явного изменения физических и химических свойств металла. Чтобы объяснить эту свободу движения, современные теории металлических связей предполагают, что валентные электроны полностью делокализованы; то есть они занимают молекулярные орбитали, принадлежащие металлическому кристаллу в целом. Эти делокализованные электроны часто называют электронным газом или электронным морем.
  • 22.3: Металлургия
    Переработка руды может быть разделена на три стадии. (1) Обогащение для удаления бесполезного материала (пустой породы) или преобразования минерала в подходящую форму для последующей обработки. (2) Наиболее важным этапом является восстановление металла из положительной степени окисления. Это может включать повышенные температуры, химические восстановители, электролиз или некоторую комбинацию этих обработок. (3) Очистка необходима для достижения желаемой чистоты конечного продукта.
  • 22.4: Обогащение
    Обогащение – это любой процесс, в ходе которого из руды удаляются пустые минералы для получения продукта более высокого качества и потока отходов. Обогащение может включать физические или химические процессы. Часто, как в случае промывки золота, желаемая руда или металл имеют большую плотность, чем пустая порода. Последний можно подвесить в потоке воды и смыть.
  • 22.5: Восстановление металлов
    Легкость, с которой металл может быть получен из руды, значительно варьируется от одного металла к другому.Поскольку большинство руд представляют собой оксиды или могут быть превращены в оксиды путем обжига, изменение свободной энергии, сопровождающее разложение оксида, представляет собой удобную меру того, насколько легко металл может быть получен из руды.
  • 22.6: Рафинирование металлов
    После того, как металл восстановлен, он еще не обязательно достаточно чист для всех применений, для которых он может быть использован. Очевидным примером является хрупкость и низкая прочность чугуна на растяжение, характеристики, которые делают его пригодным для литья, но не более того.Производство стали включает окисление примесей в основном кислороде, мартеновских или электрических печах.
  • 22.7: Коррозия
    Важным аспектом использования некоторых металлов, особенно железа, является возможность коррозии. Подсчитано, что около одной седьмой части всего производства железа идет на замену металла, утраченного в результате коррозии. Ржавчина, по-видимому, представляет собой гидратированную форму оксида железа (III). Для ржавчины требуются как кислород, так и вода, и обычно она ускоряется кислотами, напряжениями в железе, контактом с менее активными металлами и наличием самой ржавчины.
  • 22.8: Координационные соединения
    Характерной чертой переходных металлов является их способность образовывать группу соединений, называемых координационными соединениями, комплексными соединениями или иногда просто комплексами.
  • 22.9: Геометрия комплексов
  • 22.10: Хелатирующие агентыВажным и интересным примером этого являются хелатирующие агенты — лиганды, способные образовывать две и более координационных ковалентных связи с ионом металла. Одним из наиболее распространенных из них является 1,2-диаминоэтан (обычно называемый этилендиамином и сокращенно эн). Для металлов с координационным числом 6 особенно мощным лигандом является ион этилендиаминтетраацетата (ЭДТА).
  • 22.11: Ионы переходных металлов в водных растворах

Объяснитель: Что такое металл?

Высокий небоскреб гнется под сильным порывом ветра, но не ломается.Это одно из преимуществ металлов. Будучи ковким (MAAL-ee-ah-bul), металлы можно сбивать в листы без разрушения. Поскольку они пластичны (ДУК-тул), их можно легко тянуть и растягивать в провода, не ломая. Металлы также могут проводить электричество.

Но не все металлы одинаково ценятся. Хотя более трех четвертей из 118 элементов периодической таблицы являются металлами, мы изготавливаем инструменты лишь из нескольких из них. Это потому, что знакомые металлы, такие как железо и серебро, особенные.Во-первых, их легче найти, чем другие металлы. (Хотя большинство известных элементов — это металлы, в природе они довольно редки.)

Знакомые металлы также менее активны, чем большинство других металлов. Реактивность относится к тому, насколько легко вещество вступает в химическую реакцию с другими веществами. Металлы с низкой реакционной способностью более безопасны в обращении, чем металлы с высокой реакционной способностью. Чистое серебро настолько безопасно, что мы используем его для изготовления украшений и столовых приборов. Но чистый натрий, тоже металл, настолько реакционноспособен, что взрывается при контакте с водой!

Посмотрите, как ингредиенты поваренной соли — натрий (металл) и хлор — вступают в химическую реакцию.Остерегайтесь пламени!

Хорошо, что чистый натрий никогда не встречается в природе. Вместо этого мы находим его после того, как он уже химически связан с одним или несколькими другими элементами. Типичным примером является хлорид натрия или поваренная соль. И это подчеркивает еще одну причину, по которой металлы с низкой реакционной способностью так полезны. Они часто встречаются в природе в формах, с которыми легко работать. Например, серебро можно добывать как чистое серебро. Но если нам нужен чистый натрий, нам понадобится способ отделить его от одного из химических веществ, с которым он связан.Это может быть трудно сделать.

Иногда для специального проекта, такого как космический телескоп Джеймса Уэбба стоимостью 10 миллиардов долларов, может потребоваться довольно редкий металл. После 25 лет разработки телескоп был запущен рождественским утром 2021 года. Для этого небесного глаза НАСА выбрало редкий металл бериллий (Beh-RIL-ee-um), чтобы сделать его соты из позолоченных зеркал. Бериллий очень легкий. Это облегчает запуск в космос. Бериллий также сохраняет свою форму при низких температурах. При переносе из относительно теплого воздуха Земли в криогенные (сверххолодные) температуры космоса металлы сжимаются и изгибаются.Поскольку телескопы работают, отражая свет, любое крошечное изменение их формы может испортить изображение телескопа. Но бериллий остается более устойчивым, чем большинство металлов, при таких резких перепадах температуры.

Космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА является одним из примеров специального проекта, в котором используется редкий металл. Его 16 шестиугольных зеркал, расположенных в виде сот, сделаны из бериллия, редкого металла. НАСА выбрало бериллий из-за его легкого веса и устойчивости к изменению формы при изменении температуры. Тонкий слой золота покрывает бериллий для улучшения отражательной способности зеркал.Крис Ганн/НАСА
Металл и неметалл: в чем разница?

Если это возможно, атом будет красть электроны у соседнего атома. Он не украдет их все, но достаточно, чтобы быть стабильным. Разные элементы имеют разное количество электронов, которые — по крайней мере теоретически — могут быть украдены соседом. Они называются валентными (VAY-лентами) электронами. Это внешние вращающиеся электроны, которые могут стать частью химических связей.

Атомы металлов отличаются от неметаллов тем, насколько хорошо они крадут валентные электроны у других атомов.Можно сказать, что металлы — плохие воры. Вместо того, чтобы захватить электроны соседа, они обычно отдают свои. Эта склонность к потере электронов описывается как их «металлический характер».

Неметаллические элементы, таким образом, имеют низкий металлический характер. Среди этих неметаллов углерод, кислород и азот. Когда дело доходит до похитителей электронов, лучше всего подходят неметаллы. Король этих неметаллов — фтор. Когда дело доходит до кражи электронов, фтор — настоящий хулиган. Так что это очень реактивно.

Металлы желают электронов, но очень слабо. Однако во многих отношениях эта слабость оказывается силой металлов. Их пластичность (изгибаемость), пластичность (растяжимость) и проводимость обусловлены склонностью этих элементов терять электроны.

Элементы становятся более металлическими при движении справа налево, а также при движении сверху вниз по периодической таблице. Цезий (Cs) является наиболее металлическим из встречающихся в природе элементов. Фтор (F) является наименее металлическим.duntaro/iStock/Getty Images Plus
Металлы могут даже образовывать особые связи

Большинство химических связей возникает, когда атомы борются за электроны. Металлическая связь возникает, когда связываются два атома металла. Никого из них, похоже, не слишком заботит, какой атом окажется с дополнительными электронами.

Сравните это с ионной связью. Это происходит, когда металл (например, натрий) связывается с неметаллом (например, хлором). Из-за больших различий в их металлическом характере неметалл крадет электроны у атома металла и сохраняет эти электроны.

Химическая связь происходит после кражи. Металл и неметалл остаются слипшимися, потому что теперь они имеют противоположные заряды. Оба атома начинались с нейтрального заряда. Как только неметалл получил электрон, он стал отрицательным. (Это потому, что электроны имеют отрицательный заряд.) Но металл потерял электрон. Это оставило металл с общим положительным зарядом. Обратите внимание, что металл не является положительным, потому что он приобрел положительный заряд. Он положительный, потому что потерял отрицательный. Эти противоположно заряженные атомы, называемые теперь ионами, притягиваются друг к другу и слипаются.

Металлические связи также отличаются от ковалентных связей, которые образуются при соединении двух неметаллов. Там оба неметалла пытаются отобрать электроны у другого. Но поскольку оба имеют сильные претензии на электроны друг друга, они оба терпят неудачу. Неметаллы в конечном итоге оказываются запертыми в вечном перетягивании каната. Поскольку ни один из атомов не «побеждает», эти атомы описываются как «делящие» свои электроны.

Но когда два атома металла сталкиваются друг с другом, они не борются за электроны. Ни один из них не хочет электронов достаточно сильно.Когда многие атомы металла в конечном итоге слипаются, как в куске металла, их электроны перемещаются от одного атома к другому, к другому, к другому. Ученые описывают эти электроны как «делокализованные».

Делокализованные электроны объясняют, почему металлы проводят электричество. В конце концов, электричество — это всего лишь движение электронов. Одна модель, используемая для объяснения металлических связей, предполагает, что атомы металла плывут в океане электронов.

Делокализованные электроны не просто объясняют проводимость металлов.Они также объясняют ковкость и пластичность металлов. Металлические связи позволяют атомам металлов перемещаться в своем электронном море, но при этом оставаться связанными. Это было бы невозможно, если бы они были жестко связаны ковалентными или ионными связями.

Атомы одних металлов перемещаются легче, чем других. Металлы с легко подвижными атомами слишком податливы для изготовления инструментов. Они слишком мягкие. Одним из таких примеров является металлический натрий. Натрий достаточно податлив, чтобы его можно было резать шпателем.Большинство наших действительно полезных металлов, особенно тех, которые используются для изготовления инструментов, достаточно тверды, чтобы сохранять свою форму. Взять, к примеру, железо. Чтобы выковать железный меч, кузнец должен переставить миллиарды атомов железа. И это непростая задача.

Так как же это делают кузнецы? Имейте в виду, что атомы никогда не сидят на месте. Они двигаются и трясутся. А горячие атомы трясутся больше, чем холодные, что дает горячим атомам больше свободы. В расплавленном металле связи между атомами сильно ослабевают. Таким образом, кузнец разогреет кузницу до 1600º по Цельсию (2900 по Фаренгейту).Эта сильная лихорадка ослабляет эти металлические связи, позволяя кузнецу придать металлу форму.

Когда новый меч остывает, его атомы замедляются, а металлические связи вновь укрепляются.

Педагоги и родители, подпишитесь на шпаргалку

Еженедельные обновления, которые помогут вам использовать Новости науки для студентов в учебной среде

Спасибо за регистрацию!

