Практичне значення

Із солей карбонатної кислоти важливе значення має карбонат кальцію СаС0₃. Він зустрічається в природі у вигляді мармуру, вапняку, крейди. Мармур використовують як оздоблювальний матеріал у будівництві та скульптурі, вапняк — для добування вапна, яке також застосовується у будівництві, а крім того, вноситься у грунт для зниження кислотності і поліпшення його структури. Крейду застосовують для побілки, а також у скляній, гумовій та інших галузях промисловості.

Карбонат кальцію СаС0₃ у воді не розчиняється. Тому вапняна вода (розчин гідроксиду кальцію) внаслідок пропускання крізь неї оксиду карбону(IV) стає каламутною:

Са(ОН)₂ + С0₂ = СаС0₃↓+ Н₂0

Якщо в Періодичній системі провести діагональ від Берилію до Астату, то зліва внизу розміщуватимуться металічні елементи (до них також належать метали побічних підгруп — d- елементи).

Лужні елементи Літій, Натрій, Калій, Рубідій, Цезій і Францій утворюють головну підгрупу першої групи Періодичної системи елементів. Усі періоди (за винятком першого) починаються з лужних елементів. На зовнішньому електронному шарі атомів лужних елементів міститься один валентний електрон, тому лужні елементи — сильні відновники: всі вони легко окиснюються, вступаючи в реакції з киснем, галогенами і з сіркою та ін.

Елементи Кальцій, Стронцій, Барій називаються лужноземельними металічними елементами. Назва виникла за часів алхімії і пояснюється тим, що оксиди цих металів («землі» алхіміків) проявляють у водних розчинах лужні властивості.

Перехідні метали виділяють на підставі незавершеності внутрішніх електронних оболонок їх атомів. Термін «перехідні» пов'язаний з тим, що в періодах ці елементи розташовуються між s- та р- елементами. Перехідні метали, у свою чергу, підрозділяють на d- елементи, у яких відбувається заповнення 3 d-, 4 d-, 5 d- і 6 d- підоболонок, і f- елементи, у яких заповнюється 4 f- (лантаноїди) або 5 f- підоболонка (актиноїди).

Таким чином більшість елементів в Періодичній системі — металічні елементи.

Всі метали мають кристалічну будову. Розташовані тим або іншим способом, атоми утворюють елементарну комірку просторової кристалічної ґратки. Тип ґратки залежить від хімічної природи і фазового стану металу.

У заліза, хрому, молібдену, вольфраму і деяких інших металів елементарна комірка є кубом із атомами у вершинах і додатковим — у центрі (об'ємноцентрована кубічна ґратка). При температурі понад 910°С у кристалічній структурі заліза відбувається перебудова, число атомів у елементарній комірці збільшується до 14-ти. В результаті перебудови симетрія елементарної комірки змінюється — атоми розміщуються у вершинах куба й додатково в центрі кожної грані (гранецентрована кубічна ґратка). Існування одного металу в декількох кристалічних формах називається поліморфізмом, чи алотропією, а температура, при якій метал переходить з одного стану в інший — температурою поліморфного перетворення. Залізо, наприклад, має дві температури поліморфного перетворення: 910 °C і 1400 °C. Цинк, магній, титан мають елементарну комірку в формі шестигранної призми. Як і залізо,олово, нікель, титан, кобальт та деякі інші метали зі зміною температури змінюють тип своїх ґраток. Наприклад, нікель може мати кубічну гранецентровану чи гексагональну ґратки, а кальцій — кубічну гранецентровану, гексагональну і кубічну об'ємно-центровану.

Елементарні комірки кожного даного кристала однаково орієнтовані в просторі, розташовуючись послідовно, вони мають загальні з сусідніми комірками атоми й утворюють разом просторову ґратку. Проте різні метали з ідентичною кристалічною ґраткою мають різні параметри, тобто відстані між сусідніми атомами. Параметр решітки (сторона куба або шестигранника) у міді 0,36 нм, в алюмінію 0,405 нм, у цинку 0,267 нм і т. д.

Перехід з рідкого стану у твердий для металів — це процес перетворення неупорядкованого розташування атомів у закономірне з утворенням кристалічних ґрат і, отже, кристалів. Такий процес називається первинною кристалізацією.

