Какие бывают металлы в химии – Металлы — Википедия

Какие есть металлы?

Какими характерными свойствами обладают металлы? Их можно ковать, гнуть, отливать, вытягивать в проволоку, обтачивать, строгать, сверлить, сваривать, вальцевать, паять, пилить. Если добавить в металл некоторые добавки, то можно получить материал, соответствующий специальным требованиям. Например, инструменты для обработки металлов – сверла, токарные резцы, специальные пилы и так далее. Такое оборудование должно обладать повышенной твердостью, а вот винтовые и листовые рессоры, наоборот, должны быть одновременно эластичными и прочными.

Классификация металлов

Давайте рассмотрим, какая есть классификация металлов.

В химии принять классифицировать металлы по положению в Периодической системе элементов. Но практики, по большей части делят их на благородные и неблагородные, тяжелые и легкие, тугоплавкие и легкоплавкие.

В Периодической системе группы металлов располагаются друг под другом и их объединяют схожие химические свойства. Первую группу щелочных металлов делят на две подгруппы – главную (литий, рубидий, калий, цезий, натрий) и побочную (серебро, медь, золото). Вторая группа щелочноземельных металлов также делится на главную (магний, бериллий, кальций, барий, стронций, радий) и побочную (кадмий, цинк, ртуть) подгруппу. Третья группа состоит из неметалла бора, и металлов «образующих землю», главная подгруппа (скандий, алюминий, иттрий, радиоактивный актиний, 15 редкоземельных элементов) и побочная (таллий, индий, галлий). В четвертой и пятой группах главных подгруппах имеют металлический характер не все, а только последние члены групп, а главных подгруппах шестой-восьмой групп расположились лишь неметаллы. В побочных подгруппах этих групп есть металлы. Например, в восьмой группе побочной подгруппе расположились переходные металлы, образующие три подгруппы, здесь же находятся подгруппы платины и железа.

Узнав, какие металлы бывают, можно подробнее рассмотреть и их свойства.

Ще

elhow.ru

Металлы в химии

Нахождение металлов в природе

Металлы широко распространены в природе и могут встречаться в различном виде: в самородном состоянии (Ag, Au, Rt, Cu), в виде оксидов (Fe3O4, Fe2O3, (NaK)

2O×AlO3), солей (KCl, BaSO4, Ca3(PO4)2), а также сопутствуют различным минералам (Cd – цинковые руды, Nb, Tl – оловянные и т.д.).

По распространенности в земной коре (в массовых процентах) металлы распределяются следующим образом: Al, Fe, Ca, Na, Mg, K, Ti – 8,2%, 4,1%, 4,1%, 2,3% 2,3%, 2,1%, и 0,56%, соответственно. Натрий и магний содержатся в морской воде – 0,12 и 1,05%, соответственно.

Физические свойства металлов

Всем металлам присущи металлический блеск (однако In и Ag отражают свет лучше других металлов), твердость (самый твердый металл – Cr, самые мягкие металлы – щелочные), пластичность (в ряду Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe наблюдается уменьшение пластичности), ковкость, плотность (самый легкий металл – Li, самый тяжелый – Os), тепло – и электропроводность, которые уменьшаются в ряду Ag, Cu, Au, Al, W, Fe.

В зависимости от температуры кипения все металлы подразделяют на тугоплавкие (Tкип > 1000С) и легкоплавкие (Tкип < 1000С). Примером тугоплавких металлов может быть – Au, Cu, Ni, W, легкоплавких – Hg, K, Al, Zn.

Электронное строение металлов

Среди металлов присутствуют s-, p-, d- и f-элементы. Так, s- элементы – это металлы I и II групп Периодической системы (ns1, ns2), р- элементы – металлы, расположенные в группах III – VI (ns2np1-4). Металлы d-элементы имеют большее число валентных электронов по сравнению с металлами s- и p-элементами. Общая электронная конфигурация валентных электронов металлов d-элементов – (n-1)d1-10ns2. Начиная с 6 периода появляются металлы f-элементы, которые объединены в семейства по 14 элементов (за счет сходных химических свойств) и носят особые названия лантаноидов и актиноидов. Общая электронная конфигурация валентных электронов металлов f-элементов – (n-2)f1-14(n-1)d0-1ns 2.