При регистрации возникла проблема.

Сплавы и настоящий
Титаник урок

Ювелирные изделия почти никогда не содержат чистого золота.Это было бы просто слишком мягко. Поэтому мастера по металлу смешивают золото с другими металлами, часто с медью, чтобы сделать его менее ковким. Такие смешанные металлы называются сплавами. Сплавы также могут быть металлами, смешанными с небольшим количеством неметалла.

Углеродистая сталь

представляет собой сплав железа с добавлением углерода. Небоскребы и мосты сделаны из большого количества углеродистой стали. Как и многие кухонные ножи и отвертки. Углерод в углеродистой стали упрочняет железо, делая его тверже. Но увеличение твердости металла снижает его пластичность.

На самом деле слишком много углерода делает сталь хрупкой. А по мере остывания металлов эта проблема только усугубляется. В апреле 1912 года круизный лайнер «Титаник » во время своего первого рейса столкнулся с айсбергом и затонул. Погибло более 1500 человек. Исследования пробитого корпуса корабля показывают, что сталь Титаник стала хрупкой в ​​холодных водах Атлантики. Стальной сплав Titanic стал хрупким при температуре 32 ºC (90 ºF). В ночь, когда затонул «Титаник», температура воды составляла всего –2 ºC (28 ºF).

Современные инженеры использовали бы другую сталь. Например, современная сталь под названием ASTM A36 может выдерживать -27 ºC (-17 ºF), прежде чем стать такой же хрупкой, как Titanic . Разница в сплаве. В стали Titanic «было намного больше серы и намного меньше марганца», — объясняет Эндрю Фальковски. Он инженер-материаловед в Солт-Лейк-Сити, штат Юта. Он также является соведущим подкаста «Материализм», шоу о материаловедении.

Периодическая таблица отделяет металлы от неметаллов

Вы можете сказать, насколько металлическим является любой элемент, просто найдя его в периодической таблице.Металлический характер существует в спектре. Элементы находятся где-то между наименее металлическими — фтором — и наиболее металлическими — цезием (или францием, если вы включаете элементы, изготовленные в лаборатории). Таким образом, с точки зрения металлического характера цезий и фтор являются полярными противоположностями. Фтор является наиболее реакционноспособным из существующих неметаллов . А цезий — самый реакционноспособный металл . Если эти двое когда-нибудь встретятся, они взорвутся ярким белым огнем.

Найдите эти элементы в периодической таблице, и вы кое-что заметите.Они на противоположных сторонах. Это не случайно.

Неметаллы занимают верхнюю правую часть классической таблицы Менделеева, включая всю крайнюю правую колонку. Есть одно исключение. Водород — единственный неметалл, который относится к группе неметаллов под номером , а не . Водород странный, в основном потому, что его атомы такие крошечные.

Металлы занимают везде  , кроме  в правом верхнем углу. По мере удаления от неметаллов металлический характер усиливается. Она увеличивается при движении справа налево, а также при движении вниз.

Подобные типы металлов группируются вместе в периодической таблице. Например, крайний левый столбец содержит натрий и другие так называемые щелочные металлы. Все они бурно реагируют с неметаллами. Элементы, находящиеся между металлами и неметаллами, называются металлоидами или полуметаллами. Они обладают свойствами как металлов, так и неметаллов. Примерами являются мышьяк и кремний. В середине находятся так называемые переходные металлы. Именно там живут самые знакомые металлы, такие как золото, серебро и медь.

Metal: Chemistry Guide

Любой химический элемент, являющийся эффективным проводником электричества и тепла, может быть определен как металл. Металл также хорошо образует связи и катионы с неметаллами. Атомы внутри металла быстро теряют электроны, чтобы образовать положительные ионы или катионы. Ионы, в свою очередь, окружены делокализованными электронами, которые придают металлу его электропроводность.

Различные типы металлов в периодической таблице

Ниже мы более подробно рассмотрим различные типы металлов в периодической таблице, их свойства и использование.

Щелочные металлы

Какие элементы периодической таблицы относятся к щелочным металлам? Щелочные металлы представляют собой группу металлов в периодической таблице, известную как элементы группы 1. К щелочным металлам относятся калий, натрий, литий, цезий, рубидий и затем франций. Один элемент, водород, который обычно входит в эту группу металлов, часто не проявляет поведения, сравнимого с поведением остальных щелочных металлов. Что касается остальных щелочных металлов, они демонстрируют один из лучших примеров групповых трендов свойств среди элементов периодической таблицы.

Щелочноземельный

Щелочноземельные металлы относятся к элементам 2 группы периодической таблицы и состоят из радия, бария, стронция, кальция, магния и бериллия. Название этой конкретной группы металлов происходит от их собственных оксидов, которые, в свою очередь, обеспечивают основные щелочные растворы. Помимо магния и бериллия, щелочноземельные металлы обладают узнаваемым цветом пламени. Эти цвета пламени: малиново-красный для радия, зеленый для бария, ярко-красный для стронция и оранжевый для кальция.

Лантаниды

Лантаниды — это 15 элементов, которые имеют атомные номера от 57 до 71 в периодической таблице. Ряд элементов варьируется от лантана до лютеция. Все лантанидные элементы являются элементами f-блока, что означает, что они коррелируют с заполнением электронной оболочки 4f. Несмотря на то, что элемент под названием лютеций является элементом d-блока, в большинстве случаев он также считается элементом d-блока. Группа элементов в целом называется лантанидом, потому что более легкие элементы в их ряду химически подобны лантану.

Актиниды

Актиниды — это 15 химических элементов с номерами от 89 до 103, которые соответствуют актинию и лоуренцию. Название этой серии элементов происходит от элемента актиний. В то время как большинство актинидных элементов в списке актинидных элементов являются синтетическими элементами, уран и торий можно найти в природе не только в следовых количествах. Одним из свойств, которым славятся эти элементы, является радиоактивность, присущая всем им; плутоний, торий и уран используются в ядерном оружии и реакторах.

Переходные металлы

Переходные металлы — это элементы, атомы которых имеют незавершенную подоболочку. Переходные металлы или элементы отличаются от других элементов своими общими свойствами. Одним из свойств является то, что они образуют множество соединений в нескольких степенях окисления. Другое свойство, которым они известны, — это их склонность к образованию множества парамагнитных соединений, в основном из-за низкой реакционной способности их неспаренных d-электронов.

Металлоиды

Металлоиды — это химические элементы, которые лучше всего определяются по двум критериям.Они часто образуют амфотерные оксиды и ведут себя так же, как полупроводники. Кремний, бор, германий, теллур, сурьма и мышьяк обычно классифицируются как металлоиды. Иногда в классификацию металлоидов включают также элемент под названием полоний, но по этому поводу среди специалистов до сих пор ведутся споры.

Химия металлов – другие металлы

Другие металлы или постпереходные металлы — это группа элементов периодической таблицы, расположенная справа от переходных элементов.До сих пор ведутся острые споры о том, какие элементы должны быть включены в эту группу. Обычно цинк, галлий, кадмий, индий, олово, ртуть, таллий, свинец и висмут включаются в число других металлов периодической таблицы. Ртуть, кадмий и цинк (так называемые элементы 12-й группы) в разной степени включены в списки этих других металлов, а также исключены из них.

Справочники по другим металлам и изделиям из металла

Другие химические вещества

Больше из Металлы и изделия из металла

List of Metals

Выделенные элементы считаются металлическими элементами.

Большинство элементов периодической таблицы — металлы. Они сгруппированы посередине в левой части периодической таблицы. Металлы состоят из щелочных металлов, щелочноземельных металлов, переходных металлов, лантаноидов и актиноидов.

Вот список металлов, их расположение в периодической таблице, их свойства и использование.

Свойства металлов

Металлы имеют несколько общих свойств, в том числе:

  • Металлы твердые при комнатной температуре (за исключением ртути).
  • Металлы блестящие, с металлическим блеском.
  • За некоторыми исключениями большинство металлов имеют высокую температуру плавления.
  • Большинство из них являются хорошими проводниками тепла.
  • Большинство из них являются хорошими проводниками электричества.
  • Имеют низкую энергию ионизации.
  • Металлы имеют низкую электроотрицательность.
  • Они податливы – их можно растолочь в листы.
  • Они пластичны – их можно втягивать в провода.
  • Металлы имеют высокие значения плотности (исключения: литий, калий и натрий).
  • Большинство металлов подвержены коррозии на воздухе или в морской воде.
  • Атомы металлов теряют электроны в реакциях. Другими словами, они образуют катионы.

*Бонусный факт* При определенных условиях водород может действовать как металлический элемент. Эти условия обычно возникают в экстремальных условиях, таких как высокое давление или замерзание.

Список металлов

Это список металлов в порядке возрастания атомного номера.

9 903 02 CO0390903 TM FR02 8802 890 902 9802 Nobelium
3 LI 4 4 Beryllium
11 Na 12 MG MG
13
13
13 AL 19 K 19 K K 9 20 CA CA 21
21 SC
22 Ti Ti
23
V CR 24 CR 24 CR 25
25 Mn Марганец
26
Fe Железо
27 Cobalt
28
28 NI Никель 29 Cu 30 ZN Zinc
31 GA Gallium
37
RB RB RUBIDIUM
38 9 39 Y YTTrium
40 30303 ZR Zirconium
41
NB Niobium
42 MO
43
43 TC 44 RU RU Ruthenium
45 RH Rhodium
46 Pd Палладий
47 Ag AG
48 CD
49
49 INDIUM 50 30302 SW TIN
55 CS Cesium
56 BA BA 57 57 La 58 58 CE 59 PR 59 PrasaSeOdymium
60301 ND NOODYMium
61 PM PM
62 SM 63 63 EU EURUPIUE
64 GD Gadolinium
65 Тб Тербий
66
DY
67 67 68
68 Er 68 Erbium 69
Thulium
7030303 yb YTTERBIUI
71 LU Lutetium
72 HF HF Hafnium 73 Ta Tantalum 74 W Tungsten
75 Re Reenium
76 OS 97 77 IR IR 78
78 PT Platinum
79 99 Au Золото
80 Ртуть Ртуть
81 TL Thallium Thallium
82 PB PB 83
83 BI BI 84 PO PO
87
Франция
88 RA
89 AC AC 91 PA Protactinium
92
U Uranium
93
93 NP
94 94 95303 95 95 95 902
96 Кюриум
97 Бк Berkelium
98 CF
99 ES ES ES
100 FM 1000302 Fermium 101 MD Mendelevium
102 NO
103 LR
104 RF Rutherfordium
105 DB Dubnium
106 SG Seaborgium
107
107
106 HS HS 109 MT MT Meitnerium
110 DS Darmstadtium
111 Rg Рентгений 903 03
112 CN CN
113 NH
114 115 115 MC 116
Lv Ливерморий

Знакомство с неметаллами

Неметаллы являются еще одной ключевой группой элементов.Вот их список и их свойства.

Расположение металлов в периодической таблице

Более 75% элементов составляют металлы, поэтому они заполняют большую часть периодической таблицы. Металлы находятся в левой части стола. Два ряда элементов под основной частью таблицы (лантаноиды и актиноиды) — это металлы.

