Το πρώτο υλικό που έχουν μάθει οι άνθρωποι να χρησιμοποιούν για τις ανάγκες τους είναι η πέτρα. Ωστόσο, αργότερα, όταν ένα άτομο συνειδητοποίησε τις ιδιότητες των μετάλλων, η πέτρα μετακινήθηκε πολύ πίσω. Αυτές οι ουσίες και τα κράματά τους έχουν γίνει το πιο σημαντικό και κύριο υλικό στα χέρια των ανθρώπων. Από αυτά κατασκευάστηκαν οικιακά είδη, εργαλεία εργασίας, χτίστηκαν χώροι. Επομένως, σε αυτό το άρθρο θα εξετάσουμε τι είναι τα μέταλλα, τα γενικά χαρακτηριστικά, οι ιδιότητες και η χρήση των οποίων είναι τόσο σημαντικά μέχρι σήμερα. Άλλωστε, κυριολεκτικά αμέσως μετά τη Λίθινη Εποχή, ακολούθησε ένας ολόκληρος γαλαξίας από μεταλλικούς γαλαξίες: χαλκός, μπρούτζος και σίδηρος.
Μέταλλα: γενικά χαρακτηριστικά
Τι ενώνει όλους τους εκπροσώπους αυτών των απλών ουσιών; Φυσικά, αυτή είναι η δομή του κρυσταλλικού τους πλέγματος, τύποι χημικών δεσμών και χαρακτηριστικά της ηλεκτρονικής δομής του ατόμου. Εξ ου και οι χαρακτηριστικές φυσικές ιδιότητες που αποτελούν τη βάση της χρήσης αυτών των υλικών από τον άνθρωπο.
Αρχικά, θεωρήστε τα μέταλλα ως χημικά στοιχεία του περιοδικού συστήματος. Σε αυτό, βρίσκονται αρκετά ελεύθερα, καταλαμβάνοντας 95 κελιά από τα 115 γνωστά μέχρι σήμερα. Υπάρχουν αρκετά χαρακτηριστικά της θέσης τους στο γενικόσύστημα:
- Αποτελούν τις κύριες υποομάδες των ομάδων I και II, καθώς και III, ξεκινώντας από το αλουμίνιο.
- Όλες οι δευτερεύουσες υποομάδες αποτελούνται μόνο από μέταλλα.
- Βρίσκονται κάτω από την υπό όρους διαγώνιο από το βόριο έως την αστατίνη.
Με βάση αυτά τα δεδομένα, είναι εύκολο να διαπιστωθεί ότι τα μη μέταλλα συλλέγονται στο πάνω δεξιά μέρος του συστήματος και ο υπόλοιπος χώρος ανήκει στα στοιχεία που εξετάζουμε.
Όλα έχουν πολλά χαρακτηριστικά της ηλεκτρονικής δομής του ατόμου:
- Μεγάλη ατομική ακτίνα, με αποτέλεσμα να εξασθενεί ο δεσμός μεταξύ του εξωτερικού ηλεκτρονίου και του πυρήνα, με αποτέλεσμα τα μέταλλα να τον απομακρύνουν εύκολα, λειτουργώντας ως αναγωγικοί παράγοντες.
- Μικρός αριθμός ηλεκτρονίων στο εξωτερικό ενεργειακό στρώμα.
- Στην ομάδα από πάνω προς τα κάτω, οι μεταλλικές ιδιότητες των στοιχείων ενισχύονται και κατά την περίοδο από αριστερά προς τα δεξιά, αντίθετα, εξασθενούν. Έτσι, το ισχυρότερο αμέταλλο είναι το φθόριο και το πιο αδύναμο είναι το φράγκιο.
Τα γενικά χαρακτηριστικά των μετάλλων και των μη μετάλλων μας επιτρέπουν να αναγνωρίσουμε μοτίβα στη δομή τους. Έτσι, το κρυσταλλικό πλέγμα του πρώτου είναι μεταλλικό, ιδιαίτερο. Οι κόμβοι του περιέχουν πολλούς τύπους σωματιδίων ταυτόχρονα:
- ιόντα;
- atoms;
- ηλεκτρόνια.
