Мета́лл (название происходит от лат. metallum — шахта) — группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами, такими как высокая тепло-электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и др.
Из 117 химических элементов, открытых на данный момент, к металлам относят:
6 элементов в группе щелочных металлов,
4 в группе щелочноземельных 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 98 элементов из всех открытых.
Нахождение в природе Бо́льшая часть металлов присутствует в природе в виде руд и соединений. Они образуют оксиды, сульфиды, карбонаты
и другие химические соединения. Для получения чистых металлов и
дальнейшего их применения необходимо выделить их из руд и провести
очистку. При необходимости проводят легирование и другую обработку металлов. 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). 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.
Характерные свойства металлов - Металлический блеск (характерен не только для металлов: его имеют и неметаллы йод и углерод в виде графита)
- Хорошая электропроводность
- Возможность лёгкой механической обработки (см.: пластичность; однако, некоторые металлы, например германий и висмут, непластичны)
- Высокая плотность (обычно металлы тяжелее неметаллов)
- Высокая температура плавления (исключения: ртуть, галлий и щелочные металлы)
- Большая теплопроводность
- В реакциях всегда являются восстановителями
Все металлы (кроме ртути и, условно, франция) при нормальных условияхтвёрдом состоянии, однако они обладают различной твёрдостью. Так, щелочные металлы легко режутся кухонным ножом, а такие металлы, как ванадий, вольфрам и хром легко царапают самую твёрдую сталь и стекло. Ниже приводится твёрдость некоторых металлов по шкале Мооса. находятся в
Твёрдость некоторых металлов по шкале Мооса: Твёрдость |
Металл |
Обрабатываемость |
0.3 |
Рубидий |
очень легко царапается ногтём (прикосновение опасно) |
0.4 |
Калий |
очень легко царапается ногтём (прикосновение опасно) |
0.5 |
Натрий |
очень легко царапается ногтём (прикосновение опасно) |
0.6 |
Литий |
очень легко царапается ногтём (прикосновение опасно) |
1.2 |
Индий |
|
1.2 |
Таллий |
легко царапается ногтём |
1.25 |
Барий |
легко царапается ногтём |
1.5 |
Стронций |
царапается ногтём |
1.5 |
Галлий |
царапается ногтём |
1.5 |
Олово |
царапается ногтём |
1.5 |
Свинец |
царапается ногтём |
1.5 |
Ртуть |
царапается ногтём (в твёрдом состоянии) |
1.75 |
Кальций |
царапается ногтём |
2.0 |
Кадмий |
царапается алюминиевой ложкой |
2.25 |
Висмут |
царапается алюминиевой ложкой |
2.5 |
Магний |
царапается медной проволокой |
2.5 |
Цинк |
царапается медной проволокой |
2.5 |
Серебро |
царапается медной монетой |
2.5 |
Золото |
царапается медной монетой |
3.0 |
Медь |
царапается кухонным ножом |
3.0 |
Сурьма |
царапается кухонным ножом |
3.5 |
Платина |
царапается кухонным ножом |
4.0 |
Железо |
царапается кухонным ножом (из нержавеющей стали) |
4.0 |
Никель |
царапается кухонным ножом (из нержавеющей стали) |
4.75 |
Палладий |
царапается кухонным ножом (из нержавеющей стали) |
5.0 |
Кобальт |
царапается стеклом и стальным гвоздём |
5.0 |
Цирконий |
царапается стеклом и стальным гвоздём |
5.0 |
Бериллий |
царапается напильником и полевым шпатом |
5.5 |
Молибден |
царапается напильником и полевым шпатом |
5.5 |
Гафний |
царапается напильником и полевым шпатом |
6.0 |
Титан |
царапает стекло; царапается стеклом и напильником |
6.0 |
Марганец |
царапает стекло; царапается стеклом и напильником |
6.0 |
Германий |
царапает стекло; царапается стеклом и напильником |
6.0 |
Ниобий |
царапает стекло; царапается стеклом и напильником |
6.0 |
Родий |
царапает стекло; царапается стеклом и напильником |
6.5 |
Рутений |
царапает стекло; царапается кварцем |
6.5 |
Тантал |
царапает стекло; царапается кварцем |
6.5 |
Иридий |
царапает стекло; царапается кварцем |
7.0 |
Ванадий |
царапает все виды сталей; царапается топазом |
7.0 |
Рений |
царапает все виды сталей; царапается топазом |
7.0 |
Осмий |
царапает все виды сталей; царапается топазом |
7.5 |
Вольфрам |
царапает все виды сталей; царапается топазом |
8.5 |
Хром |
легко царапает стекло и все металлы; царапается рубином | Температуры плавления 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 атомовсвязи 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 деформацииломаются. Пластичность зависит и от чистоты металла; так, очень чистый хром весьма пластичен, но, загрязнённый даже незначительными примесями, становится хрупким и более твёрдым. металлов без разрыва вообще почти не сгибаются, а сразу
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.