Получение металлов

Щелочные, щелочноземельные металлы и алюминий получают электролизом расплавов солей или оксидов этих элементов:

2NaCl = 2Na + Cl2

CaCl2 = Ca + Cl

2↑

2Al2O3 = 4Al + 3O2

Тяжелые металлы получают восстановлением из руд при высоких температурах и в присутствии катализатора (пирометаллургия) (1) или восстановлением из солей в растворе (гидрометаллургия) (2):

Cu2O + C = 2Cu + CO (1)

CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4 (2)

Некоторые металлы получают термическим разложением их неустойчивых соединений:

Ni(CO)4 = Ni + 4CO

Химические свойства металлов

Металлы способны реагировать с простыми веществами, такими как кислород (реакция горения), галогены, азот, сера, водород, фосфором и углеродом:

2Al + 3/2 O2 = Al2O3 (оксид алюминия)

2Na + Cl2 = 2NaCl (хлорид натрия)

6Li + N2 = 2Li3N (азид лития)

2Li+2C = Li2C2

(карбид лития)

2K +S = K2S (сульфид калия)

2Na + H2 = NaH (гидрид натрия)

3Ca + 2P = Ca3P2 (фосфид кальция)

Металлы взаимодействуют друг с другом, образуя интерметаллические соединения:

3Cu + Au = Cu3Au

Щелочные и некоторые щелочноземельные металлы (Ca, Sr, Ba) взаимодействуют с водой с образованием гидроксидов:

Ba + 2H2O = Ba(OH)2 + H2

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

В ОВР металлы являются восстановителями – отдают валентные электроны и превращаются в катионы. Восстановительная способность металла — его положение в электрохимическом ряду напряжений металлов. Так, чем левее в ряду напряжений стоит металл, тем более сильные восстановительные свойства он проявляет.

Металлы, стоящие в ряду активности до водорода способны реагировать с кислотами:

2Al + 6HCl = 2AlCl

3 + 3 H2

Zn + 2HCl = ZnCl2 + 2H2

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2

Примеры решения задач

ru.solverbook.com

Какими бывают металлы? | Техника и Интернет

Не будем разбираться в тонкостях науки, просто отметим, что металлы и их сплавы бывают очень и очень разными.

Мы считаем металлы твердыми, но ртуть плавится при -39оС, галлий — при 30

оС, цезий — при 28оС (правда, заметить это сложно, т.к. он на воздухе мгновенно воспламеняется). А еще несколько металлов, хотя и твердые в комфортном для нас температурном диапазоне, но плавятся при температуре до +500оС. Это цинк (419оС), свинец (327оС), кадмий (321оС), таллий (303оС), висмут (271оС), олово (232оС), литий (170оС) (хотя он очень чувствителен к влажности воздуха), индий (157оС). И это при том, что вольфрам плавится при 3380оС!

Мы считаем, что металлы тяжелые (т.е. имеют высокую плотность). А у лития плотность (0.531 г/см3) почти вдвое меньше, чем плотность воды, что позволяло бы ему плавать в воде — если бы он не реагировал так активно с водой, начиная с ней реагировать при малейшей влажности воздуха. При этом осмий в 22.5 раза тяжелее воды.

Мы считаем, что металлы прочные, понимая под прочностью способность сопротивляться разрушению, притом что по шкале прочности металлы делятся на:

 — непрочные (свинец, олово, висмут и несколько других), прутки из таких металлов без труда гнутся руками, их сопротивление не выше 50 МПа;

 — прочные, чье сопротивление от 50 до 500 МПа, это титан, железо, медь, алюминий… руками их не погнуть, но хороший инструмент позволит… заставить их поменять форму.

 — высокопрочные, такие как молибден, вольфрам, ниобий, чья прочность превышает 500 МПа; их крайне сложно обработать — как можно заточить победитовый наконечник?

А еще металлы распределяют по пластичности. Это способность твердых тел при снятии нагрузок сохранять часть деформации, вызванной нагрузками. По этому свойству металлы разделяют на:

- хрупкие (относительное удлинение меньше 3%), это сурьма, кобальт, марганец, хром… (приложи к ним силу — и они растрескаются).

