Элементы металла – Химические элементы металлы

Содержание

Металлы как химические элементы | Химическая энциклопедия

Подавляющее большинство (93 из 117) известных в настоящее время химических элементов относится к металлам.
Атомы различных металлов имеют много общего в строении, а образуемые ими простые и сложные вещества имеют схожие свойства (физические и химические).

Положение в периодической системе и строение атомов металлов.

В периодической системе металлы располагаются левее и ниже условной ломаной линии, проходящей от бора к астату (см. таблицу ниже). К металлам относятся почти все s-элементы (за исключением Н, Не), примерно половина р-элементов, все d— и f-элементы (лантаниды и актиниды).

У большинства атомов металлов на внешнем энергетическом уровне содержится небольшое число (до 3) электронов, только у некоторых атомов р-элементов (Sn, Pb, Bi, Ро) их больше (от четырех до шести). Валентные электроны атомов металлов слабо (по сравнению с атомами неметаллов) связаны с ядром. Поэтому атомы металлов относительно легко отдают эти электроны другим атомам, выступая в химических реакциях только в качестве восстановителей и превращаясь при этом в положительно заряженные катионы:

Me — пе^– = Меⁿ⁺.

В отличие от неметаллов для атомов металлов характерны только положительные степени окисления от +1 до +8.

Легкость, с которой атомы металла отдают свои валентные электроны другим атомам, характеризует восстановительную активность данного металла. Чем легче атом металла отдает свои электроны, тем он более сильный восстановитель. Если расположить в ряд металлы в порядке уменьшения их восстановительной способности в водных растворах, мы получим известный нам вытеснительный ряд металлов, который называется также электрохимическим рядом напряжений (или рядом активности) металлов (см. таблицу ниже).

Распространенность металлов в природе.

В первую тройку наиболее распространенных в земной коре (это поверхностный слой нашей планеты толщиной примерно 16 км) металлов входят алюминий, железо и кальций. Менее распространены натрий, калий, магний. В таблице ниже приведены массовые доли некоторых металлов в земной коре.

железо и кальций. Менее распространены натрий, калий, магний. В таблице ниже приведены массовые доли некоторых металлов в земной коре.

Распространенность металлов в земной коре

Металл	Массовая доля в земной коре, %	Металл	Массовая доля в земной коре, %
Al	8,8	Cr	8,3 ∙ 10^-3
Fe	4,65	Zn	8,3 ∙ 10^-3
Ca	3,38	Ni	8 ∙ 10^-3
Na	2,65	Cu	4,7 ∙ 10^-3
K	2,41	Pb	1,6 ∙ 10^-3
Mg	2,35	Ag	7 ∙ 10^-6
Ti	0,57	Hg	1,35 ∙ 10^-6
Mn	0,10	Au	5 ∙ 10^-8

Элементы, массовая доля которых в земной коре составляет менее 0,01 %, называются редкими. К числу редких металлов относятся, например, все лантаниды. Если элемент не способен концентрироваться в земной коре, т. е. не образует собственных руд, а встречается в качестве примеси с другими элементами, то его относят к рассеянным элементам. Рассеянными, например, являются следующие металлы: Sc, Ga, In, Tl, Hf.

В 40-х годах XX в. немецкие ученые Вальтер и Ида Нолла к высказали мысль о том. что в каждом булыжнике на мостовой присутствуют все химические элементы периодической системы. Вначале эти слова были встречены их коллегами далеко не с единодушным одобрением. Однако по мере появления все более точных методов анализа ученые все больше убеждаются в справедливости этих слов.

Поскольку все живые организмы находятся в тесном контакте с окружающей средой, то и в каждом из них должны содержаться если не все, то большая часть химических элементов периодической системы. Например, в организме взрослого человека массовая доля неорганических веществ составляет 6 %. Из металлов в этих соединениях присутствуют Mg, Са, Na, К. В составе многих ферментов и иных биологически активных органических соединений в нашем организме содержатся V, Mn, Fe, Cu, Zn, Co, Ni, Mo, Сг и некоторые другие металлы.

В организме взрослого человека содержится в среднем около 140 г ионов калия и около 100 г ионов натрия. С пищей мы ежедневно потребляем от 1,5 г до 7 г ионов калия и от 2 г до 15 г ионов натрия. Потребность в ионах натрия настолько велика, что их необходимо специально добавлять в пищу. Значительная потеря ионов натрия (в виде NaCl с мочой и потом) неблагоприятно сказывается на здоровье человека. Поэтому в жаркую погоду врачи рекомендуют пить минеральную воду. Однако и избыточное содержание соли в пище негативно сказывается на работе наших внутренних органов (в первую очередь, сердца и почек).