Использование металлов

Металлы находят применение во всех сферах жизни. Вот список некоторых их применений:

  • Контейнеры
  • Контейнеры
  • Провода и электрические приборы
  • Тепловые раковины
  • Зеркала
  • Монеты
  • Ювелирные Изделия
  • Оружие
  • Питание (утюг, медь, кобальт, никель, цинк, молибден)

Ссылки

  • Cox P.А. (1997). Элементы: их происхождение, распространенность и распространение . Издательство Оксфордского университета: Оксфорд. ISBN 978-0-19-855298-7.
  • Эмсли, Дж. (2003). Строительные блоки природы: Путеводитель по элементам от А до Я . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-850340-8.
  • Соса Торрес, Марта; Кронек, Питер М.Х. (2021). Металлы, микробы и минералы: биогеохимическая сторона жизни . Берлин: Вальтер де Грюйтер. doi:10.1515/9783110589771-001
  • Стратерн, П.(2000). Сон Менделеева: В поисках элементов . Хэмиш Гамильтон ООО ISBN 978-0-241-14065-9 .
  • Улица А.; Александр, В. (1998). Металлы на службе человека (11-е изд.). Книги пингвинов: Лондон. ISBN 978-0-14-025776-2.

Похожие сообщения

Металлы и неметаллы — Американское химическое общество

Бесплатные статьи

ChemSumer: Химия цифровой фотографии и печати


, февраль 2006 г. (стр. 4–7)

Автор: Брайан Рориг
Химия Связи:
Атомная теория, связь, металлы/неметаллы, периодичность
Описание:
Начинается с очень краткого описания пленочной фотографии и ее химии.Затем описывается роль полупроводников типа «n» и «p» для формирования диодов, фотоэлементов или пикселей в датчике цифровой камеры. Также обсуждаются различия между черно-белыми и цветными датчиками. Затем в нем обсуждаются процессы струйной и лазерной печати с акцентом на различия в расходах для переноса изображения или текста.

Захватывающая химия монет


Апрель 2007 г. (стр. 14-17)

Автор: Брайан Рориг
Химия Связи:
Металлы/Неметаллы
Описание:
Обсуждаются различия в составе и свойствах между чистыми металлами и металлическими сплавами.Дает краткую историю монет. Подробно описывает различия между пенни до и после 1982 года и способы их различения. Также обсуждаются различия между десятицентовиками, четвертаками, полдоллара и однодолларовыми монетами до и после 1964 года, а также способы их различения. Показывает различные свойства канадских монет (например, магнитные пятаки и точку Кюри). В статье приведены три эксперимента, которые учащиеся могут провести с монетами.

Bling Zinger: The Lead Content of Jewelry


Апрель 2006 г. (стр. 11–14)

Автор: Кристен Браунли
Химия Связи:
История/биография, Металлы/неметаллы
Описание:
Описывает свойства элемента свинца и некоторых его соединений, которые использовались на протяжении всей истории.Описывается его использование в древних виадуках, гончарных изделиях, украшениях, хрустале и даже в продуктах питания. Основное внимание уделяется современному использованию соединений свинца в бензине, красках и ювелирных изделиях, а также опасностям, которые это использование представляет для человека. Объясняет, что свинец — это нейротоксин, который накапливается в организме и подавляет выработку гемоглобина, а также имитирует поведение ионов кальция в нервной системе. Описывает хелатирующую терапию для удаления свинца из организма.

В поисках чистого напитка


Апрель 2008 г. (стр. 4–6)

Автор: Кристен Браунли
Химия Связи:
Склеивание, металлы/неметаллы, реакции, растворы, устойчивость
Описание:
Рассказывает о проблемах получения чистой питьевой воды в Индии и Бангладеш, начиная с загрязнения поверхностных вод, с последующим мышьяковым загрязнением подземных вод.Затем обсуждаются три различных практических метода очистки воды от мышьяка, каждый из которых успешно применяется в этих странах. Проиллюстрирована химия, включая уравнения процессов.

Отслаивание


Февраль 2006 г. (стр. 17–19)

Автор: Кристен Браунли
Химия Связи:
Металлы/неметаллы, реакции, растворы, устойчивость
Описание:
Рассказы о гибели старых автомобилей из-за ржавчины, акцент на роли электронов в этой химической реакции, окислении -снижение.Обсуждается, как разные области одного и того же металлического предмета могут одновременно действовать как аноды и катоды, и как вода как растворитель ионов на поверхности является связующим звеном между этими двумя областями положительного и отрицательного заряда, что позволяет происходить окислительно-восстановительному потенциалу. Различия в скорости ржавчины в разных географических регионах страны объясняются наличием соли либо из-за брызг океана в прибрежных районах, либо из-за засоления дорог в более холодных регионах страны. Также обсуждались: обращение вспять процесса ржавчины (нецелесообразно), другие предметы, которые ржавеют, стоимость ржавчины и краски для предотвращения коррозии.Приведены химические уравнения коррозии.

Активность металлов

Активность металлов


Деятельность Металлы

Основное различие между металлами заключается в легкости, с которой они вступают в химические реакции. Элементы ближе к низу левый угол периодической таблицы – это металлы, самый активный в том смысле, что он самый реактивный .Например, литий, натрий и калий реагируют с водой. Скорость этой реакции увеличивается по мере того, как мы спускаемся по этой колонке, однако, поскольку эти элементы становятся более активными по мере того, как они становятся более металлический.


Классификация металлов На основе деятельности

Металлы часто делят на четыре класса на основе их активность, как показано в таблице ниже.

Общие металлы, разделенные на классы на Основа их деятельности

Металлы класса I: активные Металлы
Li, Na, K, Rb, Cs (группа IA)
Ca, Sr, Ba (группа IIA)
Металлы класса II: менее активные Металлы
Mg, Al, Zn, Mn
Металлы класса III: структурные Металлы
Cr, Fe, Sn, Pb, Cu
Металлы класса IV: чеканка Металлы
Ag, Au, Pt, Hg

Наиболее активные металлы настолько реакционноспособны, что легко в сочетании с парами O 2 и H 2 O в атмосфере и поэтому хранятся под инертной жидкостью, такой как минеральное масло.Эти металлы встречаются исключительно в группах IA. и IIA периодической таблицы.

Металлы второго класса немного менее активны. Они не реагируют с водой при комнатной температуре, но реагируют быстро с кислотами.

Третий класс содержит такие металлы, как хром, железо, олово, и свинец, которые реагируют только с сильными кислотами. Он также содержит даже менее активные металлы, такие как медь, которая растворяется только при обрабатывают кислотами, способными окислять металл.

Металлы четвертого класса настолько нереакционноспособны, что практически инертны при комнатной температуре. Эти металлы идеально подходят для изготовление украшений или монет, потому что они не реагируют с огромным большинство веществ, с которыми они ежедневно поступают контакт. В результате их часто называют «чеканкой монет». металлы.»


Прогнозирование продукта Реакции металлов основной группы

Продукт многих реакций между металлами основных групп и другие элементы можно предсказать по электронным конфигурациям элементов.

Пример. Рассмотрим реакцию натрия и хлора с образованием образуют хлорид натрия. Требуется больше энергии, чтобы удалить электрон из атома натрия в ион Na + , чем получаем обратно когда этот электрон присоединяется к атому хлора с образованием Cl ион. Однако после образования этих ионов сила притяжения между этими ионами высвобождает достаточно энергии, чтобы сделать следующее реакция экзотермическая.

Na( с ) + 1 / 2 Cl 2 ( г ) NaCl( с )         Н или = -411.3 кДж/моль

Конечным результатом этой реакции является перенос одного электрона от нейтрального атома натрия к нейтральному атому хлора с образованием Na + и ионы Cl , имеющие конфигурации с заполненной оболочкой.

Калий и водород имеют следующий электрон конфигурации.

Когда эти элементы реагируют, электрон должен быть передан от одного элемента к другому.Мы можем решить, какой элемент должен потерять электрон, сравнив первую энергию ионизации для калия (418,8 кДж/моль) с водородом (1312,0 кДж/моль).

Калий с большей вероятностью потеряет электрон в этой реакции, что означает, что водород получает электрон с образованием ионов K + и H .

Металлы и неметаллы в периодической таблице

Philos Trans A Math Phys Eng Sci.2020 18 сентября; 378(2180): 20200213.

Benzhen Yao

1 KACST-Оксфордский центр передового опыта в области нефтехимии, лаборатория неорганической химии, химический факультет, Оксфордский университет, South Parks Road, Oxford OX1 3QR, UK

Vladimir L Кузнецов

1 KACST-Оксфордский центр передового опыта в области нефтехимии, лаборатория неорганической химии, химический факультет, Оксфордский университет, South Parks Road, Oxford OX1 3QR, UK

Tiancun Xiao

5ACOxford Center передового опыта в нефтехимии, Лаборатория неорганической химии, Химический факультет, Оксфордский университет, South Parks Road, Oxford OX1 3QR, UK

Daniel R.Slocombe

2 Инженерная школа Кардиффского университета, Queen’s Buildings, The Parade, Cardiff CF24 3AA, UK

CNR Rao

3 Отделение новой химии, отделение химии и физики материалов, отделение теоретической науки и школа Передовые материалы, Центр передовых научных исследований имени Джавахарлала Неру (JNCASR), Jakkur PO, Bangalore 560064, India

Friedrich Hensel

4 Fachbereich Chemie, Philipps-Universität Marburg, Hans-Meerwein-Strasse, 1

, Marburg, Германия 350032 Питер П.Edwards

1 KACST-Оксфордский центр передового опыта в области нефтехимии, лаборатория неорганической химии, химический факультет, Оксфордский университет, South Parks Road, Oxford OX1 3QR, UK

1 KACST-Оксфордский центр передового опыта в области нефтехимии, Лаборатория неорганической химии, химический факультет, Оксфордский университет, South Parks Road, Oxford OX1 3QR, UK

2 Инженерная школа, Cardiff University, Queen’s Buildings, The Parade, Cardiff CF24 3AA, UK

3 New Отдел химии, Отдел химии и физики материалов, Отдел теоретических наук и Школа перспективных материалов, Центр перспективных научных исследований им. Джавахарлала Неру (JNCASR), Jakkur PO, Бангалор 560064, Индия

4 Fachbereich Chemie, Philipps-Universität Marburg, Hans-Meerwein-Strasse, Marburg 35032, Germany

Издается Королевским обществом.Все права защищены.