- пластичные (относительное удлинение от 3% до 40%), это вольфрам, молибден, висмут, магний и др.

- высокопластичные — это металлы, из которых делают большинство современных конструкционных сплавов (медь, железо, титан, алюминий, свинец, олово…).

И рекордсмен по пластичности тут, несомненно, золото. Один грамм золота можно вытянуть в проволоку длиной 2500 метров. А сусальное золото, которое и в наше время широко применяют для декоративного золочения, состоит из листочков золота толщиной примерно 100 нм. Сто нанометров, или 0.0001 мм! Сусальное золото продают обычно книжками. При этом книжка в 60 листов 91.5×91.5 см (общая площадь листочков сусального золота — почти 60 кв. м) содержит 1.1 грамм золота.

Все металлы электропроводны, но их сопротивление варьируется в очень широких пределах — от 0,015 Ом·мм2/м у серебра, до 1,40 Ом·мм2/м у нихрома.

…Впрочем, нихром — сплав никеля, хрома, с добавками железа, марганца и других металлов, обладающий высокой жаропрочностью, стойкостью к коррозии и высоким электрическим сопротивлением — изначально и был придуман для изготовления электрических нагревательных элементов.

Вот так и выходит, что металлы — и пластичные, и хрупкие, и твердые, и жидкие… Совершенно разные!

shkolazhizni.ru

Химия, металлы

Московский Государственный Геологоразведочный

Университет им. С. Орджоникидзе

Кафедра химии

Реферат и лабораторная работа

По теме: «Металлы»

Москва, 2003 г.

СВОЙСТВА, ОБЩИЕ ДЛЯ ВСЕХ МЕТАЛЛОВ

Основным химическим свойством металлов является способность их атомов легко отдавать свои электроны и переходить в положительно заряженный ион. Типичные металлы никогда не присоединяют электроны; их ионы заряжены положительно.

Легко отдавая при химических реакциях свои валентные электроны, металлы являются восстановителями. Чем легче металл отдает свои электроны, тем он активнее, тем энергичнее он вступает во взаимодействие с другими веществами. Благодаря различному сродству к кислороду, металлы способны при высоких температурах восстанавливаться из окислов другие металлы.

С внешней же стороны (физические свойства) металлы характеризуются прежде всего особым «металлическим блеском», которое обуславливается их способностью сильно отражать лучи света. Также типичные металлы обладают высокой тепло- и электропроводностью. Причем проводить тепло и так могут металлы, располагающиеся в одном и том же порядке: лучшие проводники – серебро и медь, худшие – свинец и ртуть. С повышением температуры проводность металлов падает, при понижении, наоборот, увеличивается.

Очень важным свойством металлов является их сравнительно легкая механическая деформируемость. Металлы пластичны, они хорошо куются, вытягиваются в проволоку и т. д.

Кристаллы металлов состоят из положительно заряженных ионов и свободных электронов, отщепившихся от соответствующих атомов. весь кристалл можно себе представить в виде пространственной решетки, узлы которой заняты ионами, а в промежутках находятся легкоподвижные электроны. Эти электроны постоянно переходят от одних атомов к другим и вращаются вокруг ядра то одного, то другого атома. Таким образом высокая электропроводность металлов объясняется присутствием в них свободных электронов. Также наличием свободных электронов обуславливается и высокая теплопроводность металлов. Находясь в непрерывном движении, электроны постоянно сталкиваются с ионами и обмениваются с ними энергией.

Пластичность металлов также непосредственно связана с их внутренним строением, допускающим легкое скольжение одних слоев ионов относительно других под влиянием внешнего воздействия. Когда однородность структуры нарушается от добавления другого металла, сплавы отличаются твердостью и хрупкостью. По плотности металлы условно подразделяются на две группы: легкие металлы (плотностью < 5 г/см3) и тяжелые металлы – все остальные.

Все металлы, кроме ртути, являются при обычной температуре твердыми веществами. Легкие металлы более легкоплавки, тяжелые – тугоплавкие. Температуры кипения металлов очень высоки.

ПОЛОЖЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В ТАБЛИЦЕ МЕНДЕЛЕЕВА. ПОТЕНЦИАЛЫ ИОНИЗАЦИИ.