Вам необходимо включить JavaScript, чтобы проголосовать

abouthist.net

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 (T_кип > 1000С) и легкоплавкие (T_кип < 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 (ns

1, ns²), р- элементы – металлы, расположенные в группах III – VI (ns²np^1-4). 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)d^1-10ns². 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)f^1-14(n-1)d^0-1ns 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 = 2AlCl₃ + 3 H₂↑

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + 2H₂↑

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑

Примеры решения задач

ru.solverbook.com

Элемент Металл | WEBMEDCHINA.RU

Октябрь 18, 2012 Всё в интернете о ТКМ Рубрика: Теория У-Син

Элемент Металл(金 цзинь) соответствует периоду начала увядания. Малая инь элемента Металл вытесняет энергию ян. В мире растений осеннее усиление направленной вниз и внутрь энергии инь вызывает втягивание соков внутрь, в корни, в землю и высыхание листьев.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:
Защита, границы, точность, обособленность.
Металл может служить защитником или барьером. Его твердость и чистота могут быть и вредными, и полезными.
Одна из функций Металла — защита от вредных воздействий, но если он действует слишком эффективно, то присекает общение с людьми. Склонность устанавливать рамки может отразиться негативно.
На физическом уровне открытость и отсутствие напряженности создают основу для упорядоченного течения ци и равномерного снабжения всех органов. А на духовно-эмоциональном уровне способность открываться и отпускать является условием для возникновения хороших взаимоотношений, для духовного развития.

Элементу Металл подчиняются органы легкие и толстый кишечник, белый цвет, биоклиматический фактор сухость, острый вкус, грусть.

ОРГАНЫ-ПАРТНЕРЫ:
Легкие относятся к элементу Металл, так как выполняют функции очищения, что напоминает чистоту Металла, а также управляют опусканием Ци, что подобно тяжести Металла;

Легкие выводят из организма углекислый газ, а толстый кишечник способствует выведению крупных остатков. Если подобные вредные вещества не выводить из организма достаточно регулярно, они начинают оказывать воздействие на состояние кожи.

В традиционной китайской медицине кожу называют «третьим легким». Она также является частью элемента Металла и сигнализирует о расстройстве кишечника (токсины, накапливающиеся в ободочной кишке в течение слишком долгого времени, могут начать выделяться через кожу).

Кишечник это основной выделительный орган человеческого тела. С помощью этого органа тело проводит процесс самоочищения. Кишечник работает совместно с почками, мочевым пузырем, легкими и кожей. Через эти органы выводятся токсичные вещества, попадающие в организм. В кишечнике живут дружественные человеку бактерии, которые могут синтезировать витамины группы В, а также сводят уровень вредных, патогенных бактерий к минимуму.

ЦВЕТ:
Белый. Человек, любящий белую одежду, а также тот, кто этот цвет на дух не переносит, явно демонстрирует дисбаланс элемента Металла. Бледность лица — свидетельство легочных проблем. В западной медицине бледность кожи также связывают с проблемами с легких, а также с недостаточным кровообращением.

ВРЕМЯ СУТОК:
3 — 5 часов утра (легкие). Если у вас есть проблемы с этим органом, вы будете просыпаться в это время из-за затрудненного дыхания. Подобные симптомы свидетельствуют также о неразрешенной эмоции горя. Человек, на протяжении длительного времени горюющий о чем-то или о ком-то, неизбежно испытывает проблемы с кишечником. Время суток для толстого кишечника 5 — 7 часов утра. В традиционной китайской медицине считается, что это время наиболее благоприятно для перистальтики.

ТКАНИ ТЕЛА:
Кожа в китайской медицине считается третьим легким. Организм дышит через нее так же, как и через легкие. Западной медицине отлично известна связь между легочными заболеваниями и состоянием кожи. У детей, которых долго и усиленно лечат от экземы, нередко возникает астма. Многие кожные заболевания — псориаз, экзема, воспаление, сухость кожи и сыпь — отражают дисбаланс в организме человека, связанный с легкими. Взаимосвязь состояния кожи и респираторной системы отлично известна китайским целителям. С кожей связан и процесс выделения, так как через кожу организм избавляется от многих токсичных веществ. В Японии считается, что кожа отражает состояние внутренних органов. Если внутренние органы повреждены или не могут функционировать нормально.

ОРГАН ЧУВСТВ:
По большей части мы дышим через нос. В традиционной китайской медицине легкие неотделимы от носа. Нос является органом чувств элемента Металла. Проблемы с носом оказывают непосредственное воздействие на легкие, а легочные заболевания часто проявляются через насморк. Секреция элемента Металла –слизь, вырабатываемая слизистыми оболочками тела. Дефицит слизи приводит к повышению температуры и сухости кожи. Чрезмерное количество слизи свидетельствует о дисбалансе в области легких. Сухость в горле или в носу, кашель, затрудненное дыхание, боль в легких, хрипы, насморк, заложенный нос также связаны с элементом Металла.

ПРОЯВЛЕНИЯ:
Элемент Металла проявляется через волосы на теле человека. Чрезмерное или недостаточное оволосение указывает на наличие дисбаланса. Волосы же на голове отражают состояние почек.

СИМПТОМЫ ДИСБАЛАНСА:
Отечность, влажность кожи, чрезмерная выработка слизи, повышенная потливость связаны с состоянием легких, так как легкие совместно с органами элемента Воды играют важную роль в водном балансе организма человека. И наоборот, недостаточная увлажненность, сухость кожи, анемия, плохой аппетит, бледность кожи также свидетельствуют о дисбалансе элемента Металла. Кожа в таком состоянии становится сухой и напряженной.

Источники
http://www.injan.ru/ru/academy/pervoelement.html
http://vascha-dieta.ru/metall.html

webmedchina.ru

что это такое и как определить самый мягкий элемент

Свойства химических элементов позволяют объединять их в соответствующие группы. На этом принципе была создана периодическая система, изменившая представление о существующих веществах и позволившая предположить существование новых, ранее неизвестных элементов.