Abstract

Демаркация химических элементов на металлы и неметаллы восходит к заре построения Дмитрием Менделеевым таблицы Менделеева; она до сих пор представляет собой краеугольный камень нашего взгляда на современную химию. В этом вкладе особое внимание будет уделено вопросу «Почему химические элементы периодической таблицы существуют либо в виде металлов, либо в виде неметаллов в окружающих условиях?» Это, пожалуй, наиболее очевидно в p-блоке периодической таблицы. где видна почти диагональная линия, разделяющая металлы и неметаллы.Первые поисковые, квантово-механические рассмотрения этого вопроса были выдвинуты Хундом в 1934 г. Интересно, что самое первое обсуждение проблемы — по сути, доквантово-механический подход — было сделано еще раньше, Гольдхаммером в 1913 г. и Герцфельдом. в 1927 году. Их простая рационализация с точки зрения атомных свойств, которые придают металлический или неметаллический статус элементам в периодической таблице, приводит к тому, что обычно называют критерием металлизации Голдхаммера-Герцфельда. По целому ряду несомненно сложных причин теория Голдхаммера-Герцфельда бездействовала почти полвека.Однако с того времени этот критерий неоднократно и с большим успехом применялся ко многим системам и материалам, демонстрирующим переходы неметалла в металл, чтобы предсказать и понять точные условия металлизации. Здесь мы рассматриваем применение теории Гольдхаммера-Герцфельда к вопросу о металлическом и неметаллическом статусе химических элементов в периодической системе. Также подчеркивается связь между этой теорией и работой сэра Невилла Мотта о переходе металл-неметалл.Применение «простых», но очень эффективных критериев Голдхаммера-Герцфельда и Мотта позволяет выявить, когда химический элемент периодической таблицы будет вести себя как металл, а когда — как неметалл. Успех этих разных, но сходящихся подходов придает вес идее простого, универсального критерия для рационализации мгновенно узнаваемой структуры таблицы Менделеева, где… металлы здесь, неметаллы там… Задача также кратко представлены металлические и неметаллические состояния оксидов.

Данная статья является частью тематического выпуска «Менделеев и таблица Менделеева».

Ключевые слова: металл, неметалл, переход металл-неметалл, периодическая таблица, критерий Гольдхаммера–Герцфельда, критерий Мотта

1. Введение; «…металлы здесь, неметаллы там…»

4 июня 1889 г. Дмитрий Менделеев прочитал Фарадеевскую лекцию перед членами Химического общества Великобритании; его лекция называлась Периодический закон химических элементов , [1] Менделеев отметил

…Пока наука совершает неуклонное движение вперед, удобно время от времени оглядываться на уже пройденный путь и особенно рассматривать новые концепции, направленные на раскрытие общего смысла совокупности фактов. накопленные изо дня в день в наших лабораториях.

В этом духе настоящий вклад является попыткой оглянуться назад и пересмотреть наше понимание развития периодической системы химических элементов, с особым акцентом на вопрос о том, почему химические элементы существуют или как металлов или неметаллов в условиях окружающей среды на Земле. В своем трактате 1905 года «Основы химии» [2] Менделеев изложил одну из первых — но повторяющихся — проблем попытки определить металлы и неметаллы в периодической таблице.

Многие элементы, хотя и не все, обладают особым блеском, непрозрачностью, ковкостью и высокой тепло- и электропроводностью, свойственными металлам. … Но далеко не все элементы являются металлами. Те, которые не обладают физическими свойствами металлов, называются неметаллами . Эти два класса элементов ясно различаются в некоторых определенных примерах, но в некоторых случаях это различие неясно и потому не может служить основанием для точного деления элементов на две группы

Этот вопрос о промежуточном характере некоторые элементы между двумя группами — металлы и неметаллы — подняты Менделеевым, где … различие не ясно …, конечно, относится к странному статусу в р-блочных элементах (р-блочные элементы объединены тот факт, что их самые удаленные электроны находятся на p-орбитали; p-блок находится в правой части периодической таблицы и включает элементы из столбцов с 13 по 18.Гелий, который находится в верхней части столбца 18, не включен в p-блок) как «металлоиды», что означает элементы с … металлическим сходством , что указывает на то, что они лишь отчасти напоминают металлы. Как и многие общие термины, слово «металл» используется по-разному, особенно при попытке понять проблему элементов, расположенных по обе стороны демаркационной линии в (что мы теперь называем) p-блоке периодической таблицы ().

Одна из ранних периодических таблиц Менделеева (измененная). Взято из Smith Alexander, Intermediate Text Book of Chemistry .Нью-Йорк, 1919 г. [3]. Обратите внимание на (теперь знакомую) диагональную демаркацию, отделяющую металлы от неметаллов в том, что мы теперь называем p-блоком периодической таблицы.

Работы Менделеева 1869 г. [4,5], помимо предложенной им периодической таблицы элементов, содержали предположения о трех других возможных представлениях. Интересно отметить, что в примечании к этой статье Менделеев обсуждал представление периодической системы, которое, по его словам, было бы, вероятно, неудобным. Современная форма той самой таблицы () сегодня особенно популярна! Для нашего нынешнего обсуждения эта форма наиболее четко отражает переход металл-неметалл по мере продвижения по периодической системе.Таким образом, свойства элементов в p-блоке меняются с неметаллических на металлические сверху вниз в вертикальных группах и с металлических на неметаллические слева направо в горизонтальных группах.

В 1934 г. Хунд [6,7] поставил интригующий вопрос, почему элемент Na является металлическим, а элемент Cl представляет собой газ или неметаллическое твердое примечательно . В этом раннем квантово-механическом описании — и при этом прозорливом — Хунд отметил, что энергетические уровни отдельных электронов либо … образуют континуум состояний … (таким образом, металлы), либо имеют … конечную энергетическую щель точно в место до которого занимают состояния (таким образом, неметаллы) ().

Ф. Хунда Различные формы связывания в периодической таблице химических элементов (взято из [6]).

Несмотря на мощный и важный прогресс в использовании (развивающейся) квантово-механической теории твердых тел, подход Хунда не мог легко дать готовое объяснение демаркации, происходящей в р-блоке периодической таблицы, на металлы и неметаллы и уникальный c-статус элементов, лежащий на границе между тем, что казалось двумя каноническими крайностями — металлическим и неметаллическим состояниями элементов.

Ландау и Зельдович [8] и Мотт [9] указали, что металлическое и неметаллическое состояния вещества можно однозначно различить только при абсолютном нуле температуры. Так, при Тл  = 0 К электроны в элементах и ​​веществах либо локализованы, либо мигрируют; поэтому удельное электрическое сопротивление металла либо конечно (как у проводящего элемента), либо равно нулю (как у сверхпроводящего элемента, такого как Li, Be, Rh, W и т. д. [10]), тогда как у неметаллов оно стремится к бесконечности.Конечно, при температурах выше абсолютного нуля это различие становится неоднозначным и сложным.

В поисках полного определения металлического или неметаллического химического элемента мы обратимся к трудам и идеям сэра Невилла Мотта. В письме к одному из авторов и в одном разоблачительном предложении Мотт, несомненно, установил операциональное определение металла и неметалла ().

Взято из письма сэра Невилла Мотта П. П. Эдвардсу от 9 мая 1996 г.Отвечая на вопрос «Что такое металл?», сэр Невилл Мотт отмечает: T  = 0 … Тогда металл проводит, а неметалл — нет. [11].

Вооружившись проницательным и обезоруживающим определением Мотта — совершенно строгим, но, конечно, полученным из эксперимента «Gedanken» (мысль) …at T = 0 K — мы попытались идентифицировать химические элементы периодического таблица или как металлы или как неметаллы, чтобы помочь нашему обсуждению происхождения различий между этими двумя каноническими состояниями материи.

Понятно, почему трудно применить строгое и однозначное определение Мотта, основанное на электропроводности химических элементов при Тл  = 0 К! Однако, даже вооружившись данными о проводимости при комнатной температуре, можно с уверенностью легко определить основные черты периодической таблицы, для которых подходит наименование металла или неметалла.

Учитывая условия окружающей среды при комнатной температуре и комнатном давлении, различия в электропроводности между металлическими и неметаллическими элементами таблицы Менделеева поразительны.Например, измеренная электрическая проводимость при комнатной температуре () колеблется от значений около 10 5 (Ом см) −1 для «простых» металлов Группы IA до приблизительно 10 −18 (Ом см) −1 для неметаллической элементарной серы. Этот диапазон электропроводностей примерно 10 23 был объявлен самым широким диапазоном всех известных физических свойств элементов.

Электропроводность при комнатной температуре и при комнатной температуре для химических элементов периодической таблицы.На вставке представлено одно условное обозначение элементов как металлов и неметаллов, основанное на свойствах элементов при комнатной температуре и атмосферном давлении, зеленые точки — металлы, красные — неметаллы (с изменениями из [11]). (Онлайн-версия в цвете.)

Как видно из , химические элементы определенно благоприятствуют металлическому состоянию: более двух третей элементов являются металлами в условиях окружающей среды.

Интересно, что некоторые материалы с разными элементами кристаллизуются в формах, демонстрирующих разные свойства материала, даже если они состоят из одного и того же элемента.Например, белое олово (β-олово), металл с объемно-центрированной тетрагональной кристаллической структурой, плотностью 7,265 г см −3 , показало более высокую проводимость (около 10 5 Ом −1  см −1 ). ), однако серое олово (α-олово) вообще не обладает металлическими свойствами, серое олово с гранецентрированной алмазно-кубической кристаллической структурой, плотностью 5,769 г см −3 , с более низкой проводимостью (около 10 2  Ω −1  см −1 ). Это связано с тем, что атомы серого олова образуют ковалентную структуру, в которой электроны не могут свободно двигаться.

И, конечно же, именно здесь чудо периодической таблицы теперь катализирует путешествие для учителей химии по всему миру, делясь этим чудом со своими учениками. Как лаконично выразился Н. Кайзер:

«Вот почему для начала мы сосредоточимся в основном на общей структуре (таблицы Менделеева) — металлы здесь, неметаллы там, и так далее …» [12]

2. «Об атомных свойствах, которые делают элемент металлом»

Сэр Алан Коттрелл [13] несомненно записал полное описание нашего понимания металла в этом коротком, проницательном предложении в его классическом тексте «Введение в современную теорию металлов»; Коттрелл отмечал:

Металлы содержат свободные электроны.

Критический вопрос поэтому относительно . Почему электроны свободны в металле ? был поднят Бете [14] и восходит к самым истокам физики твердого тела. Примечательно, как отмечалось ранее, что первые количественные попытки объяснить это сложное и фундаментальное научное исследование были предприняты в эпоху до квантовой механики Голдхаммером в 1913 году [15] и Герцфельдом в 1927 году [16]. Их рационализация с точки зрения атомных свойств, которые придают металлический или неметаллический статус химическому элементу периодической таблицы, привела к тому, что известно как критерий металлизации Гольдхаммера-Герцфельда.Этот критерий устанавливает необходимые условия для возникновения металлического и неметаллического статуса химических элементов.

В классическом подходе Герцфельда изолированный атом моделируется как осциллятор Лоренца. Герцфельд заметил, что электронное облако атома будет поляризовано другими 10 91 294 23 91 295 атомами элемента. Он показал, что в результате таких эффектов взаимной поляризации валентные электроны атома диссоциируют или отделяются от своего родительского атома при определенной критической плотности элемента (атома), поскольку соответствующая сила Закона Гука внутри отдельного осциллятора исчезает.Другими словами, при такой критической плотности частота отдельного атомного осциллятора приближается к нулю. Следовательно, при такой критической плотности атомов и выше валентные электроны освобождаются, и теперь элемент ведет себя как металлический проводник. Это позволяет глубже проникнуть в суть расследования Бете.