В периодической системе Д. И. Менделеева металлы занимают всю левую нижнюю часть, причем граница переходит за диагональную линию, проведенную из левого верхнего угла. В соответствии с особенностями электронной структуры и положением в периодической системе, различают s-, p-, d- и f- металлы. К s- металлам относятся элементы, у которых происходит заполнение внешнего s- уровня. Это элементы главных подгрупп I и II групп ПС – щелочные и щелочноземельные металлы. К числу р- металлов относятся элементы III – IV групп. Эти металлы типичные полупроводники. Характерная черта этих элементов – образование амфотерных гидроксидов. d- металлы получили название переходных металлов. Каждое семейство состоит из 10 d- элементов. Максимально возможная степень окисления d- металлов +8. Самая характерная особенность d- элементов – исключительная способность к комплексообразованиям. Этим они резко отличаются от непереходных элементов. Химию с достраивающими f- слоями образуют две группы элементов – лантаноиды и актиноиды. Лантаноиды - редкоземельные элементы. Их типичная степень окисления +3. Среди актиноидов большинство – радиоактивные элементы. Они способны проявлять несколько степеней окисления. Металлы IV и VII периодов называют также тяжелыми металлами, в связи с высокой плотностью, в отличии от легких металлов первых трех периодов.

Потенциал ионизации

По группе По периоду

металл металл

Li Cs Cs Re

МЕТАЛЛЫ В ПРИРОДЕ И ИХ КЛАРКИ

s-металлы встречаются в природе только в виде соединений, либо в составе минералов (KCl, NaCl, CaCO3 и т. д.), либо в виде ионов в морской воде. Алюминий – самый распространенный металл на Земле ( 8% состава земной коры). В виде свободного металла в природе не встречается ; входит в состав глиноземов (Al2O3), бокситов (Al2O3  xH2O).

Золото и платина встркчаются почти исключительно в самородном виде, а серебро и медь – отчасти; иногда встречается самородная ртуть.

Минералы и горные породы, содержащие соединения металлов и пригодные для получения этих металлов, носят название руд.

Рассеянное состояние – когда элементы не образуют или почти не образуют собственных минералов.

Формы нахождения металлов:

  1. Минералы:

А) оксиды

Б) галогениды

В) сульфиды

Г) селениды

Д) карбонаты

Е) силикаты

  1. Редкие рассеянные элементы: Te, Ge, Cd.

  2. Самородные элементы: Cu, Au, Ag, Pt.

Кларки большинства элементов не превышают 0,01 – 0,0001%, такие элементы называются редкими.

Металл

Кларк, %

Al

Fe

Ca

Mg

Na

K

7,4

4,2

3,2

2,3

2,4

2,3

РЯД НАПРЯЖЕНИЙ МЕТАЛЛОВ

Ряд напряжений – это вытеснительный ряд Бекетова. Он расположил металлы по их убывающей химической активности.

Если из всего ряда стандартных электродных потенциалов выделить только те электродные процессы, которые отвечают общему уравнению:

МZ+ +Zē = M

то получим ряд напряжений металлов. В этот ряд всегда помещают также водород, что позволяет видеть, какие металлы способны вытеснять водород из водных растворов кислот. Положение того или иного металла в ряду напряжений характеризует его способность к окислительно-восстановительным взаимодействиям в водных растворах при стандартных условиях.

Уменьшение химической активности

K, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, h3, Cu, Hg, Ag, Au

Уменьшение способности ионов к присоединению электронов

Eh0

Men+ + ne Me0

В этом ряду положение каждого металла точно определяется величиной электрического напряжения, или разностью потенциалов. Водород также помещен в этот ряд, т.к. он тоже может вытеснять некоторые металлы из растворов их солей.

Химическое поведение отдельных металлов при реакциях в растворах:

  1. Каждый металл этого ряда (и водород) вытесняет (восстанавливает) все следующие за ним металлы из растворов их солей. В свою очередь сам он может быть вытеснен (восстановлен) любым из металлов, стоящих впереди него.

  2. Металлы, стоящие в ряду напряжения до водорода, могут вытеснять его из разбавленных кислот. Металлы, стоящие вправо от водорода, не способны вытеснять водород из кислот.