…

Вконтакте

Facebook

Twitter

Google+

Мой мир

Периодическая система Менделеева

Периодическая таблица химических элементов была составлена Д. И. Менделеевым во второй половине XIX века. Что такое это, и для чего она нужна? Она объединяет все химические элементы по возрастанию атомного веса, причем, все они расставлены так, что их свойства изменяются периодическим образом.

Периодическая система Менделеева в химии свела в единую систему все существующие элементы, прежде считавшиеся просто отдельными веществами.

На основании ее изучения были предсказаны, а впоследствии — синтезированы новые химические вещества. Значение этого открытия для науки невозможно переоценить, оно значительно опередило свое время и дало толчок к развитию химии на многие десятилетия.

Существует три наиболее распространенных варианта таблицы, которые условно именуются «короткая», «длинная» и «сверхдлинная». Основной считается длинная таблица, она утверждена официально. Отличием между ними является компоновка элементов и длина периодов.

Что такое период

Система содержит 7 периодов. Они представлены графически в виде горизонтальных строк. При этом, период может иметь одну или две строки, называемые рядами. Каждый последующий элемент отличается от предыдущего возрастанием заряда ядра (количества электронов) на единицу.

Если не усложнять, период — это горизонтальная строка периодической таблицы. Каждый из них начинается металлом и заканчивается инертным газом. Собственно, это и создает периодичность — свойства элементов изменяются внутри одного периода, вновь повторяясь в следующем. Первый, второй и третий периоды — неполные, они называются малыми и содержат соответственно 2, 8 и 8 элементов. Остальные — полные, они имеют по 18 элементов.

Что такое группа

Группа — это вертикальный столбец, содержащий элементы с одинаковым электронным строением или, говоря проще, с одинаковой высшей валентностью. Официально утвержденная длинная таблица содержит 18 групп, которые начинаются со щелочных металлов и заканчиваются инертными газами.

Каждая группа имеет свое название, облегчающее поиск или классификацию элементов. Усиливаются металлические свойства в независимости от элемента по направлению сверху-вниз. Это связано с увеличением количества атомных орбит — чем их больше, тем слабее электронные связи, что делает более ярко выраженной кристаллическую решетку.

Металлы в периодической таблице

Металлы в таблице Менделеева имеют преобладающее количество, список их достаточно обширен. Они характеризуются общими признаками, по свойствам они неоднородны и делятся на группы. Некоторые из них имеют мало общего с металлами в физическом смысле, а иные могут существовать только доли секунды и в природе абсолютно не встречаются (по крайней мере, на планете Земля), поскольку созданы, точнее, вычислены и подтверждены в лабораторных условиях, искусственно. Каждая группа имеет собственные признаки, название и довольно заметно отличается от других. Особенно это различие выражено у первой группы.

Положение металлов

Какого положение металлов в периодической системе? Элементы расположены по увеличению атомной массы или количества электронов и протонов. Их свойства изменяются периодически, поэтому аккуратного размещения по принципу «один к одному» в таблице нет. Как определить металлы, и возможно ли это сделать по таблице Менделеева? Для того, чтобы упростить вопрос, придуман специальный прием: условно по местам соединения элементов проводится диагональная линия от Бора до Полония (или до Астата). Те, что оказываются слева — металлы, справа — неметаллы. Это было бы очень просто и здорово, но есть исключения — Германий и Сурьма.

Важно! Это работает только в длинной системе, на коротком варианте таблицы Менделеева многие металлы оказываются справа.

Такая «методика» — своего рода шпаргалка, она придумана лишь для упрощения процесса запоминания. Для более точного представления следует запомнить, что список неметаллов составляет всего 22 элемента, поэтому отвечая на вопрос, сколько всего металлов всего содержится в таблице Менделеева

На рисунке можно наглядно увидеть, какие элементы являются неметаллами и как они располагаются в таблице по группам и периодам.

Это интересно! Каково содержание кислорода в воздухе: процентный состав и норма

Общие физические свойства

Существуют общие физические свойства металлов. К ним относятся:

Пластичность.
Характерный блеск.
Электропроводность.
Высокая теплопроводность.
Все, кроме ртути, находятся в твердом состоянии.

Следует понимать, что свойства металлов очень различаются относительно их химической или физической сути. Некоторые из них мало похожи на металлы в обыденном понимании этого термина. Например, ртуть занимает особенное положение. Она при обычных условиях находится в жидком состоянии, не имеет кристаллической решетки, наличию которой обязаны своими свойствами другие металлы. Свойства последних в этом случае условны, с ними ртуть роднят в большей степени химические характеристики.

Интересно! Элементы первой группы, щелочные металлы, в чистом виде не встречаются, находясь в составе различных соединений.

Самый мягкий металл, существующий в природе — цезий — относится к этой группе. Он, как и другие щелочные подобные вещества, мало общего имеет с более типичными металлами. Некоторые источники утверждают, что на самом деле, самый мягкий металл калий, что сложно оспорить или подтвердить, поскольку ни тот, ни другой элемент не существует сам по себе — будучи выделенным в результате химической реакци они быстро окисляются или вступают в реакцию.