В статье 1927 года, озаглавленной «Об атомных свойствах, которые делают элемент металлом », Герцфельд предсказал, что изолированный атом в плотном элементном ансамбле станет металлическим проводником, когда молярный объем ( V ) при определенной плотности элемента станет равным меньше или равно его атомно-молярной рефракции в газовой фазе ( R )

где N A — число Авогадро, а α — электронная поляризуемость изолированного атома конкретного элемента.

Подход Голдхаммера-Герцфельда основан на так называемой поляризационной или диэлектрической катастрофе. Идея состоит в том, что диэлектрическая проницаемость ϵ, элемента конденсированной фазы будет стремиться к бесконечности по мере приближения к плотности перехода неметалл-металл с неметаллической стороны.

Это можно увидеть следующим образом. Диэлектрическое поведение неметаллической системы воплощено в соотношении Клаузиуса – Моссотти (CM), которое принимает форму;

n2−1n2+2=ε−1ε+2=4πα3VNA=RV,

2.2

где n — показатель преломления, а ϵ — диэлектрическая проницаемость.

Критерий Герцфельда предсказывает, что элемент или материал будут демонстрировать металлические свойства, если молярный объем станет равным или уменьшится ниже значения R . В терминах уравнения (2.2), когда R / V  = 1, мы имеем ( ε −  1) = ( ε  + 2), условие, которое может быть выполнено только тогда, когда 1ε9 бесконечно 90 . Это представляет собой ситуацию, при которой электроны больше не связаны с отдельными атомами элемента, а теперь становятся свободными — в результате получается металлический проводник электричества [15,16].

В этом суть критерия катастрофы металлизации/поляризации Голдхаммера–Герцфельда. Он сигнализирует об условиях полного высвобождения валентных электронов при переходе элемента, системы, материала или вещества в металлическое состояние. Впечатляющий пример этой диэлектрической катастрофы при переходе в металлическое состояние дан в случае P, легированного в полупроводник Si при температурах порядка милликельвина — экспериментальная система, пытающаяся приблизиться к условию Мотта: T  = 0 K для разграничения между металлом и неметаллом (последний, конечно, эквивалентно изолятору) [18].

Представление модели Гольдхаммера–Герцфельда и критерия металлизации (Edwards PP. Private message, James S Schilling, 2019) [17] и экспериментальная диэлектрическая катастрофа (левая кривая), происходящая при переходе в металлическое состояние в P легированные монокристаллы Si при милликельвиновых температурах. Также показана соответствующая эволюция электропроводности при нулевой температуре на тех же образцах при переходе металл-неметалл (изолятор) (правая кривая) [18].(Онлайн-версия в цвете.)

Другое и, надеюсь, иллюстративное представление этой привлекательной теории может быть получено путем рассмотрения модели классического атома как точечного положительного заряда, окруженного сферически-симметричным отрицательно заряженным электронным облаком постоянной плотности, простирающимся до радиуса r м . Это модель, в которой атом представлен как идеально проводящая заряженная сфера. Из электростатики можно показать, что тогда его молярная электронная поляризуемость равна;

и его соответствующая молярная рефракция, следовательно, равна

R / N представляет собой объем, занимаемый изолированным атомом.

Голдхаммер и Герцфельд предположили, что металлизация происходит, когда доступный или молярный объем V становится равным или меньше R , объему, занимаемому самими атомами.

При такой критической плотности, когда В  =  R , система отдельных (идеально) проводящих сфер сливаются в один большой макроскопический электрический проводник (). Интересный комментарий Лайнуса Полинга к точке зрения Герцфельда показан в письме в .

Лайнус Полинг также предлагает свое дальновидное понимание и замечательную интуицию в отношении успеха критерия Герцфельда в рационализации появления металлического характера в периодической таблице химических элементов. Полинг также устанавливает прямую связь со своей концепцией металлической орбитали. Фотография предоставлена ​​Калифорнийским технологическим институтом [11] (Эдвардс П.П., Сиенко М.Ю., 1983 г., частное сообщение, Лайнус Полинг).

Неаналитическое поведение нулевой температуры проводимости в металле и расходимость нулевой температуры диэлектрической восприимчивости в изоляторе (неметалле) исследуют природу перехода металл-неметалл в случайной системе.показывает расхождение T  = 0 K донорной диэлектрической восприимчивости 4π x в изоляторе (левая кривая) и T  = 0 K проводимости σ min

в металле справа — ручная кривая) в зависимости от плотности доноров фосфора n в материале Si, легированном фосфором. Вместе они характеризуют переход металл-изолятор в неупорядоченной системе и указывают на тенденцию 4 πx расходиться с критическим показателем, который, как предполагается, связан с расходимостью длины локализации.

В , отношение ( R / V ) в условиях комнатного давления/комнатной температуры построено для подавляющего большинства химических элементов периодической таблицы (верхний рисунок). На том же рисунке мы воспроизводим металлический или неметаллический статус этих элементов в зависимости от их электропроводности (). Видно, что простой критерий Гольдхаммера-Герцфельда обладает удивительной силой рационализации в отношении разграничения наличия металлического и неметаллического характера в химических элементах.

Металлизация химических элементов периодической таблицы в условиях окружающей среды на этой планете. На рисунке показано отношение ( R / V ) для элементов блоков s, p и d таблицы Менделеева. Здесь R — молярная рефракция, а V — молярный объем. Заштрихованные кружки обозначают элементы, для которых оба R и V известны экспериментально. Светлые кружки — для элементов, в которых R рассчитано и V известно экспериментально [11,20,21].(Онлайн-версия в цвете.)

Герцфельд использовал этот простой критерий, чтобы предсказать, какие элементы в периодической таблице являются металлическими, какие неметаллическими, а какие пограничными. Как обсуждалось Эдвардсом и Сиенко [20, 21], общие черты периодической классификации элементов довольно хорошо соответствуют этому простому критерию. Например, элементы группы VII (галогены) и благородные газы имеют R / V  < 1 в условиях окружающей среды и, следовательно, являются неметаллами.И наоборот, все щелочные элементы группы I имеют R / V  > 1, и металлическое поведение предсказано и, конечно, наблюдается для всех ее членов. Напротив, элементы групп 14–15 (IIIA-VIA) эффективно пересекают демаркационную линию между металлическим и неметаллическим поведением элементов в p-блоке периодической таблицы.

В качестве репрезентативных примеров этих концепций мы сосредоточимся на щелочных элементах и ​​благородных газах.

Как и следовало ожидать, поляризуемость свободных атомов возрастает по мере спуска по обеим этим двум группам.

Однако особенно поразительны относительные величины соответствующих атомов в двух группах; , таким образом, поляризуемость атома щелочного металла с атомным номером Z + 1 на один-два порядка больше, чем у его аналога благородного газа с атомным номером Z . Например, α для Li до Cs составляет от 24 Å 3 до 55 Å 3 , тогда как для He до Xe составляет от 0,205 Å 3 до 4,05 Å 3 2912 [2].Это, несомненно, замечательное проявление периодичности химических элементов при огромных различиях всех физико-химических свойств — при переходе от атомного номера Z к атомному номеру Z + 1. по мере того, как мы спускаемся, две группы проиллюстрированы схематическим 2D-представлением на ; результирующие значения R / V для двух групп элементов были показаны ранее (). Молярные объемы (в условиях окружающей среды) щелочных металлов заметно больше, чем их аналоги благородных газов (как впервые было отмечено Мейером [24]), но тем не менее отношение R / V всегда значительно больше единицы для щелочных металлов и всегда существенно меньше единицы для благородных газов.

Схематическое двумерное представление электронной поляризуемости свободных атомов щелочных и благородных газов (диаметр кружков представляет значение электронной поляризуемости свободных атомов) (воспроизведено из [23]).

Группы III (A)-VI (A) периодической таблицы во многих отношениях являются наиболее интригующими. Эти элементы эффективно охватывают диагональную разделительную линию между металлическим и неметаллическим статусом, как впервые отметил Ф. Хунд. Две особенности элементов из этой области периодической таблицы особенно очевидны при подходе к переходной области металлизации с неметаллической стороны; т.е. ( R / V ) < 1. Во-первых, это заметная тенденция к образованию стабильных двухатомных образований или более сложных полимерных образований (например, P 4 , Se 8 , S 8 и т. д.), как прекрасно иллюстрируется успехом правила (8-N) для элементарных структур. Второй аспект касается чрезвычайно больших значений диэлектрической проницаемости, обнаруживаемых, например, в «полуметаллах» группы VA. Обе характеристики симптоматичны для так называемой узкополосной переходной области, разделяющей три канонических состояния материи, а именно; металлы, изоляторы Мотта и ковалентные изоляторы.[25] Между прочим, переход в двухатомные и другие полимерные состояния вполне может быть симптомом близости этих элементов в нормальных условиях к их металлическому состоянию, достигаемому при более высоких температурах и/или более высоких плотностях элементов.

Несмотря на предостережения, которые постоянно отмечались при прямом применении простого критерия, ясно, что подход Гольдхаммера-Герцфельда к пониманию металлизации химических элементов является ценным. Действительно, этот же критерий продолжает широко использоваться в качестве наиболее полезного ориентира для исследования тенденции к металлизации ряда молекулярных соединений и материалов, включая возможность металлического нановодорода в углеродных нанотрубках, молекулярных соединений, богатых водородом, при высоких давлениях и еще не изученный наукой тяжелый галогенный элемент астат [26–31].

3. Плотность и металлическое состояние: когда металлический элемент становится неметаллическим элементом и наоборот?

Периодическая таблица — это таблица элементов или атомов, причем сами элементы или атомы не являются ни металлами, ни неметаллами. Обычно мы упоминаем его как металлический элемент или неметаллический элемент, когда элемент существует в твердом, жидком или газообразном состоянии при температуре и давлении окружающей среды. Наряду с рационализацией металлического и неметаллического статуса химических элементов в условиях окружающей среды модель Гольдхаммера-Герцфельда, очевидно, позволяет предсказать критические условия, при которых металлический элемент может стать неметаллическим или, наоборот, неметаллическим. элемент может приобретать металлический статус.Пионерские исследования Струтта [32] и Бендера [33] в начале прошлого века изучали экспериментальные условия, при которых элемент ртуть превращался из металла — безусловно, его общепризнанный универсальный статус великолепного проводника электричества — в изолятор с большим сопротивлением или неметалл. Так, Стретт отметил

Известно, что пары ртути даже при очень высоких температурах являются хорошим изолятором; на самом деле лучше, чем воздух в аналогичных условиях.Жидкая ртуть, с другой стороны, конечно, хороший проводник, как и другие металлы. Далее он отметил, что поскольку жидкость и насыщенный пар неразличимы при температуре выше критической, одно или оба из них (состояний) должны претерпевать заметное изменение электрических свойств по мере приближения к этой температуре [32].

Струтт наблюдал замечательное снижение почти на восемь порядков электрического сопротивления насыщенного пара ртути при высоких давлениях по сравнению с его электрическим сопротивлением в парах при комнатном давлении.