Гладкая поверхность металлов отражает большой процент света —
это явление называется металлическим блеском. Однако в порошкообразном
состоянии большинство металлов теряют свой блеск; алюминий и магний, тем не менее, сохраняют свой блеск и в порошке. 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.
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 слое у большинства металлов небольшое
количество электронов (1-3), поэтому они в большинстве реакций
выступают как восстановители (то есть «отдают» свои электроны)
1. 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:
4Li + O2 = 2Li2O оксид лития 2Na + O2 = Na2O2 пероксид натрия K + O2 = KO2 надпероксид калия
Чтобы получить из пероксида оксид, пероксид восстанавливают металлом: Na2O2 + 2Na = 2Na2O
Со средними и малоактивными металлами реакция происходит при нагревании: 3Fe + 2O2 = Fe3O4 2Hg + O2 = 2HgO 2Cu + O2 = 2CuO
- С азотом реагируют только самые активные металлы, при комнатной температуре взаимодействует только литий, образуя нитриды:
6Li + N2 = 2Li3N
При нагревании: 2AL + N2 = 2AlN 3Ca + N2 = Ca3N2
- С серой реагируют все металлы, кроме золота и платины:
Железо взаимодействует с серой при нагревании, образуя сульфид: Fe + S = FeS
- 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:
2Na + H2 = 2NaH Mg + H2 = MgH2
- С углеродом реагируют только наиболее активные металлы. При этом
образуются ацетилениды или метаниды. Ацетилениды при взаимодествии с
водой дают ацетилен, метаниды — метан.
2Na + 2C = Na2C2 Na2C2 + 2H2O = 2NaOH + C2H2 2Na + H2 = 2NaH Легирование — это введение в расплав дополнительных элементов,
модифицирующих механические, физические и химические свойства основного
материала. Микроскопическое строение
Характерные свойства металлов можно понять, исходя из их внутреннего строения. Все они имеют слабую связь электронов внешнего энергетического уровня (другими словами, валентных электронов) с ядром.
Благодаря этому созданная разность потенциалов в проводнике приводит к
лавинообразному движению электронов (называемых электронами
проводимости) в кристаллической решётке. Совокупность таких электронов часто называют электронным газом. Вклад в теплопроводность, помимо электронов, дают фононы (колебания решётки). Пластичность обусловлена малым энергетическим барьером для движения дислокаций и сдвига кристаллографических плоскостей. Твёрдость можно объяснить большим числом структурных дефектов (междоузельные атомы, вакансии и др.).
Из-за лёгкой отдачи электронов возможно окисление металлов, что может приводить к коррозии
и дальнейшей деградации свойств. Способность к окислению можно узнать
по стандартному ряду активности металлов. Этот факт подтверждает
необходимость использования металлов в комбинации с другими элементами (сплав, важнейшим из которых является сталь), их легирование и применение различных покрытий.
Для более корректного описания электронных свойств металлов необходимо использовать квантовую механику. Во всех твёрдых телах с достаточной симметрией уровни энергии электронов отдельных атомов перекрываются и образуют разрешённые зоны, причём зона, образованная валентными электронами, называется валентной зоной.
Слабая связь валентных электронов в металлах приводит к тому, что
валентная зона в металлах получается очень широкой, и всех валентных
электронов не хватает для её полного заполнения.
Принципиальная особенность такой частично заполненной зоны состоит в
том, что даже при минимальном приложенном напряжении в образце
начинается перестройка валентных электронов, т. е. течёт электрический ток.
Та же высокая подвижность электронов приводит и к высокой
теплопроводности, а также к способности зеркально отражать
электромагнитное излучение (что и придаёт металлам характерный блеск).
Конструкционные материалы
Металлы и их сплавы — одни из главных конструкционных материалов современной цивилизации. Это определяется прежде всего их высокой прочностью, однородностью и непроницаемостью для жидкостей и газов. Кроме того, меняя рецептуру сплавов, можно менять их свойства в очень широких пределах.
Электротехнические материалы
Металлы используются как в качестве хороших проводников электричества (медь, алюминий), так и в качестве материалов с повышенным сопротивлением для резисторов и электронагревательных элементов (нихром и т. п.).
Инструментальные материалы
Металлы и их сплавы широко применяются для изготовления инструментов (их рабочей части). В основном это инструментальные стали и твёрдые сплавы. В качестве инструментальных материалов применяются также алмаз, нитрид бора, керамика. Источник:http://ru.wikipedia.org/wiki/ Закупаем отходы кабеля медного, алюминиевого. Лом
кабеля,кабель б/у, кабель с истёкшим сроком хранения, демонтированный
кабель и провод,обрезки, кабель в изоляции и броне. Закупаем лом
цветных металлов медь, латунь, алюминий и др. Дорого! Самовывоз! Татарстан , Набережные Челны 8-919-681-77-90, 8-962-578-09-66. metaltorg@list.ru |