Вторая группа металлов — щелочноземельные — намного ближе к основным группам. Название «щелочноземельные» происходит из древних времен, когда окислы назывались «землями», поскольку они имеют рыхлую рассыпчатую структуру. Более-менее привычными (в обиходном смысле) свойствами обладают металлы начиная с 3 группы. С увеличением номера группы количество металлов убывает, замещаясь неметаллическими элементами. Последняя группа состоит из инертных (или благородных) газов.

Определение металлов и неметаллов в таблице Менделеева. Простые и сложные вещества.

Простые вещества (металлы и неметаллы)

Вывод

Соотношение металлов и неметаллов в таблице Менделеева явно перевешивает в пользу первых. Такое положение свидетельствует о том, что группа металлов объединена слишком широко и требует более подробной классификации, что признается научным сообществом.

Это интересно! Основной закон Гесса и следствия из него

uchim.guru

металл — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Элементы-металл

Cтраница 1

Элементы-металлы легко дают положительно заряженные ионы ( катионы), что же касается элементов-неметаллов, то они более склонны превращаться в отрицательно заряженные ионы ( анионы), состоящие из одного или нескольких атомов. Поэтому первые можно назвать положительными элементами, вторые — отрицательными. Количественным выражением этого разделения является степень электроотрицательности ( гл. Деление элементов на металлы и металлоиды следует отличать от другого деления — на металлы и неметаллы, в основе которого лежат свойства веществ. Как известно, среди соединений, образованных элементами-металлами, очень много веществ неметаллического характера. Поэтому важно не смешивать оба эти понятия. [1]

Элементы-металлы и большинство интерметаллических соединений характеризуются высокой степенью делокализации электронов, занимающих орбитали кристалла. Во многих случаях электроны остаются еще делокализованными, когда вещество находится в жидком состоянии, но для газообразного состояния это невозможно. Чем больше отличаются элементы, входящие в состав соединения, по относительной электроотрицательности, тем более ионный характер имеет это соединение, тем более локализованы его электроны. Металлы в низких степенях окисления находятся в своих соединениях обычно в виде ионов, и заряд на таких положительных попах часто равен степени окисления элемента. Так, все элементы группы IA в соединениях с неметаллами имеют степень окисления 1 и существуют в виде ионов с зарядом 1 в кристаллическом и жидком состояниях этих соединений. Точно так же для элементов группы ПА известна только степень окисления 2 и во всех своих термодинамически устойчивых при комнатной температуре соединениях эти элементы существуют в виде положительных двузарядных ионов. [2]

Элементы-металлы образуют простые вещества того же названия. На рис. 5.1 представлена схема кристаллической решетки металла Чттрия. В ней каждый атом натрия окружен восемью соседними. [3]

Элементы-металлы германий, олово и свинец входят в состав главной подгруппы IV группы. [4]

Элементы-металлы и их соединения являются катализаторами различных химических реакций, но связать каталитическое действие с определенными свойствами элементов до сих пор не удалось. В этом разделе сначала рассмотрены каталитические свойства катионов ( кислот Льюиса) в гомогенной фазе, а затем показано, как можно связать действие различных катализаторов, используемых в синтетической химии, со специфическими свойствами элементов и с периодическим законом. [6]

Элементы-металлы образуют простые вещества того же названия. На рис. 5.1 представлена схема кристаллической решетки металла натрия. В ней каждый атом натрия окружен восемью соседними. [7]

Элементы-металлы германий, олово н свинец входят в состав главной подгруппы IV группы. [8]

Элементы-металлы и большинство интерметаллических соединений характеризуются высокой степенью делокализации электронов, занимающих орбптали кристалла. Во многих случаях электроны остаются еще делокализованными, когда вещество находится в жидком состоянии, но для газообразного состояния это невозможно. Чем больше отличаются элементы, входящие в состав соединения, по относительной электроотрицательности, тем более ионный характер имеет это соединение, тем более локализованы его электроны. Металлы в низких степенях окисления находятся в своих соединениях обычно в виде ионов, и заряд на таких положительных нонах часто равен степени окисления элемента. Так, все элементы группы IA в соединениях с неметаллами имеют степень окисления 1 и существуют в виде ионов с зарядом 1 в кристаллическом и жидком состояниях этих соединений. Точно так же для элементов группы ПА известна только степень окисления 2 и во всех своих термодинамически устойчивых при комнатной температуре соединениях эти элементы существуют в виде положительных двузарядных ионов. [9]

Элементы-металлы, практически отсутствующие в природе, а именно: технеций ( № 43), прометий ( № 61), франций ( № 87), а также трансурановые элементы, начиная от нептуния ( № 93) и кончая элементом № 104, получены начиная с 1937 г. синтетически путем ядерных реакций. [10]

Элементы-металлы благодаря наличию свободных электронов имеют высокую проводимость или, иначе говоря, малое электросопротивление. Поэтому электросопротивление чистых металлов растет с повышением температуры. [12]

Элементы-металлы входят в состав всех групп периодической системы, кроме нулевой. Химические и физические свойства простых веществ, образованных элементами-металлами, — собственно металлов — имеют ряд особенностей. Металлический блеск, высокая тепло — и электропроводность определяются особенностями электронной структуры атомов металлов. Интересно, что электропроводность различных металлов сильно различается. Проволока из меди обладает столь высокой электропроводностью, что гальванометр зашкаливает. Включение в тех же условиях в цепь проволоки из железа дает лишь слабое отклонение стрелки гальванометра. [13]