  3. Чем левее в ряду напряжение стоит Ме, тем он активнее, тем больше его восстановительная способность в отношении ионов других металлов, тем легче он сам превращается в ионы.

Уравнение электронного процесса

Стандартный потенциал φ0 при 250 С.

Уравнение электродного процесса

Стандартный потенциал φ0 при 250 С.

Li+ + ē - = Li

Rb+ + ē- = Rb

K+ + ē - = K

Cs+ + ē - = Cs

Ca2+ + 2ē - = Ca

Na+ + ē - = Na

Mg2+ + 2ē - = Mg

Al3+ + 3ē - = Al

Ti2+ + 2ē - = Ti

Mn2+ + 2ē - = Mn

Cr2+ + 2ē - = Cr

Zn2+ + 2ē - = Zn

Cr3+ + 3ē - = Cr

Fe2+ + 2ē - = Fe

Cd2+ + 2ē - = Cd

-3.045

-2.925

-2.924

-2.923

-2.866

-2.714

-2.363

-1.663

-1.630

-1.179

-0.913

-0.763

-0.744

-0.440

-0.403

Co2+ + 2ē - = Co

Ni2+ +2ē - = Ni

Sn2+ + 2ē - = Sn

Pb2+ + 2ē - = Pb

Fe3+ + 3ē - = Fe

2H+ + 2ē - = H2

Bi3+ + 3ē - = Bi

Cu2+ + 2ē - = Cu

Cu+ + ē - = Cu

Hg22+ + 2ē - = 2Hg

Ag+ + ē - = Ag

Hg2+ + 2ē - = Hg

Pt2+ + 2ē - = Pt

Au3+ + 3ē - = Au

Au+ + ē - = Au

-0.277

-0.250

-0.136

-0.126

-0.037

0

0.215

0.337

0.520

0.788

0.799

0.850

1.188

1.498

1.692

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ В МЕТАЛЛАХ.

Подвижные свободные электроны обуславливают электропроводность металлов, явления фотоэффекта, электрохимические свойства.

Следу методу молекулярных орбиталей, надо представить себе общее, на которых и размещаются все валентные электроны. При сближении 2-х атомов водорода, каждый энергетический уровень расщепляется на М подуровней. Увеличение числа уровней, вызываемая сближением атомов, приводит к тому, что образуются полосы, отвечающие s-электронам, р-электронам и т.д..

Характерное отличие переходных металлов от типичных заключается в том, что у первых заметно перекрытие энергетических зон (s, p, d). Атомы в металлах связаны прочнее, чем в отдельных молекулах составленных из тех же атомов. Длины связей в металлах больше длин, связей в молекулах, следовательно, каждая связь слабее молекулярной, но общее их число велико. Валентные электроны всех атомов в металле обуславливают возникновение сил, связывающих атомы металла друг с другом. Следовательно, «свободные электроны» – это электроны имеющие возможность перемещаться по всей массе металла, но они не «свободны» от действия сил и находятся в периодическом поле ионов металла, образующих его кристаллическую решетку.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ С ВОДОЙ

Оксиды, пероксиды и супероксиды s- элементов реагируют с водой, образуя щелочь:

Na2 + H2O = 2NaOH

BaO2 +2H2O = Ba(OH)2 +H2O2

2KO2 +2H2O = 2KOH + H2O2 + O2

Поверхность алюминий обычно покрыта прочной пленкой оксида Al2O3, которая предохраняет алюминий от взаимодействия с окружающей средой. Если эту пленку удаляют, то металл может энергично реагировать с водой:

2Al + 6H2O +2Al(OH)3 +3H2

2Cr + 3H2O = Cr2O3 +3H2

Еh – pH ДИАГРАММА ВОДЫ:

Еh

2Н2О - 4е О2 + 4Н+

[5]

р

7

Н

О2 + 4Н+ +4е 2Н2О

[1 –2]

[4]

Н+ + е 1/2Н2

[1 – 2] – взаимодействуют с Н2О и вытесняют Н

[4] – не взаимодействуют с Н2О

[5] - взаимодействуют с Н2О и не вытесняют Н

              1. Li, Pb, K, Cs, Na

              2. Mg, Al, ti, Br, Zn, Fe

              3. Н+ + е 1/2Н2

              4. Bi, Cu2+ , Cu3+, Hg, Fe

              5. Ag, Pt, Au

<-2,7

<-0,4

0

<0,8

>0,8

studfiles.net

Какие бывают металлы? - Мир вокруг нас - Любовь Васильевна Кашинская - rutlib2.com

Какие бывают металлы?