Более поздняя экспериментальная реализация замечательного обусловленного плотностью перехода металла в неметалл в элементарной ртути приведена в . Обратите внимание на его переход из металлического состояния в неметаллическое по мере уменьшения плотности элементов. Несмотря на то, что эти данные получены при высоких температурах, обратите внимание на резкость этого перехода в металлическое состояние и из него. Итак, здесь мы имеем классический пример прототипа металлического элемента (из общего опыта), который теперь трансформируется в неметаллическую форму того же самого элемента; это впечатляющий электронный переход в элементе периодической таблицы, вызванный изменением его плотности.

Экспериментальная реализация перехода металл-неметалл в «расширенной» элементарной ртути, показывающая зависимость электропроводности постоянного тока от плотности вместе с соответствующим средним расстоянием Hg-Hg (с изменениями из [34]).

И наоборот, переходы из неметаллического состояния в металлическое наблюдались в (условно) неметаллических элементах водороде, кислороде и азоте при сжатии до давления 100 ГПа и температуры в несколько 1000 К.

Известно, что результирующие металлические состояния во всех этих плотных жидкостях находятся в электронном режиме сильного рассеяния, близком к так называемой минимальной металлической проводимости ( σ мин ) металла. Важно отметить, что эта характеристика проявляется и для флюидных элементов рубидия и цезия, которые аналогичным образом претерпевают переходы неметалл-металл при сравнимых температурах, хотя и при существенно более низких давлениях ca 0,01 ГПа, но опять же при значениях соответствующих σ мин .

В , мы сравниваем эволюцию управляемого плотностью перехода неметалл-металл в пяти очень разных химических элементах; цезий, рубидий, ртуть, кислород и, наконец, водород.

Электропроводность жидкого цезия, рубидия, ртути, кислорода и водорода в зависимости от плотности атомов. Линии тегов на оси плотности атомов обозначают прогнозируемые плотности металлизации для каждого элемента на основе модели Голдхаммера-Герцфельда (см. Текст). Отметим, что экспериментальные плотности атомов находятся в диапазоне от 10 21  см −3 для цезия и рубидия до более 10 23  см −3 для кислорода и водорода (взято из [11]).

Примечательно, что все эти (поверхностно) химически несопоставимые элементы из различных групп металлов и неметаллов периодической таблицы Менделеева достигают одинаковой электропроводности ca 1000 Ом −1 см их металлические состояния выше характерной (и уникальной) критической плотности атомов.

Показатели, показанные по оси атомной плотности ( x ) в, представляют оценки плотностей металлизации, полученные из простого критерия Герцфельда для положения перехода металл-неметалл для каждого из химических элементов с использованием значений их соответствующих (а в некоторых случаях и совершенно разных) атомных электронных поляризуемости.

Примечательно, что предсказанные плотности атомов для металлизации по критерию Герцфельда для каждого элемента очень хорошо согласуются с экспериментальными плотностями, при которых видно очень быстрое увеличение измеренной проводимости с увеличением плотности атомов. Таким образом, то, что мы видим в , представляет управляемое плотностью генезис высокопроводящего металлического состояния в таких химически и физически различных элементах, как водород, кислород, рубидий, цезий и ртуть.

4. Систематика перехода металл-неметалл в химических элементах периодической таблицы

В картине Гольдхаммера-Герцфельда увеличение плотности атомов за счет увеличения плотности элементов в конечном итоге приводит к электронному переходу из -металлического до металлического состояния при критическом состоянии (4πα/3)Nc=1, где N c — атомная плотность при металлизации.Таким образом, этот простой критерий определяет плотность металлизации — условия перехода в металлическое состояние — химического элемента таблицы Менделеева.

Запись поляризуемости водородоподобного атома как

Таким образом, управляемый плотностью переход в металлическое состояние происходит при критическом продукте [35,36];

где aH∗ принят за боровский радиус изолированного атома, обычно принимаемый за максимум распределения плотности заряда валентных электронов.

Величина Nc1/3aH∗ обозначена как критерий Мотта для критических условий перехода металл-неметалл или металл-изолятор.

Интересно, что это значение критерия (0,38), полученное с использованием критерия Герцфельда 1927 г., не слишком отличается от значения (0,25), предписанного Моттом в 1961 г. из совершенно других соображений диэлектрического экранирования перехода в металлическое состояние, а также значение (0,26 ± 0,05) критерия Мотта, определенное эмпирически Эдвардсом и Сиенко в 1978 г. на основе анализа экспериментальных данных для широкого круга систем и материалов, демонстрирующих переходы металл-неметалл [37].

Соответствующие зависимости электропроводности от плотности для пяти химически различных элементов периодической таблицы, H, N, O, Rb и Cs, построены в зависимости от параметра Мотта, N1/3aH∗, в , где N число плотность атомов, N 1/3 — среднее расстояние между атомами, а aH∗ — их эффективный размер, обычно принимаемый за эффективный боровский радиус максимума в распределении вероятности внешнего (валентного) электрона.

Электропроводность Cs (открытые перевернутые треугольники) и Rb (открытые квадраты) (Hensel & Edwards [35]), кислорода (закрашенные треугольники: Bastea et al. [38]), азота (сплошные кружки: Chau и др. [39]) и водорода (сплошные ромбы: Nellis и др. [40]) в зависимости от параметра Мотта, N1/3aH∗, где aH ∗ — эффективный боровский радиус атомного распределения валентных электронов, N — числовая плотность атомов (с изменениями из [39]).

Примечательно, что среди этих пяти химически различных химических элементов — от щелочных металлов Rb и Cs до элементов O 2 и N 2 и, наконец, до H 2 — просматривается четкий, общий скейлинговое поведение для критических условий перехода в металлическое состояние.[41] Таким образом, все пять из этих химических элементов приобретают металлический статус при постоянном, критическом значении скейлинга, или параметра Мотта, или критерия N1/3aH∗=Nc1/3aH∗=0,38. [42].

При таком подходе, основанном главным образом на протяженности атомных волновых функций внешнего валентного электрона, элементы Rb и Cs имеют наибольшую радиальную протяженность своего распределения валентных электронов по плотности заряда. Таким образом, для атомов щелочных металлов необходима относительно низкая плотность (или сжатие под давлением), чтобы иметь достаточное перекрытие волновых функций с ближайшими соседями, чтобы вызвать делокализацию валентных электронов и переход в металлическое состояние.В противоположность этому, конечно, H имеет наименьшую радиальную протяженность и требует самой высокой плотности (и сжатия под давлением — около 140  ГПа!) для достижения металлизации. [40,43]

Возвращаясь к «земным» условиям (!), т. е. к ситуации комнатной температуры/комнатного давления для химических элементов, мы строим график периодического изменения параметра Мотта, N1/3aH∗.

Параметр Мотта N1/3aH∗ в периодической таблице химических элементов. Обратите внимание на разрыв оси y .Критическое значение N1/3aH∗ равно 0,45.

Параметр Мотта равен 0,45 для разделительной линии, отделяющей металлы от неметаллов. Будущая работа, несомненно, приведет к уточнению основных моделей, но эти критерии в их простейшей форме, скорее всего, сохранятся, по крайней мере, в качестве качественного источника руководства для понимания того, как атомные и элементарные свойства делают элемент либо металлом, либо металлом. неметалл.

Способность критериев Мотта (и Герцфельда) рационализировать даже саму таблицу Менделеева придает вес предложению простого универсального критерия перехода между этими каноническими состояниями материи.

5. Периодическая таблица при давлении в три миллиона атмосфер

Эти разработки теперь заставляют нас пересмотреть наши основные представления и определения металлов и неметаллов в периодической классификации. Общепринятое (и общепринятое) различие между этими двумя каноническими состояниями материи теперь можно рассматривать как чисто субъективное и определяемое естественным опытом взаимодействия с химическими элементами в условиях окружающей среды на Земле. Таким образом, можно было бы без колебаний классифицировать элементы H 2 , N 2 и O 2 как неметаллы, а элементы Rb и Cs как прототипы металлов.Однако металлический или неметаллический статус не является неотъемлемым и неизменным свойством любого химического элемента. По отношению к периодической таблице атомные свойства и плотность элементов являются ключевыми параметрами, определяющими металлический или неметаллический статус элемента.

Эти собранные данные представляют собой замечательное проявление этого поразительного факта.

Возможная форма периодической таблицы элементов при давлении в три миллиона атмосфер. Эта таблица еще не завершена — например, элементарный фтор и некоторые другие еще недоступны, — но обратите внимание на отсутствие традиционной диагональной демаркации, отделяющей металлы от неметаллов (серый фон) при нормальных условиях.Элементы C, F, Cl, Ne, Ar, Kr и He еще не исследовались при достаточно высоких давлениях для достижения металлизации. Мы показываем здесь водород как металл; это отражает ситуацию с жидким водородом при таких высоких давлениях. Напротив, твердый водород не достигает металлического статуса даже при давлении в три миллиона атмосфер (с изменениями из [44]).

Таким образом, в пределах планет-гигантов наша периодическая таблица выглядела бы совсем иначе (одна из возможных форм показана на рис. ) без признаков обычной (мгновенно узнаваемой) диагональной разделительной линии внутри р-блока, разделяющей металлы и неметаллы — краеугольным камнем нашей классификации химических элементов на нашей собственной планете.

Таким образом, вопрос, который мы должны задать химическому элементу таблицы Менделеева, состоит не в …

Является ли этот элемент металлом или неметаллом?», а скорее в том, «Когда этот элемент является металлом и когда он является неметалл?

6. Неестественность простых металлов и металлических соединений

Один из наших рецензентов отметил следующие проницательные, острые и дразнящие наблюдения.

Но, как известно авторам, химия и материаловедение занимаются веществами, которые по большей части не являются элементарными.А может быть, всего лишь возможно, что элементы… нетипичны. Не могли бы вы оценить, сколько молекул и неорганических соединений в их обычно твердом чистом состоянии являются металлическими при температуре окружающей среды? Я предполагаю, что это 0,001% от 10 8 произведенных молекул и около 1% твердотельных неорганических соединений (в основном сплавов и интерметаллидов). Почему это так? Почему, используя критерий G-H, молекулы «не справляются» с ним?

Эти наблюдения — и захватывающая задача — безусловно, привлекли нас, и, хотя у нас нет полного ответа и решения, мы предлагаем некоторые наблюдения относительно того, что мы теперь считаем центральной темой для будущих исследований, а именно, самого неестественность металлов и металлическое состояние.Основываясь на нашем опыте в мире природы, сэр Алан Коттрелл сделал простое, но убедительное наблюдение, что

Металлы и сплавы ненатуральные [45].

Если мы думаем о «природных» металлах в том смысле, что они встречаются «самородными» в природе, в высокопроводящем состоянии элементов, некоторую помощь можно найти в Википедии [46].

Самородный металл – это любой металл, который встречается в чистом виде в своей металлической форме в природе. Только золото, серебро, медь и платиновые металлы встречаются в природе в больших количествах.В геологических временных масштабах очень немногие металлы могут противостоять естественным процессам выветривания, таким как окисление, поэтому обычно в качестве самородных металлов обнаруживаются только менее реакционноспособные металлы, такие как золото и платина. Другие обычно встречаются в виде изолированных карманов, где естественный химический процесс восстанавливает обычное соединение или руду металла, оставляя чистый металл в виде небольших чешуек или включений.