Элементы-металлы можно классифицировать также по их распространенности — на рассеянные и имеющие собственные минералы и месторождения. Широко принятым является также подразделение металлов на черные и цветные. Выделяют кроме того и редкие металлы. [14]

Страницы: 1 2 3 4

www.ngpedia.ru

Общие сведения о металлических элементах и металлах — Металлические элементы и их соединения. Металлы — Неорганическая химия — ХИМИЯ

2. Неорганическая химия

2.2. Металлические элементы и их соединения. Металлы

2.2.1. Общие сведения о металлических элементах и металлах

К металлическим элементам относятся все d- и f-элементы, s-элементы (кроме водорода и гелия) и несколько р-элементов.

Металлические элементы широко распространены в природе.

Атомы металлических элементов способны терять электроны и превращаться в катионы. Такая их способность возрастает с увеличением радиусов атомов: в периоде — справа налево, а в группе — сверху вниз.

Металлические элементы образуют простые вещества — металлы. Каждый атом в металле теряет один или несколько внешних электронов и превращается в катион. Такие электроны начинают хаотично двигаться в веществе, т. е. становятся делокализованными.

Связь между катионами в металле, осуществляемая с помощью делокализованных электронов, называют металлической.

Металлы — твердые вещества (исключение — ртуть), упругие, ковкие, прочные, непрозрачные, проводят электрический ток, имеют характерный блеск, высокую теплопроводность, большинство являются пластичными.

Металлы и их сплавы используют в химической промышленности, самолето- и машиностроении, технике, строительстве, монументальном искусстве, быту.

Химические свойства металлов

Металлы в химических реакциях являются восстановителями.

Активность металлов в химических реакциях, происходящих в водных растворах, определяется их положением в электрохимическом ряду напряжений (ряд активности металлов): Li, К,Cs, Rb, Ва, Sr, Na, Mg, Be, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, (H₂), Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pt, Au.

Чем левее размещен металл в ряду напряжений, тем больше его химическая активность (восстановительная способность), когда он взят в виде простого вещества.

Чем активнее атомы тем ниже активность катионов Мⁿ⁺.

1. Взаимодействие с водой. Щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с водой при обычных условиях. Аналогичная реакция с участием магния происходит при нагревании:

Некоторые менее активные металлы взаимодействуют лишь с водяным паром при высокой температуре:

Малоактивны металлы, стоящие в ряду напряжений после (Н₂), с водой не взаимодействуют:

2. Металлы взаимодействуют практически со всеми неметаллами (кроме инертных газов).

• с водородом:

• с галогенами:

• с углеродом:

• с кислородом:

• с серой:

3. Взаимодействие с кислотами. Металлы, расположенные слева от водорода в ряду активности металлов, взаимодействуют с кислотами: соляной НСl, ортофосфорной H₃PO₄, сернойH₂SO₄ (разбавленный раствор) с выделением водорода, а размещенные справа не реагируют с ними:

Окислителем в реакциях металлов с этими кислотами является ион водорода. Во время реакции металлов с нитратной и концентрированной серной кислотами водород не выделяется, а образуются другие вещества.

4. Реакции с растворами солей. Из растворов солей более активные металлы вытесняют менее активные:

Иногда в результате взаимодействия металла с солью образуются две новые соли:

5. Реакции со щелочами. Условия для реакции:

а) металл находится в ряду активности слева от водорода;

б) оксид, гидроксид соответствующего металлического элемента являются амфотерными:

Если взаимодействие происходит в водном растворе, то образуется комплексная соль:

Способы получения металлов

1. Восстановление металлов из оксидов углеродом (коксом) или оксидом углерода(II):

2. Восстановление металлов из их оксидов водородом:

3. Металлотермия — восстановление металлов из их оксидов более активными металлами (обычно используют восстановление алюминием — алюмотермию):

Химические основы производства чугуна

Чугун — сплав железа, в котором w(C) от 2 до 4,8%, a w(S, Р, Si и др. элементов) менее 8%.

Процесс производства чугуна основан на восстановлении соединений железа, содержащихся в рудах, до металла:

Стадии доменного процесса

1. Горение кокса и образование оксида углерода(II):

2. Восстановление железа оксидом углерода(II) и коксом:

Кокс восстанавливает и примеси в руде — соединения марганца, кремния, фосфора:

Mn, Si, Р растворяются в железе, а неметаллы еще и реагируют с ним с образованием Fe₃Si, Fe₃P.

Примеси соединений серы окисляются кислородом до сернистого газа, а также превращаются в сульфиды CaS и FeS.

3. Реакции с участием флюсов. Флюсы — природные карбонаты (СаСO₃, MgCO₃):

Шлак — CaSiO₃, MgSiO₃, некоторые сульфиды (CaS, FeS).

Кроме чугуна и шлака, в домне образуется доменный газ — смесь СО, СO₂, N₂.

Производство стали

Сталь — сплав железа, где w(C) < 2%, а Р и S содержится очень мало.

1. Конверторный процесс. Используют железный лом, руду, известняк, чугун.