В древние века считалось, что металлов на Земле всего семь. Тогда к ним относили только золото, серебро, медь, олово, свинец, железо и ртуть. М. В. Ломоносов считал, что металлами можно назвать только шесть веществ. К числу металлов он не относил ртуть, потому что определял металл как «светлое тело, которое ковать можно». Ртуть – это жидкий металл, и, конечно, ковать его невозможно. А вот знаменитый французский ученый А. Лавуазье в своей книге «Начальный курс химии» называл уже 17 металлов. Сейчас их известно более 80-ти.

Все металлы отличаются друг от друга. Одни из них твердые, а другие совсем мягкие. Есть даже один-единственный жидкий металл – ртуть. Самый твердый из металлов – хром. Он даже режет стекло. Самые же мягкие – калий, рубидий и цезий – легко режутся ножом.

Электрический ток тоже проводится не одинаково разными металлами. Лучше всего его проводит серебро, за ним идут медь, золото, алюминий и железо.

Другими физическими свойствами металлов, по которым они отличаются друг от друга, являются плотность и температура плавления. В этом отношении самым легким из металлов является литий: его плотность всего 0,53 г/см3, а самым тяжелым – осмий, с плотностью 22,6 г/см3. Те металлы, плотность которых составляет меньше 5 г/см3, относятся к легким металлам, остальные – к тяжелым.

Также различается у разных металлов и температура плавления. Если цезий и галлий можно расплавить теплом ладоней, то вольфрам, например, плавится только при температуре +3 410 градусов по Цельсию.

Многие металлы в чистом виде не используются. Из них делают сплавы. Так обстоит дело, например, с чистым железом. Оно очень мягкое и не годится в чистом виде для промышленных нужд. Поэтому его соединяют с углеродом, и тогда получается сталь. К железу добавляют также и другие, более твердые металлы – хром, ванадий, вольфрам. Все сплавы, которые делаются на основе железа, называются черными металлами, а все остальные металлы называются цветными.

rutlib2.com

Получение металлов и их применение

Несмотря на то что все чаще в промышленности и быту используются искусственно созданные материалы, отказаться от применения металлов пока не представляется возможным. Они обладают уникальным сочетанием свойств, а сплавы позволяют максимально использовать их потенциал. В каких областях происходит получение и применение металлов?

Характеристика группы элементов

Под металлами понимают совокупность неорганических химических веществ, обладающих характерными свойствами. Как правило, они включают следующее:

  • высокая теплопроводность;
  • пластичность, относительная легкость механической обработки;
  • сравнительно высокая температура плавления;
  • хорошая электропроводность;
  • характерный "металлический" блеск;
  • роль восстановителя в реакциях;
  • высокая плотность.

Разумеется, не все элементы этой группы обладают всеми этими свойствами, например, ртуть при комнатной температуре жидкая, галлий плавится от тепла человеческих рук, а висмут вряд ли можно назвать пластичным. Но в общем и целом все эти черты прослеживаются в совокупности металлов.

Внутренняя классификация

Металлы условно делят на несколько категорий, каждая из которых объединяет элементы, наиболее близкие друг другу по различным параметрам. Различают следующие группы:

  • щелочные - 6;
  • щелочноземельные - 4;
  • переходные - 38;
  • легкие - 7;
  • полуметаллы - 7;
  • лантаноиды - 14+1;
  • актиноиды - 14+1;

Вне групп остается еще два: бериллий и магний. Таким образом, на данный момент из всех открытых элементов 94 ученые относят к металлам.

Кроме того, стоит упомянуть, что есть и другие классификации. Согласно им, отдельно рассматриваются благородные, металлы платиновой группы, постпереходные, тугоплавкие, черные и цветные и т. д. Такой подход имеет смысл лишь при определенных целях, так что удобнее использовать общепринятую классификацию.