Итак, когда дело доходит до фактического производства металлов, которые мы обычно рассматриваем как составляющие большинство химических элементов в периодической таблице, неметаллические составляющие руды (обычно оксиды, сульфиды и т.) требуют агрессивного физико-химического процесса восстановления путем их плавления и плавления. Самыми очевидными исключениями, конечно же, являются золото и серебро; «природные» металлы в том смысле, что они встречаются «самородными» в природе, в металлическом, хорошо проводящем состоянии. И поэтому, вслед за Коттреллом, неудивительно, что Природа никогда не использовала их, как биологические части, хотя она широко использовала ионы металлических элементов в таких химических веществах, как гемоглобин, для приобретения жизненно важных биохимических свойств.Как блестяще заключил Коттрелл,

Но куски металла никогда [45].

Тем не менее, когда мы смотрим на все «природные, а также неестественные» металлы, описание Гольдхаммера-Герцфельда, подчеркивающее атомное свойство (поляризуемость) и плотность конденсированной фазы (молярный объем), позволяет нам понять сам состав металлические и неметаллические элементы периодической таблицы.

Возвращение к рецензентам подсказывает: «Что можно сказать о молекулах и соединениях в твердом состоянии?» Следует согласиться с его/ее наблюдением, что только около 1% (или меньше) неорганических соединений являются металлическими при температуре окружающей среды (и давлении).Подход Голдхаммера-Герцфельда может предложить перспективу определения условий истинной металличности неорганических соединений — при комнатном давлении. Металлизация некоторых «простых» систем, напр. Xe, Ar, He, I 2 и т. д. легли в основу обширной работы с 1980-х годов до наших дней, но применение к более сложным неорганическим соединениям все еще находится в зачаточном состоянии. [47] Однако следует отметить, что Герцфельд в 1965 г. рационализировал индуцированную давлением металлизацию TlI, используя свою модель 1927 г.Конечно, это также означало, что он был в состоянии понять отсутствие металличности в TlI при окружающих T и P! [48] ​​

Большим достижением в оценке металлической и неметаллической природы оксидов химических элементов стала работа Даффи и Бинкса [49]. Они оценили природу металлической связи и, следовательно, металлический статус также с точки зрения поляризации и были наиболее эффективными в связи экспериментальных параметров поляризации с зонной теорией. Кроме того, в этом подходе использовалась (опять же, как и здесь) взаимосвязь между поляризуемостью и началом металлизации в оксидах, описанная в подходе Герцфельда.Таким образом, если молярный объем ( В м ) ниже критического значения, то происходит поляризация или диэлектрическая катастрофа, в которой валентные электроны становятся блуждающими и возникает металлическая проводимость. Таким образом (применительно к оксидам) материал является неметаллическим при R m / V m меньше единицы (где R m — молярное преломление), но является металлическим, когда R м / В м  = 1.Таким образом, это образует прямую связь для условий металлизации оксидов и элементов периодической таблицы. Эти авторы также связали условие металлизации R m / V m  = 1 с электронной запрещенной зоной оксидов, причем переход происходит при изменении энергии E и величины (1 −  R м / V м ) обе приближаются к нулю. Они обнаружили замечательную корреляцию между этими двумя величинами и использовали E (или, скорее, E) и (1 −  R m / V m ) в качестве меры близости любого оксида к началу металлизация (показана на ).

График зависимости E от (1 −  R m / V m ) для оксидов. Прямая линия получена из E  = 20 (1 −  R m / V m ) 2 . Воспроизведено с разрешения из [49].

Оксиды можно охарактеризовать по их близости к переходу неметалл-металл независимо от того, являются ли они в основном ковалентными или ионными по своей природе. В 2015 году Даффи попытался построить диаграмму или карту сортировки для бинарных оксидов периодической таблицы и провел горизонтальную линию для ковалентно-ионной шкалы и вертикальную шкалу (используя как (1 −  R m / V m ) и E), чтобы представить растущую тенденцию к началу металлизации.

Таблица оксидов, M m O n ,. Ковалентные оксиды слева, ионные оксиды справа. Высота над ковалентно-ионной базовой линией представляет близость к переходу неметалл/металл. Воспроизведено из [49].

Следует отметить дефицит металлического состояния в бинарных оксидах таблицы Менделеева и, опять же, критерий Герцфельда позволяет выявить дефицит настоящих металлических бинарных оксидов (на простом примере).Таким образом, подавляющее большинство «природных или нативных» оксидов периодической таблицы представляют собой изоляторы, имеющие почти незначительный металлический характер. Те оксиды, которые ближе к переходу неметалл-металл (например, как в ), обладают способностью быть химически «легированными», чтобы вызвать более высокую проводимость. Классический и практический пример — SnO 2 , когда в качестве прозрачного, но проводящего оксида используется легированный. Другие методы (а также множественные легирующие и электрохимические подходы) могут индуцировать «металлический» характер оксидов с небольшой тенденцией к металлизации в их естественной форме.

Помимо бинарных оксидов химических элементов, многокомпонентные оксиды охватывают диапазон от изолирующих до полупроводниковых и истинно металлических свойств при комнатной температуре и давлении (в ) [50]. В большом обзоре электронной структуры многокомпонентных оксидов один из нас (C.N.R.Rao) уловил это в термине «маргинальные металлические оксиды» [51–53].

Электропроводность оксидов при комнатной температуре; обратите внимание на огромный диапазон значений этого фундаментального свойства.Это позволяет нам классифицировать диапазон оксидов от металлов, полупроводников до изоляторов. Взято из [50]. (Онлайн-версия в цвете.)

Эти обычно оксиды переходных металлов на границе металл-неметалл, особенно принадлежащие к семейству перовскитов, демонстрируют замечательные явления, включая высокотемпературную сверхпроводимость и гигантское магнитосопротивление. Интересным аспектом этих явлений является их близость к тому, что известно как «минимальная металлическая проводимость» — это экспериментальная сигнатура маргинального металлического оксида в самой точке локализации электрона в неметаллическом состоянии! Это еще раз подчеркивает потенциальную силу и влияние расширения/адаптации точки зрения Голдхаммера/Герцфельда: здесь мы видим ситуацию, когда проницательные наблюдения рецензента можно подвергнуть проверке, чтобы понять возникновение металлических и неметаллических частиц. металлические состояния оксидов.

7. Заключительные замечания

Мы надеемся проиллюстрировать, что классификация «металл или неметалл» — хотя и используется повсеместно в терминах периодической таблицы — не является неотъемлемым и неизменным свойством какого-либо конкретного элемента. Для химических элементов плотность представляет собой критический термодинамический параметр, который играет важную роль в определении металлического или неметаллического статуса. То же самое можно сказать и об атомных свойствах, которые делают элемент металлом или неметаллом, как это впервые продемонстрировали Голдхаммер и Герцфельд.Этот подход, основанный на том, сколько взаимодействий тел (атомов) в элементе определяют саму природу элемента, также имеет резонанс с почтенной проблемой химической периодичности. Так, в стандартном тексте Сандерсона «Химическая периодичность» [54], сосредоточенном на химических сочетаниях и отношениях между элементами, автор пишет:

Глубокое знание структуры атома позволяет предсказать и точно понять, как этот атом будет реагировать на любой стимул известной природы.

Конечно, основное внимание в текстах по химии, в том числе и Сандерсона, по понятным причинам сосредоточено на том, как (электронная) структура атома диктует характер химической связи и химических комбинаций. Мы надеемся проиллюстрировать, что аналогичные соображения, относящиеся к структуре атома и эффектам атомно-многоатомных взаимодействий в элементе, через подходы Гольдхаммера-Герцфельда и Мотта к металлизации, позволяют рационализировать, когда химический элемент периодическая таблица ведет себя как металл, а когда ведет себя как неметалл.

Как заметил Полинг, металлы занимают особенно интересное и важное положение среди всех материалов, с которыми имеет дело химик. Для простейшего и, несомненно, наиболее сильного описания металла или металлического вещества мы вернемся к определению Коттрелла и примем существование свободных электронов как характеристику металла. Согласно Гольдхаммеру и Герцфельду, можно легко понять, как валентные электроны в элементе испытывают нестабильность ( instabilen Zustand , как отмечал Эренрайх) при достаточно высоких атомных плотностях, чтобы диссоциировать от своих родительских атомов.Этот подход позволяет предсказать, какие атомы, таким образом, приобретают металлический характер в элементе, а какие нет. То же самое относится и к другой теории Мотта с точки зрения эффектов экранирования и локализации в многоатомном ансамбле, из которого состоит элемент.

В отношении более широкой проблемы электронной теории твердых тел Вигнер и Зейтц заявили в 1955 г. [55]

Если бы у кого-то была большая вычислительная машина, ее можно было бы применить к задаче решения уравнения Шредингера для каждого металла… Однако неясно, много ли это выиграет.Предположительно, результаты согласовывались бы с экспериментально определенными величинами… Вместо этого было бы предпочтительнее иметь… простое описание сущности факторов… и понимание происхождения вариаций… от металла к металлу».

В этом контексте становится ясно, что подходы Гольдхаммера-Герцфельда и Мотта к металлизации особенно ценны, поскольку они имеют качественную и даже количественную обоснованность, помогая нам ответить на вопрос о периодической таблице, где … металлы здесь, а неметаллы там … [12]

Благодарности

Мы благодарим г-жу Линду Уэбб за ее экспертную, профессиональную и неоценимую помощь на всех этапах производства этой работы.Мы благодарим профессора Ричарда Херрингтона из Музея естественной истории в Лондоне за его понимание «естественных» металлов Периодической таблицы.

Доступность данных

Эта статья не содержит никаких дополнительных данных.

Вклад авторов

Средства индивидуальной защиты и Б.Ю. работал со всеми авторами над концепцией и дизайном статьи. СИЗ и Б.Ю. составил проект статьи, а все остальные авторы внесли дополнительный интеллектуальный вклад в последующие редакции. П.ЧП был окончательным утверждающим версию, которая будет опубликована.

Конкурирующие интересы

Мы заявляем, что у нас нет конкурирующих интересов.

Финансирование

Мы благодарим за финансовую поддержку EPSRC (EP/N009924/1) и KACST, Саудовская Аравия.

