Фізичні властивості металів

Тема: Фізико-хімічні властивості металів. Знаходження в природі. Отримання. Корозія металів і боротьба з нею.

Лекція 7-8

В даний час відомі 105 хімічних елементів, більшість з них - метали. Останні вельми поширені в природі і зустрічаються у вигляді різних з'єднань в надрах землі, водах річок, озер, морів, океанів, складі тіл тваринних, рослин і навіть в атмосфері.

По своїх властивостях метали різко відрізняються від неметалів. Вперше цю відмінність металів і неметалів визначив М. В. Ломоносов. «Метали, - писав він, - тіла тверді, ковкі блискучі».

Зарахувавши той або інший елемент до розряду металів, ми маємо на увазі наявність у нього певного комплексу властивостей:

1. Щільна кристалічна структура.

2. Характерний металевий блиск.

3. Висока теплопровідність і електрична провідність.

4. Зменшення електричної провідності із зростанням температури.

5. Низькі значення потенціалу іонізації, тобто здатність легко віддавати електрони.

6. Ковкість та пластичність.

7. Здібність до утворення сплавів.

Всі метали і сплави, вживані в даний час в техніці, можна розділити на дві основні групи. До першої з них відносять чорні метали - залізо і всі його сплави, в яких воно складає основну частину. Цими сплавами є чавуни і стали. В техніці часто використовують так звані леговані сталі. До них відносяться сталі, що містять хром, нікель, вольфрам, молібден, ванадій, кобальт, титан і інші метали. Іноді в леговані сталі входять 5-6 різних металів. Методом легування одержують різні цінні сталі, володіючі в одних випадках підвищеною міцністю, в інших - високою опірністю до стирання, в третіх - корозійною стійкістю, тобто здатністю не руйнуватися під дією зовнішнього середовища.

До другої групи відносять кольорові метали і їх сплави. Вони отримали таку назву тому що мають різне забарвлення. Наприклад, мідь світло-червона, нікель, олово, срібло - білі, свинець - голубувато-білий, золото -жовте. Із сплавів в практиці знайшли велике застосування: бронза - сплав міді з оловом і іншими металами, латунь - сплав міді з цинком, бабіт - сплав олова з сурмою і міддю і ін.

Цей розподіл на чорні і кольорові метали умовно.

Разом з чорними і кольоровими металами виділяють ще групу благородних металів: срібло, золото, платину, рутеній і деякі інші. Вони названі так тому що практично не окислюються на повітрі навіть при підвищеній температурі і не руйнуються при дії на них розчинів кислот і лугів.

Із зовнішньої сторони метали, як відомо, характеризуються перш за все особливим «металевим блиском», який обумовлюється їх здатністю сильно відображати проміння світла. Проте цей блиск спостерігається звичайно тільки у тому випадку, коли метал утворює суцільну компактну масу. Правда, магній і алюміній зберігають свій блиск, навіть будучи перетвореними на порошок, але більшість металів в мілкоподрібненому вигляді має чорний або темно-сірий колір. Потім типові метали володіють високими тепло- і електропровідністю, причому по здатності проводити тепло і струм розташовуються в одному і тому ж порядку: кращі провідники - срібло і мідь, гірша - свинець і ртуть. З підвищенням температури електропровідність падає, при пониженні температури, навпаки, збільшується.

Дуже важливою властивістю металів є їх порівняно легка механічна деформується. Метали пластичні, вони добре куються, витягуються в дріт, прокочуються в листи і т.п.

Характерні фізичні властивості металів знаходяться у зв'язку з особливостями їх внутрішньої структури. Згідно сучасним переконанням, кристали металів складаються з позитивно заряджених іонів і вільних електронів, що відщепилися від відповідних атомів. Весь кристал можна собі представити у вигляді просторових грат, вузли яких зайняті іонами, а в проміжках між іонами знаходяться легкорухомі електрони. Ці електрони постійно переходять від одних атомів до інших і обертаються навкруги ядра то одного, то іншого атома. Оскільки електрони не пов'язані з певними іонами, то вже під впливом невеликої різниці потенціалів вони починають переміщатися в певному напрямі, тобто виникає електричний струм.

Наявністю вільних електронів обумовлюється і висока теплопровідність металів. Знаходячись в безперервному русі, електрони постійно стикаються з іонами і обмінюються з ними енергією. Тому коливання іонів, що посилилися в даній частині металу унаслідок нагрівання, зараз же передаються сусіднім іонам, від них - наступним і т.д., і тепловий стан металу швидко вирівнюється; вся маса металу приймає однакову температуру.

По густині метали умовно підрозділяються на дві великі групи: легкі метали, густина яких не більше 5 г/см³, і важкі метали - всі інші. Густина, а також температури плавлення деяких металів приведені в таблиці №1.

Таблиця №1

Дата добавления: 2014-01-07