История получения

Человечество на протяжении всего своего развития было тесно связано с обработкой и использованием металлов. Помимо того что они оказались наиболее распространенными элементами, из них можно было изготавливать различные изделия лишь с помощью механической обработки. Поскольку навыков работы с рудой еще не было, сначала речь шла лишь об использовании самородков. Сначала это был мягкий металл, давший название медному веку, сменившему каменный. В этот период был разработан метод холодной ковки. В некоторых цивилизациях стала возможной выплавка. Постепенно люди освоили получение цветных металлов, таких как золото, серебро, олово.

Позднее на смену медному пришел бронзовый век. Он продлился примерно 20 тысячелетий и стал переломным моментом для человечества, поскольку именно в этот период стало возможным получать сплавы. Происходит постепенное развитие металлургии, совершенствуются способы получения металлов. Однако в 13-12 вв. до н. э. произошел так называемый бронзовый коллапс, который положил начало железному веку. Это предположительно произошло из-за истощения запасов олова. А свинец и ртуть, открытые в это время, не смогли стать заменой бронзе. Так что людям предстояло развивать получение металлов из руд.

Следующий период продлился относительно недолго - меньше тысячелетия, но оставил яркий след в истории. Несмотря на то что железо было известно гораздо раньше, оно почти не применялось из-за своих недостатков по сравнению с бронзой. Кроме того, последнюю было гораздо проще получить, в то время как выплавка руды была более трудоемким занятием. Все дело в том, что самородное железо встречается довольно редко, так что неудивительно, что отказ от бронзы происходил настолько медленно.

Значение навыков выделения металлов

По аналогии с тем, как предок человека впервые изготовил орудие труда, привязав острый камень к палке, переход к новому материалу оказался настолько же грандиозен. Основные преимущества металлических изделий состояли в том, что их было легче сделать, а также существовала возможность починки. Камень же не обладает пластичностью и ковкостью, так что любые орудия из него можно было сделать только заново, отремонтировать их не получалось.

Таким образом, именно переход к использованию металлов привел к дальнейшему совершенствованию орудий труда, появлению новых предметов быта, украшений, изготовить которые было ранее невозможно. Все это дало толчок техническому прогрессу и заложило фундамент для развития металлургии.

Современные методы

Если в древности людям было знакомо лишь получение металлов из руд, либо они могли довольствоваться самородками, то в настоящее время существуют и другие способы. Они стали возможными благодаря развитию химии. Таким образом, появилось два основных направления:

  • Пирометаллургия. Она начала свое развитие раньше и связана с высокими температурами, необходимыми для обработки материала. Современные технологии в этой области позволяют также использование плазмы.
  • Гидрометаллургия. Это направление занимается извлечением элементов из руд, отходов, концентратов и т. д. с помощью воды и химических реактивов. Например, крайне распространен способ, предполагающий получение металлов электролизом, также довольно популярен метод цементации.

Есть и еще одна интересная технология. Получение драгоценных металлов высокой чистоты и с минимальными потерями стало возможно именно благодаря ей. Речь об аффинаже. Этот процесс - один из видов рафинирования, то есть постепенного отделения примесей. Например, в случае с золотом используется насыщение расплава хлором, а платину растворяют в минеральных кислотах с последующим выделением реагентами.

Кстати, получение металлов электролизом чаще всего применяется, если выплавка или восстановление экономически невыгодны. Именно так происходит с алюминием и натрием. Есть и более инновационные технологии, делающие возможных получение цветных металлов даже из достаточно бедных руд без значительных затрат, но речь об этом пойдет чуть позднее.

О сплавах

Большая часть металлов, известных в древности, не всегда отвечала некоторым потребностям. Коррозия, недостаточная твердость, ломкость, хрупкость, недолговечность - у каждого элемента в чистом виде есть свои недостатки. Поэтому стало необходимо найти новые материалы, объединяющие в себе преимущества известных, то есть найти способы получения сплавов металлов. На сегодняшний день существует два основных метода:

  • Литье. Расплав смешанных компонентов охлаждается и кристаллизуется. Именно этот способ позволил получить первые образцы сплавов: бронзу и латунь.
  • Прессование. Смесь порошков подвергается высокому давлению, а потом спекается.