Литература

1. Менделеев Д.И. 1889 г. Периодический закон химических элементов. Дж. Хим. соц., пер. 55, 634–656. (10.1039/CT8895500634) [CrossRef] [Google Scholar]2. Менделеев Д.И. 1905 г. Основы химии, т. 1, с.II, с. 23, 3-е английское изд. Лондон, Великобритания: Лонгманс, Грин. [Google Академия]3. Смит А. 1919. Промежуточный учебник химии. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: The Century Co. [Google Scholar]4. Менделеев Д.И. 1869 г. О связи свойств элементов с их атомными весами // Журн. Русь. хим. общ 1, 60–77 [На русском языке.] [Google Scholar]5. Менделеев Д.И. 1869 г. [2005] О корреляции между свойствами элементов и их атомными весами. У Менделеева о периодическом законе: избранные сочинения, 1869–1905 (изд.Дженсен В.Б.), стр. 18–37. Нью-Йорк: Довер. [Google Академия]6. Хунд Ф. 1935 год. Описание сил связи в молекулах и кристаллических решетках по квантовой теории. На Международной конференции по физике. Бумага и обсуждения. Том 2. Твердое состояние вещества, стр. 36–45. Лондон: Физическое общество. [Google Академия]7. Бете Х., Хунд Ф., Мотт Н.Ф., Паули В., Рубинович А., Вентцель Г. и Смекал А. 1933 год. квантовая теория. Справочник по физике: Springer. [Google Академия]8. Ландау Л.Д., Зельдович Ю.Б. 1943 год.О соотношении жидкого и газообразного состояний металлов. Акта Физикохим. СССР 18, 194–196. [Google Академия]9. Мотт НФ. 1949 год. Основа электронной теории металлов с особым упором на переходные металлы. проц. физ. соц. А 62, 416 (10.1088/0370-1298/62/7/303) [CrossRef] [Google Scholar]10. Слокомб Д.Р., Кузнецов В.Л., Грочала В., Уильямс Р.Дж.П., Эдвардс П.П. 2015. Сверхпроводимость в переходных металлах. Фил. Транс. Р. Соц. А 373, 20140476 (10.1098/rsta.2014.0476) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]13.Коттрелл АХ. 1955. Теоретическая конструкционная металлургия, 2-е изд. Лондон, Великобритания: Эдвард Арнольд. [Google Академия] 14. Ходдесон Л.Х. и Бейм Г. 1980. Развитие квантово-механической электронной теории металлов: 1900–1928 гг. проц. Р. Соц. Лонд. А 371, 8–23. (10.1098/rspa.1980.0051) [CrossRef] [Google Scholar]

15. Goldhammer DA. 1913. Дисперсия и абсорбция Lichtes в изотропном растворе Körpern; Theorie und ihre Folgerungen, Тойбнер, Лейпциг.

16. Герцфельд К.Ф. 1927 г. Об атомарных свойствах, которые делают элемент металлом.физ. преп. 29, 701 (10.1103/PhysRev.29.701) [CrossRef] [Google Scholar] 17. Шиллинг Дж.С., Хэмлин Дж.Дж. 2008. Недавние исследования сверхпроводимости при экстремальных давлениях. Дж. Физ. конф. сер. 121, 052006 (10.1088/1742-6596/121/5/052006) [CrossRef] [Google Scholar]18. Гесс Х.Ф., ДеКонде К., Розенбаум Т.Ф., Томас Г.А. 1982. Гигантские диэлектрические проницаемости на подходе к переходу диэлектрик-металл. физ. Преподобный Б 25, 5578 (10.1103/PhysRevB.25.5578) [CrossRef] [Google Scholar]19. Мотт НФ. 1985. Минимальная металлическая проводимость.Междунар. Преподобный Физ. хим. 4, 1–18. (10.1080/01442358509353351) [CrossRef] [Google Scholar] 20. Эдвардс П.П., Сиенко М.Дж. 1982. Переход в металлическое состояние. Акк. хим. Рез. 15, 87–93. (10.1021/ar00075a004) [CrossRef] [Google Scholar]21. Эдвардс П.П., Сиенко М.Дж. 1983. О появлении металлического характера в периодической таблице элементов. Дж. Хим. Образовательный 60, 691 (10.1021/ed060p691) [CrossRef] [Google Scholar]22. Teachout RR, Pack RT. 1971. Статические дипольные поляризуемости всех нейтральных атомов в их основных состояниях.В. Нукл данных Таблицы данных 3, 195–214. (10.1016/S0092-640X(71)80007-4) [CrossRef] [Google Scholar]23. Логан DE, Эдвардс PP. 1985. Периодическая система элементов. В Металлические и неметаллические состояния вещества. Лондон, Великобритания: Тейлор и Фрэнсис. [Google Академия] 24. Мейер Л. 1870 г. Die Natur der chemischen Elementeals Function ihrer Atomgewichte. Анна. хим. фарм. Доп. 7, 354–364. [Google Академия] 25. Чакраверти БК. 1980. Изолирующее основное состояние и переходы неметалл-металл. Природа 287, 393–396.(10.1038/287393a0) [CrossRef] [Google Scholar] 26. Ся И, Ян Б, Цзинь Ф, Ма Ю, Лю Х, Чжао М. 2019. Водород, заключенный в одностенной углеродной нанотрубке, под высоким давлением превращается в металлическую и сверхпроводящую нанопроволоку. Нано Летт. 19, 2537–2542. (10.1021/acs.nanolett.9b00258) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]27. Еремец М.И., Троян И.А. 2011. Проводящий плотный водород. Нац. Матер. 10, 927–931. (10.1038/nmat3175) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]28. Яо Ю, Це Дж.С. 2018. Сверхпроводящий сероводород.хим. Евро. Дж. 24, 1769–1778. (10.1002/chem.201705321) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]29. Абэ К., Эшкрофт Н.В. 2015. Стабилизация и высокометаллические свойства тяжелых гидридов V группы при высоких давлениях. физ. Преподобный Б 92, 224109 (10.1103/PhysRevB.92.224109) [CrossRef] [Google Scholar]30. Гао Г, Ван Х, Бергара А, Ли Ю, Лю Г, Ма Ю. 2011. Металлический и сверхпроводящий галлан под высоким давлением. физ. Преподобный Б 84, 064118 (10.1103/PhysRevB.84.064118) [CrossRef] [Google Scholar]31. Герман А., Хоффманн Р., Эшкрофт Н.В.2013. Конденсированный астат: одноатомный и металлический. физ. Преподобный Летт. 111, 116404 (10.1103/PhysRevLett.111.116404) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]32. Стратт Р.Дж. 1902 г. LXVI. Электропроводность металлов и их паров. Фил. Маг. (сер. 6) 4, 596–605. (10.1080/14786440209462883) [CrossRef] [Google Scholar] 33. Бендер Дж. 1918 год. Über die kritische Temperatur des Quecksilbers. физ. З. 19, 410. [Google Scholar]34. Хенсель Ф. 2010. Переход металл-неметалл в жидкой ртути: новый взгляд на Ландау-Зельдовича.В переходах металл-неметалл. Серия Springer по материаловедению, том. 132 (редмер Р. Редмер, Ф. Хенсель, Б. Холст). Берлин, Германия. [Google Академия] 35. Хенсел Ф., Эдвардс П.П. 1996. Водород, первый щелочной металл. хим. Евро. Дж. 2, 1201–1203. (10.1002/chem.19960021005) [CrossRef] [Google Scholar]36. Кастнер Т.Г., Ли Н.К., Целошик Г.С., Сэлинджер Г.Л. 1975 год. Диэлектрическая аномалия и переход металл-диэлектрик в кремнии n-типа. физ. Преподобный Летт. 34, 1627 (10.1103/PhysRevLett.34.1627) [CrossRef] [Google Scholar]37.Эдвардс П.П., Сиенко М.Дж. 1978 год. Универсальные аспекты перехода металл-неметалл в конденсированных средах. физ. Преподобный Б 17, 2575 (10.1103/PhysRevB.17.2575) [CrossRef] [Google Scholar]38. Басти М., Митчелл А.С., Неллис В.Дж. 2001. Переход изолятор-металл высокого давления в молекулярном жидком кислороде. физ. Преподобный Летт. 86, 3108 (10.1103/PhysRevLett.86.3108) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]39. Чау Р., Митчелл А.С., Миних Р.В., Неллис В.Дж. 2003. Металлизация жидкого азота и переход Мотта в сильно сжатых жидкостях с низким Z.физ. Преподобный Летт. 90, 245501 (10.1103/PhysRevLett.90.245501) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]40. Неллис У.Дж. 1999. Метастабильный твердый металлический водород. Фил. Маг. Б 79, 655 (10.1080/136428195741) [CrossRef] [Google Scholar]41. Неллис У.Дж. 2006. Динамическое сжатие материалов: металлизация жидкого водорода при высоких давлениях. Респ. прог. физ. 69, 1479 (10.1088/0034-4885/69/5/R05) [CrossRef] [Google Scholar]42. Мотт НФ. 1961. Переход в металлическое состояние. Фил. Маг. 6, 287–309. (10.1080/14786436108243318) [CrossRef] [Google Scholar]43. Эдвардс П.П., Хенсел Ф. 1997. Станет ли когда-нибудь твердый водород металлом? Природа 388, 621–622. (10.1038/41645) [CrossRef] [Google Scholar]44. Эдвардс П.П., Хенсел Ф., 2002. Металлический кислород. Химфизхим 3, 53–56. (10.1002/1439-7641(20020118)3:1<53::AID-CPHC53>3.0.CO;2-2) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]45. Коттрелл АХ. 1991. Будет ли кто-нибудь снова использовать металлы и сплавы? В Науке о новых материалах (под ред. Бриггса А.). Оксфорд, Великобритания: Блэквелл.[Google Академия] 47. Росс М., МакМахан А.К. 1981. Физика твердых тел под высоким давлением (ред. Шиккинг Дж.С., Шелтон Р.Н.), с. 161 Амстердам, Нидерланды: Издательство Северной Голландии. [Google Академия] 48. Герцфельд КФ. 1966 год. Плотность и металлическое состояние. Дж. Хим. физ. 44, 429 (10.1063/1.1726497) [CrossRef] [Google Scholar]49. Даффи Дж.А. 1986 год. Химическая связь в оксидах элементов: новая оценка. J. Химия твердого тела. 62,145–157. (10.1016/0022-4596(86)

-2) [CrossRef] [Google Scholar]50.Эдвардс П.П., Кузнецов В.Л., Слокомб Д.Р., Виджаярагхаван Р. 2013. Электронное строение и свойства твердых тел. В книге «Всесторонняя неорганическая химия II» (ред. Ридикдж Дж., Поппельмайер К.), 2-е изд., 4, стр. 153–176. Эльзевир. [Google Академия]51. Рао ЦНР. 1996. Достоинства маргинально металлических оксидов. хим. коммун. 1, 2217–2222. (10.1039/CC9960002217) [CrossRef] [Google Scholar]52. Рао CNR, Эдвардс PP. 1986 год. Почему некоторые вещества являются металлическими? проц. Индийская акад. науч. (хим. наук) 96, 473–498. (10.1007/BF02936300) [CrossRef] [Google Scholar]53. Рао CNR, Гангули П. 1986 год. Новый критерий металличности элементов. Твердотельный коммун. 57, 5–6. (10.1016/0038-1098(86)

-9) [CrossRef] [Google Scholar]54. Сандерсон РТ. 1960. Химическая периодичность. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: паб Reinhold. Corp. [Google Scholar]55. Вигнер Э.П., Зейтц Ф. 1955. Качественный анализ гезии в металлах. В Физика твердого тела (ред. Зейтц Ф., Тернбулл Д.), 1, 97–126. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Academic Press. [Google Академия]56.Хенсел Ф., Слокомб Д.Р., Эдвардс П.П. 2015. О появлении металлического характера в периодической таблице химических элементов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.