Ένα κοινό σύννεφο συσσωρεύεται μέσα, που ονομάζεται αέριο ηλεκτρονίων, το οποίο εξηγεί όλες τις φυσικές ιδιότητες αυτών των ουσιών. Τύπος χημικού δεσμού σε μέταλλα με το ίδιο όνομα μαζί τους.
Φυσικές ιδιότητες
Υπάρχει ένας αριθμός παραμέτρων που ενώνουν όλα τα μέταλλα. Γενικά χαρακτηριστικά της φυσικής τουςοι ιδιότητες μοιάζουν με αυτό.
- Μεταλλική λάμψη. Όλοι οι εκπρόσωποι αυτής της ομάδας ουσιών το έχουν. Ταυτόχρονα, το μεγαλύτερο μέρος του αντανακλά φως ενός μήκους κύματος, επομένως εκπέμπει ένα απαλό λευκό-ασημί χρώμα. Αλλά μερικά (χρυσός, χαλκός, πολλά κράματα) έχουν κίτρινη γυαλάδα.
- Ελατότητα και πλαστικότητα. Αυτή η παράμετρος είναι επίσης εγγενής στα μέταλλα. Το γενικό χαρακτηριστικό σε αυτή τη βάση, ωστόσο, δεν είναι απολύτως ακριβές, καθώς μεταξύ των αντιπροσώπων υπάρχουν πολύ μαλακά, εύπλαστα και όλκιμα και υπάρχουν αρκετά εύθραυστα που είναι κατεργασμένα. Τα πιο ελατά και όλκιμα είναι ο χρυσός, το ασήμι, ο χαλκός, το αλουμίνιο και άλλα. Λιγότερο ελατό - κασσίτερος, μόλυβδος, μαγγάνιο και άλλα.
- Ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα. Το κατέχουν όλοι ανεξαιρέτως οι εκπρόσωποι. Τα μέταλλα είναι αγωγοί του πρώτου είδους.
- Υψηλά σημεία τήξης και βρασμού. Σε αυτή τη βάση, χωρίζονται σε πυρίμαχα (θερμοκρασία άνω των 1500 βαθμών), εύτηκτα - κάτω από το καθορισμένο σχήμα.
- Ελαφρά και βαρέα μέταλλα ανάλογα με την πυκνότητά τους. Είναι όσο μικρότερο, τόσο μικρότερο είναι το ατομικό βάρος του στοιχείου. Το ελαφρύτερο είναι λίθιο και το πιο βαρύ είναι το όσμιο.
- Σκληρότητα. Ο κάτοχος ρεκόρ για αυτόν τον δείκτη είναι το χρώμιο και το πιο μαλακό είναι το καίσιο, λιώνει στα χέρια.
Οι αναφερόμενες παράμετροι - αυτό είναι το γενικό χαρακτηριστικό των μετάλλων, δηλαδή όλα όσα τα ενώνουν σε μια μεγάλη οικογένεια. Ωστόσο, πρέπει να γίνει κατανοητό ότι υπάρχουν εξαιρέσεις σε κάθε κανόνα. Επιπλέον, υπάρχουν πάρα πολλά στοιχεία αυτού του είδους. Επομένως, μέσα στην ίδια την οικογένεια,υπάρχουν χωρισμοί σε διάφορες ομάδες, τις οποίες θα εξετάσουμε παρακάτω και για τις οποίες θα αναφέρουμε τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα.
Χημικές ιδιότητες
Από την άποψη της επιστήμης της χημείας, όλα τα μέταλλα είναι αναγωγικοί παράγοντες. Και πολύ δυνατό. Όσο λιγότερα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό επίπεδο και όσο μεγαλύτερη είναι η ατομική ακτίνα, τόσο ισχυρότερο είναι το μέταλλο σύμφωνα με την καθορισμένη παράμετρο.
Σαν αποτέλεσμα αυτού, τα μέταλλα μπορούν να αντιδράσουν με:
- μη μέταλλα;
- νερό;
- οξέα;
- με αλκάλια (αμφοτερικά μέταλλα);
- οξείδια;
- άλατα ασθενέστερων μετάλλων.
Αυτή είναι απλώς μια γενική επισκόπηση των χημικών ιδιοτήτων. Εξάλλου, για κάθε ομάδα στοιχείων είναι καθαρά μεμονωμένα.
Μέταλλα αλκαλικών γαιών
Τα γενικά χαρακτηριστικά των μετάλλων αλκαλικών γαιών είναι τα εξής:
- Έχετε δύο ηλεκτρόνια στο εξωτερικό επίπεδο.
- Αποτελούν τη δεύτερη ομάδα της κύριας υποομάδας του περιοδικού συστήματος, εκτός από το βηρύλλιο.
- Υπό κανονικές συνθήκες, αυτά είναι στερεά που δεν μπορούν να κοπούν με μαχαίρι.
- Το χρώμα των απλών μετάλλων είναι ασημί-γκρι, καλυμμένο με μια μεμβράνη οξειδίου στον αέρα.
- Η χημική τους δράση είναι υψηλή, αυξάνεται από μαγνήσιο σε ράδιο.
- Διαδεδομένο στη φύση, ιδιαίτερα το ασβέστιο. Σε απλή μορφή, δεν βρίσκονται λόγω υψηλής δραστηριότητας, αλλά σχηματίζουν πολλές διαφορετικές ενώσεις που είναι σημαντικές για τον άνθρωπο.
- Βιολογικά σημαντικό. Το ασβέστιο και το μαγνήσιο είναι σημαντικά ιχνοστοιχεία του ανθρώπινου σώματος καιτων ζώων. Το μαγνήσιο είναι επίσης μέρος της χλωροφύλλης των φυτών.
Έτσι, τα μέταλλα των αλκαλικών γαιών είναι κοινά στοιχεία της οικογένειας s, παρουσιάζουν υψηλή χημική δραστηριότητα και είναι ισχυροί αναγωγικοί παράγοντες και σημαντικοί συμμετέχοντες σε βιολογικές διεργασίες στο σώμα.
Αλκαλιμέταλλα
Το γενικό χαρακτηριστικό των αλκαλικών μετάλλων ξεκινά από το όνομά τους. Το έλαβαν για την ικανότητα να διαλύεται στο νερό, σχηματίζοντας αλκάλια - καυστικά υδροξείδια. Οι αντιδράσεις με το νερό είναι πολύ βίαιες, μερικές φορές εύφλεκτες. Αυτές οι ουσίες δεν βρίσκονται σε ελεύθερη μορφή στη φύση, καθώς η χημική τους δράση είναι πολύ υψηλή. Αντιδρούν με τον αέρα, τους υδρατμούς, τα αμέταλλα, τα οξέα, τα οξείδια και τα άλατα, σχεδόν τα πάντα.
Αυτό οφείλεται στην ηλεκτρονική τους δομή. Στο εξωτερικό επίπεδο, υπάρχει μόνο ένα ηλεκτρόνιο, το οποίο δίνουν εύκολα. Αυτοί είναι οι ισχυρότεροι αναγωγικοί παράγοντες, γι' αυτό και χρειάστηκε πολύς χρόνος για να ληφθούν στην καθαρή τους μορφή. Αυτό έγινε για πρώτη φορά από τον Humphrey Davy ήδη τον 18ο αιώνα με ηλεκτρόλυση υδροξειδίου του νατρίου. Τώρα όλοι οι εκπρόσωποι αυτής της ομάδας εξορύσσονται χρησιμοποιώντας αυτήν τη μέθοδο.
Το γενικό χαρακτηριστικό των αλκαλιμετάλλων έγκειται στο γεγονός ότι αποτελούν την πρώτη ομάδα της κύριας υποομάδας του περιοδικού συστήματος. Όλα αυτά είναι σημαντικά στοιχεία που σχηματίζουν πολλές πολύτιμες φυσικές ενώσεις που χρησιμοποιούνται από τον άνθρωπο.
Γενικά χαρακτηριστικά μετάλλων d- και f-οικογενειών
Αυτή η ομάδα στοιχείων περιλαμβάνει όλα αυτάτου οποίου η οξείδωση μπορεί να ποικίλλει. Αυτό σημαίνει ότι, ανάλογα με τις συνθήκες, το μέταλλο μπορεί να δράσει και ως οξειδωτικό και ως αναγωγικό παράγοντα. Τέτοια στοιχεία έχουν μεγάλη ικανότητα να μπαίνουν σε αντιδράσεις. Ανάμεσά τους, ένας μεγάλος αριθμός αμφοτερικών ουσιών.