Основные химические реакции:

2. В мартеновских печах. Основные компоненты: чугун, обогащенная руда, железный лом, в котором много ржавчины, используют природный газ как топливо, добавляют флюсы — известняк или известь.

Шлаки содержат до 3% Р.

3. Производство в электропечах. С помощью электрического тока в них создается температура свыше 2000 °С, что позволяет добывать металл с очень малым содержанием S и Р.

Легирующие добавки — Mn, Cr, Ni, W — улучшают свойства стали, придают устойчивость к коррозии.

Коррозия — процесс разрушения металлов вследствие их химического взаимодействия с веществами окружающей среды.

Коррозия металла чаще всего происходит при участии воды и водных растворов элеодэолитов. Ее скорость зависит от активности металла, температуры, кислотноЯр среды, железо ржавеет, т. к. оно контактирует с Н₂O на воздухе:

Металлы защищают от коррозии, покрывая красками, лаками, другими металлами, смазывая маслами. Широко используется нержавеющая сталь.

Николай Николаевич Бекетов (1826-1911) — выдающийся русский ученый. Известным его трудом является «Исследование над явлениями вытеснения одних элементов другими» (1865). Установил ряд активности металлов. Открыл свойство алюминия вытеснять при высокой температуре металлы из их оксидов. Это открытие впоследствии было положено в основу металлотермии, которая широко применяется в металлургии. Он впервые с 1865 г. ввел преподавание физической химии как учебной дисциплины.

ПРОВЕРЬТЕ СЕБЯ

1. Атом элемента имеет на три электрона больше, чем ион натрия. Назовите элемент, составьте электронные формулы его атома и иона.

2. Элемент относится ко II группе периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Масса 3,01 ∙ 10²³ молекул его гидроксида равна 29. Назовите элемент, запишите электронную формулу его атома.

3. Элемент входит в I группу периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Относительная молекулярная масса его гидроксида имеет одинаковое значение с относительной атомной массой элемента с порядковым номером 20. Назовите элемент, запишите электронную формулу его атома.

4. Оксид химического элемента I группы главной подгруппы имеет относительную молекулярную массу 94. Назовите химический элемент, составьте формулу гидроксида.

5. Гидроксид химического элемента I группы главной подгруппы имеет относительную молекулярную массу, равную относительной атомной массе химического элемента II группы главной подгруппы. Назовите химические элементы, составьте электронные формулы атомов этих химических элементов.

6. Атом элемента имеет на 2 электрона больше, чем ион калия. Назовите элемент, составьте электронные формулы его атома и иона.

7. Запишите уравнения реакций, соответствующие таким преобразованиям:

8. Запишите уравнения реакций, соответствующие таким преобразованиям:

9. Никель получают восстановлением оксида никеля(II) углеродом по реакции NiO + С = Ni + СО. Какую массу угля надо взять для получения никеля массой 354 г, если массовая доля углерода в угле составляет 92% и для реакции необходим двойной избыток углерода?

10. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие преобразования:

11. Методом электронного баланса подберите коэффициенты в схемах реакций взаимодействия металлов с кислотами.

12. Какой минимальный объем раствора с массовой долей хлорида водорода 20% и плотностью 1,1 r/мл требуется для растворения смеси цинка и никеля массой 49 г, если массовая доля никеля в смеси составляет 60,2%?

13. При восстановлении водородом смеси оксида железа(II) и оксида железа(III) массой 148 г получили железо массой 112 г. Определите массовые доли каждого из оксидов в смеси.

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1. Растворенная железная проволока ярко горит, образуя окалину

А МдО

Б FeO

В Fe₂О₃

Г Fe₃О₄

2. Для получения металлов можно воспользоваться следующими способами:

А металлотермия

Б восстановление оксидов водородом

В восстановление оксидов коксом, оксидом углерода(II)

Г кипячение

Д добавление соды и извести

3. Укажите неметаллы, с которыми не взаимодействуют металлы.

А галогены

Б кислород

В сера

Г инертные газы

Д водород

4. С водой не взаимодействуют

А натрий

Б калий

В железо

Г медь

Д кальций

5. Укажите самый распространенный в природе металл.

А натрий

Б медь

В алюминий

Г железо

6. Укажите пару соединений, которые взаимодействуют.

7. Укажите схему реакции, в результате которой можно получить гидроксид железа(II).

8. С какими из перечисленных веществ реагирует Na?

А Н₂O

Б Сl₂

В КОН

Г NaCl

Д НСl

9. Водород вытесняет из раствора соляной кислоты

А медь

Б золото

В ртуть

Г цинк

10. Железо может взаимодействовать с такими растворами веществ:

А сульфат меди(II)

Б хлорид алюминия

В нитрат калия

Г гидроксид натрия

11. Увеличение металлических свойств происходит в ряду

А К, Rb, Cs

Б Na, Mg, Al

В Mn, Fe, Co

Г Se, S, O

12. Укажите вещество, которое при взаимодействии с водой образует щелочь.

А фтор

Б оксид цинка

В калий

Г оксид фосфора(V)

13. Железную пластину массой 1 г погрузили в раствор соляной кислоты, при этом масса пластины уменьшилась на 56%. Какой объем газа в мл выделился в результате этой реакции?