Установлено, що кристалізація складається з двох елементарних процесів, перебіг яких відбувається одночасно: перший — зародження центрів кристалізації, другий — ріст кристалів з цих центрів. У звичайних умовах кристали не можуть набути правильної форми тому, що їхній ріст обмежується суміжними кристалами. Кристали, що мають неправильні зовнішні обриси, називаються кристалітами, або зернами. Внутрішня будова зерен кристалічна.

На швидкість кристалізації та форму кристалів у процесі затвердіння металу важливий вплив роблять швидкість і напрям відводу тепла. У напрямку відводу тепла кристали ростуть швидше, утворюючи осі, від яких відгалужуються численні відростки. Такі деревоподібні кристали називають дендритами. Дендритна будова характерна для литого металу.

Метали складають понад 80% усіх хімічних елементів. Переважна більшість металів зустрічається в природі у вигляді різних сполук і лише деякі з них — у вільному стані. Це так званісамородні метали (золото і платина), а також інколи срібло, ртуть, мідь і інші метали.

Мінерали і гірські породи, придатні для добування з них металів заводським способом, називаються рудами. Важливішими рудами є оксиди (Fe₂O₃, Fe₃O₄, Al₂O₃ • nH₂O, MnO₂ тощо);сульфіди (ZnS, PbS, Cu₂S, HgS і ін.), солі (NaCl, KCl, MgCl₂ CaCO₃ і т. д.). Малоактивні метали зустрічаються переважно у вигляді оксидів і сульфідів, а активні (лужні і лужноземельні) — винятково у вигляді солей.

Металі́чний зв'язо́к — тип хімічного зв'язку, при якому валентні електрони атомів делокалізуються і починають взаємодіяти з атомнимиостовами усього тіла.

При встановленні металічного типу зв'язку з атомів утворюється метал, в якому позитивно заряджені іони занурені в електронний газ. Незважаючи на заряджений стан іонів, взаємодія між ними екранується рухливими електронами, й не поширюється на далекі відстані.

Наявність вільних електронів визначає всю сукупність власти­востей речовин у металічному стані: високу електро- і тепло­провідність; позитивний температурний коефіцієнт електроопору, здатність добре відбивати світлові хвилі (що зумовлює їхній ха­рактерний блиск і непрозорість), високу пластичність (ковкість), термоелектронну емісію, явище фотоефекту, магнітні властивості та ін.

На відміну від ковалентних і іонних сполук у металах невелике число електронів одночасно зв'язує велике число атомних ядер. Успільненням валентних електронів металічний зв'язок дещо нагадує ковалентний. Проте у металів спільні електрони не належать окремим парам атомів, вони повністю делокалізовані. Цим пояснюється відсутність просторової напрямленості та наси­чуваності металічного зв'язку. Делокалізація валентних електронів є наслідком багатоцентрового характеру металічного зв'язку й причиною високої електро- та теплопровідності металів.

Отже, металічний зв'язок є багатоцентровим хімічним зв'язком з дефіцитом електронів і базується на узагальненні зовнішніх електронів атомів. Тому він характерний лише для конденсованого стану речовини. У газуватому стані атоми всіх речовин, у тому числі й металів, зв'язані між собою тільки ковалентним зв'язком.

Більшість металів утворює одну з наступних високосиметричних ґраток з щільною упаковкою атомів: кубічну об'ємно центровану, кубічну гранецентрировану і гексагональну. У кубічної об'ємно центрованої ґратки атоми розташовані у вершинах куба і один атом в центрі обсягу куба. Кубічну об'ємно центровану грати мають метали: Pb, K, Na, Li, β-Ti, β-Zr, Ta, W, V, α-Fe, Cr, Nb, Ba та ін. У кубічної гранецентрованої ґратки атоми розташовані у вершинах куба і в центрі кожної грані. Грати такого типу мають метали: α-Ca, Ce, α-Sr, Pb, Ni, Ag, Au, Pd, Pt, Rh, γ-Fe, Cu, α-Co та ін. У гексагональної ґратки атоми розташовані у вершинах і центрі шестигранних основ призми, а три атома - у середній площині призми. Таку упаковку атомів мають метали:: Mg, α-Ti, Cd, Re, Os, Ru, Zn, β-Co, Be, β-Ca та ін. Вільно рухомі електрони зумовлюють високу електро-і теплопровідність. Речовини, що володіють металічним зв'язком, часто поєднують міцність з пластичністю, тому що при зміщенні атомів один щодо одного не відбувається розрив зв'язків.

Дата добавления: 2015-05-24