Το κοινό όνομα για όλα αυτά τα άτομα είναι μεταβατικά στοιχεία. Το έλαβαν για το γεγονός ότι, όσον αφορά τις ιδιότητές τους, στέκονται πραγματικά, σαν να λέγαμε, στη μέση, μεταξύ τυπικών μετάλλων της οικογένειας s και μη μετάλλων της οικογένειας π.
Το γενικό χαρακτηριστικό των μετάλλων μετάπτωσης συνεπάγεται τον προσδιορισμό των παρόμοιων ιδιοτήτων τους. Είναι οι εξής:
- ένας μεγάλος αριθμός ηλεκτρονίων στο εξωτερικό επίπεδο;
- μεγάλη ατομική ακτίνα;
- πολλές καταστάσεις οξείδωσης (από +3 έως +7);
- ηλεκτρόνια σθένους βρίσκονται στο d- ή f-υποεπίπεδο;
- αποτελούν 4-6 μεγάλες περιόδους του συστήματος.
Ως απλές ουσίες, τα μέταλλα αυτής της ομάδας είναι πολύ ισχυρά, όλκιμα και ελατά, επομένως έχουν μεγάλη βιομηχανική σημασία.
Πλάγιες υποομάδες του περιοδικού συστήματος
Τα γενικά χαρακτηριστικά των μετάλλων των δευτερογενών υποομάδων συμπίπτουν πλήρως με αυτά των μεταβατικών. Και αυτό δεν προκαλεί έκπληξη, γιατί, στην πραγματικότητα, είναι ακριβώς το ίδιο πράγμα. Απλώς οι πλευρικές υποομάδες του συστήματος σχηματίζονται ακριβώς από εκπροσώπους των οικογενειών d- και f, δηλαδή μετάλλων μετάπτωσης. Επομένως, μπορούμε να πούμε ότι αυτές οι έννοιες είναι συνώνυμες.
Οι πιο δραστήριες και σημαντικές από αυτές είναι η πρώτη σειρά των 10 αντιπροσώπων από σκάνδιο έως ψευδάργυρο. Όλα αυτά έχουν μεγάλη βιομηχανική σημασία και συχνάχρησιμοποιείται από τον άνθρωπο, ειδικά για τήξη.
Κράματα
Τα γενικά χαρακτηριστικά των μετάλλων και των κραμάτων μας επιτρέπουν να κατανοήσουμε πού και πώς είναι δυνατόν να χρησιμοποιήσουμε αυτές τις ουσίες. Τέτοιες ενώσεις έχουν υποστεί μεγάλες μεταμορφώσεις τις τελευταίες δεκαετίες, επειδή όλο και περισσότερα νέα πρόσθετα ανακαλύπτονται και συντίθενται για τη βελτίωση της ποιότητάς τους.
Τα πιο διάσημα κράματα σήμερα είναι:
- ορείχαλκος;
- duralumin;
- χυτοσίδηρος;
- χάλυβας;
- χάλκινο;
- θα κερδίσει;
- nichrome και άλλα.
Τι είναι ένα κράμα; Αυτό είναι ένα μείγμα μετάλλων που λαμβάνεται με την τήξη των τελευταίων σε ειδικές συσκευές κλιβάνου. Αυτό γίνεται για να ληφθεί ένα προϊόν που είναι ανώτερο σε ιδιότητες από τις καθαρές ουσίες που το σχηματίζουν.
Σύγκριση ιδιοτήτων μετάλλων και μη μετάλλων
Αν μιλάμε για γενικές ιδιότητες, τότε τα χαρακτηριστικά των μετάλλων και των μη μετάλλων θα διαφέρουν σε ένα πολύ σημαντικό σημείο: για το τελευταίο, παρόμοια χαρακτηριστικά δεν μπορούν να διακριθούν, αφού διαφέρουν πολύ στις φυσικές και χημικές τους ιδιότητες.
Ως εκ τούτου, είναι αδύνατο να δημιουργηθεί ένα τέτοιο χαρακτηριστικό για τα μη μέταλλα. Είναι δυνατό μόνο να εξεταστούν χωριστά οι εκπρόσωποι κάθε ομάδας και να περιγραφούν οι ιδιότητές τους.