А 224 мл

Б 22,4 мл

В 2,24 мл

Г 20,4 мл

14. В каком количестве хлорида натрия содержится столько же натрия, сколько его есть в составе 5 моль ортофосфата натрия?

А 15 моль

Б 1,5 моль

В 10 моль

Г 5 моль

15. При разложении 92 г доломита образовался оксид магния массой 18 г. Определите массовую долю (в %) некарбонатных примесей в этом образце доломита.

А 10%

Б 9%

В 6%

Г 8%

compendium.su

Классификация металлов. Характеристика металлов и области применения :: SYL.ru

Несколько научных дисциплин (материало- и металловедение, физика, химия) занимаются изучением свойств и характеристик металлов. Существует их общепринятая классификация. Однако каждая из дисциплин при их изучении опирается на особые специализированные параметры, находящиеся в сфере ее интересов. С другой стороны, все науки, изучающие металлы и сплавы, придерживаются одной точки зрения, что существует две основные группы: черные и цветные.

Признаки металлов

Различают следующие основные механические свойства:

Твердость – определяет возможность одного материала противодействовать проникновению другого, более твердого.
Усталость – количество, а также время циклических воздействий, которое может выдержать материал без изменения целостности.
Прочность. Заключается в следующем: если приложить динамическую, статическую или знакопеременную нагрузку, то это не приведет к изменению формы, строения и размеров, нарушению внутренней и наружной целостности металла.
Пластичность – это способность удерживать целостность и полученную форму при деформации.
Упругость – это деформация без нарушения целостности под воздействием определенных сил, а также после избавления от нагрузки возможность к возращению первоначальной формы.
Стойкость к трещинам – под влиянием внешних сил в материале они не образуются, а также сохраняется наружная целостность.
Износостойкость – способность сохранять наружную и внутреннюю целостность при продолжительном трении.
Вязкость – сохранение целостности при увеличивающихся физических воздействиях.
Жаростойкость – противостояние изменению размера, формы и разрушению при воздействии высоких температур.

Классификация металлов

К металлам относятся материалы, обладающие совокупностью механических, технологических, эксплуатационных, физических и химических характерных свойств:

механические подтверждают способность к сопротивлению деформации и разрушению;
технологические свидетельствуют о способности к разному виду обработки;
эксплуатационные отражают характер изменения при эксплуатации;
химические показывают взаимодействие с различными веществами;
физические указывают на то, как ведет себя материал в разных полях – тепловом, электромагнитном, гравитационном.

По системе классификации металлов все существующие материалы подразделяются на две объемные группы: черные и цветные. Технологические и механические свойства также тесно связаны. К примеру, прочность металла может являться результатом правильной технологической обработки. Для этих целей используют так называемую закалку и «старение».

Химические, физические и механические свойства тесно взаимосвязаны между собой, так как состав материала устанавливает все остальные его параметры. Например, тугоплавкие металлы являются самыми прочными. Свойства, которые проявляются в состоянии покоя, называются физическими, а под воздействием извне – механическими. Также существуют таблицы классификации металлов по плотности — основному компоненту, технологии изготовления, температуре плавления и другие.

Черные металлы

Материалы, относящиеся к этой группе, обладают одинаковыми свойствами: внушительной плотностью, большой температурой плавления и темно-серой окраской. К первой большой группе черных металлов принадлежат следующие:

Железные – кобальт, марганец, никель, железо. Применяются в качестве основы или добавок к сплавам.
Тугоплавкие – хром, вольфрам, молибден, титан. Все они имеют температуру плавления, превышающую уровень, при котором плавится железо. Используются как основа или добавка для получения легированных сталей.
Урановые – актиноиды и металлы, полученные в результате синтеза. Большое применение находят в атомной энергетике.
Редкоземельные – неодим, церий, лантан. Все металлы обладают родственными химическими свойствами, но совершенно разными физическими параметрами. Находят свое применение как присадки к сплавам.
Щелочноземельные – кальций, натрий, литий. В свободном виде практического применения не имеют.

Цветные металлы

Вторая по величине группа имеет небольшую плотность, хорошую пластичность, невысокую температуру плавления, преобладающие цвета (белый, желтый, красный) и состоит из следующих металлов:

Легкие – магний, стронций, цезий, кальций. В природе встречаются только в прочных соединениях. Применяются для получения легких сплавов разного назначения.
Благородные. Примеры металлов: платина, золото, серебро. Они обладают повышенной устойчивостью к коррозии.
Легкоплавкие – кадмий, ртуть, олово, цинк. Имеют невысокую температуру плавления, участвуют в производстве разных сплавов.

Низкая прочность цветных металлов не позволяет их использовать в чистом виде, поэтому в промышленности их применяют в виде сплавов.

Медь и сплавы с медью

В чистом виде имеет розовато-красный цвет, маленькое удельное сопротивление, небольшую плотность, хорошую теплопроводность, отличную пластичность, обладает стойкостью к коррозии. Находит широкое применение как проводник электрического тока. Для технических нужд используют два вида сплавов из меди: латуни (медь с цинком) и бронзы (медь с алюминием, оловом, никелем и другими металлами). Латунь используется для изготовления листов, лент, труб, проволоки, арматуры, втулок, подшипников. Из бронзы изготавливают плоские и круглые пружины, мембраны, разную арматуру, червячные пары.

Алюминий и сплавы

Этот очень легкий металл, имеющий серебристо-белый цвет, обладает высокой коррозийной стойкостью. У него хорошая электропроводность и пластичность. Благодаря своим характеристикам нашел применение в пищевой, легкой и электропромышленности, а также в самолетостроении. Сплавы из алюминия очень часто используются в машиностроении для изготовления особо ответственных деталей.

Магний, титан и их сплавы

Магний неустойчив к коррозии, зато не существует легче металла, используемого для технических нужд. В основном его добавляют в сплавы с другими материалами: цинком, марганцем, алюминием, которые прекрасно режутся и являются достаточно прочными. Из сплавов с легким металлом магнием изготавливают корпусы фотоаппаратов, различных приборов и двигателей. Титан нашел свое применение в ракетной отрасли, а также машиностроении для химической промышленности. Титаносодержащие сплавы имеют небольшую плотность, прекрасные механические свойства и стойкость к коррозии. Они хорошо поддаются обработке давлением.

Антифрикционные сплавы

Такие сплавы определены для увеличения срока службы поверхностей, испытывающих трение. Они сочетают в себе следующие характеристики металла – хорошую теплопроводность, маленькую температуру плавления, микропористость, слабый коэффициент трения. К антифрикционным относят сплавы, основой которых является свинец, алюминий, медь или олово. К самым применяемым относятся:

баббит. Его изготовляют на основе свинца и олова. Используют в производстве вкладышей для подшипников, которые работают на больших скоростях и при ударных нагрузках;
алюминиевые сплавы;
бронза;
металлокерамические материалы;
чугун.

Мягкие металлы

По системе классификации металлов это золото, медь, серебро, алюминий, но среди самых мягких выделяют цезий, натрий, калий, рубидий и другие. Золото сильно распылено в природе. Оно есть в морской воде, организме человека, а также его можно встретить практически в любом осколке гранита. В чистом виде золото имеет желтый с оттенком красного цвет, так как металл мягкий — его можно поцарапать даже ногтем. Под влиянием окружающей среды золото достаточно быстро разрушается. Этот металл является незаменимым для электрических контактов. Несмотря на то что серебра в двадцать раз больше, чем золота, он также является редким. Используется для производства посуды, ювелирных украшений. Легкий металл натрий также получил широкое распространение, востребован практически в каждой отрасли промышленности, в том числе химической — для производства удобрений и антисептиков.

Металлом является ртуть, хоть и находится в жидком состоянии, поэтому считается одним из самых мягких в мире. Этот материал используется в оборонной и химической промышленности, сельском хозяйстве, электротехнике.

Твердые металлы

В природе практически нет самых твердых металлов, поэтому добыть их очень сложно. В большинстве случаев их находят в упавших метеоритах. Хром принадлежит к тугоплавким металлам и является самым твердым из чистейших на нашей планете, к тому же он легко поддается механической обработке. Вольфрам – это химический элемент. Считается самым твердым при сравнении с другими металлами. Имеет чрезвычайно высокую температуру плавления. Несмотря на твердость, из него можно выковывать любые нужные детали. Благодаря теплоустойчивости и гибкости это наиболее подходящий материал для выплавки небольших элементов, используемых в осветительных приборах. Тугоплавкий металл вольфрам – основное вещество тяжелых сплавов.

Металлы в энергетике

Металлы, в состав которых входят свободные электроны и положительные ионы, считаются хорошими проводниками. Это довольно востребованный материал, характеризующийся пластичностью, высокой электропроводностью и способностью легко отдавать электроны. Из них делают силовые, радиочастотные и специальные провода, детали для электрических установок, машин, для бытовых электроприборов. Лидерами применения металлов для изготовления кабельной продукции считаются:

свинец — за большую устойчивость к коррозии;
медь — за высокую электропроводность, легкость в обработке, стойкость к коррозии и достаточную механическую прочность;
алюминий — за небольшой вес, устойчивость к вибрациям, прочность и температуру плавления.

Категории черных вторичных металлов

К отходам черных металлов предъявляют определенные требования. Для отправки сплавов в сталеплавильные печи потребуются определенные операции по их обработке. Перед подачей заявки на перевозку отходов необходимо ознакомиться с ГОСТом черных металлов для определения его стоимости. Черный вторичный лом классифицируют на стальной и чугунный. Если в составе присутствуют легирующие добавки, то его относят к категории «Б». В категорию «А» включены углеродистые: сталь, чугун, присад.

Металлурги и литейщики из-за ограниченности первичной сырьевой базы проявляют активный интерес к вторичному сырью. Использование лома черных металлов вместо металлической руды – это ресурсное, а также энергосберегающее решение. Вторичный черный металл используют как охладитель конвертерной плавки.

Диапазон применения металлов невероятно широк. Черные и цветные неограниченно используются в строительной и машинной индустрии. Не обойтись без цветных металлов и в энергетической промышленности. Редкие и драгоценные идут на изготовление украшений. В искусстве и медицине находят применение как цветные, так и черные металлы. Невозможно представить жизнь человека без них, начиная от хозяйственных принадлежностей и до уникальных приборов и аппаратов.

Элементы металла – Химические элементы металлы — Популярная химия