Дальнейшее совершенствование

В последние десятилетия наиболее перспективным кажется получение металлов с применением биотехнологий, в первую очередь с помощью бактерий. Уже стало возможным извлечение из сульфидного сырья меди, никеля, цинка, золота, урана. Ученые надеются подключить микроорганизмы к таким процессам, как выщелачивание, окисление, сорбции и осаждение. Кроме того, крайне актуальной является проблема очистки глубоких сточных вод, для нее тоже пытаются найти решение, предполагающее участие бактерий.

Применение

Без металлов и сплавов была бы невозможна жизнь в том виде, в котором она сейчас известна человечеству. Высотные дома, самолеты, посуда, зеркала, электроприборы, автомобили и многое другое существует лишь благодаря далекому переходу людей от камня к меди, бронзе и железу.

Из-за своей исключительной электро- и теплопроводности металлы используются в проводах и кабелях самого различного назначения. Золото применяется для изготовления неокисляемых контактов. Благодаря своей прочности и твердости металлы широко используются в строительстве и для получения самых разных конструкций. Еще одна область применения - инструментальная. Для изготовления рабочей, например, режущей части часто используются твердые сплавы и специальные виды стали. Наконец, благородные металлы высоко ценятся как материал для ювелирных изделий. Так что областей применения предостаточно.

Интересное о металлах и сплавах

Использование этих элементов настолько широко и имеет такую длинную историю, что неудивительно возникновение различных курьезных ситуаций. Их и просто пару любопытных фактов и стоит привести напоследок:

  • До своего широкого распространения алюминий очень ценился. Столовые приборы, которыми при приеме гостей пользовался Наполеон III, были изготовлены именно из этого материала и были предметом гордости монарха.
  • Название платины в переводе с испанского означает "серебришко". Такое нелестное имя элемент получил в связи с относительно высокой температурой плавления и, следовательно, невозможностью на протяжении долгого времени его применять.
  • В чистом виде золото мягкое, и его легко можно поцарапать ногтем. Именно поэтому для изготовления украшений его сплавляют с серебром или медью.
  • Существуют сплавы с любопытным свойством термоупругости, то есть эффектом "памяти" формы. При деформации и последующем нагревании они возвращаются к изначальному состоянию.

fb.ru

Какие бывают металлы?. Мир вокруг нас

Какие бывают металлы?

В древние века считалось, что металлов на Земле всего семь. Тогда к ним относили только золото, серебро, медь, олово, свинец, железо и ртуть. М. В. Ломоносов считал, что металлами можно назвать только шесть веществ. К числу металлов он не относил ртуть, потому что определял металл как «светлое тело, которое ковать можно». Ртуть – это жидкий металл, и, конечно, ковать его невозможно. А вот знаменитый французский ученый А. Лавуазье в своей книге «Начальный курс химии» называл уже 17 металлов. Сейчас их известно более 80-ти.

Все металлы отличаются друг от друга. Одни из них твердые, а другие совсем мягкие. Есть даже один-единственный жидкий металл – ртуть. Самый твердый из металлов – хром. Он даже режет стекло. Самые же мягкие – калий, рубидий и цезий – легко режутся ножом.

Электрический ток тоже проводится не одинаково разными металлами. Лучше всего его проводит серебро, за ним идут медь, золото, алюминий и железо.

Другими физическими свойствами металлов, по которым они отличаются друг от друга, являются плотность и температура плавления. В этом отношении самым легким из металлов является литий: его плотность всего 0,53 г/см3, а самым тяжелым – осмий, с плотностью 22,6 г/см3. Те металлы, плотность которых составляет меньше 5 г/см3, относятся к легким металлам, остальные – к тяжелым.

Также различается у разных металлов и температура плавления. Если цезий и галлий можно расплавить теплом ладоней, то вольфрам, например, плавится только при температуре +3 410 градусов по Цельсию.

Многие металлы в чистом виде не используются. Из них делают сплавы. Так обстоит дело, например, с чистым железом. Оно очень мягкое и не годится в чистом виде для промышленных нужд. Поэтому его соединяют с углеродом, и тогда получается сталь. К железу добавляют также и другие, более твердые металлы – хром, ванадий, вольфрам. Все сплавы, которые делаются на основе железа, называются черными металлами, а все остальные металлы называются цветными.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

info.wikireading.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *