Металлы

1. МЕТАЛЛЫ

2.

Общие свойства металлов
обусловлены:
- Строением атома
- Наличием кристаллической
решетки
- Наличием металлической связи

3.

У атомов Ме обычно на внешнем слое находится 1-4 электронов

4.

Виды кристаллических решеток
атомная
ионная
металлическая
Кристаллические решетки металлического типа содержат
в узлах положительно заряженные ионы и нейтральные
атомы; между ними передвигаются относительно
свободные электроны («электронный газ»).

5.

Основные типы кристаллических
решеток металлов

6.

ОБЩИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
Положение металлов в периодической таблице:
Диагональ от бора к астату: слева внизу по диагонали
находятся элементы - Ме. Элементы, расположенные
вблизи диагонали (Be, Al, Ti, Ge, Sb и др.), являются
амфотерными.
МЕТАЛЛЫ:
s-элементы I и II групп
p-элементы главных подгрупп: III (кроме B), IV (Ge,
Sn, Pb), V (Sb, Bi) и VI (Po)
все d- и f-элементы.

7.

Расположение металлов в периодической системе
Д.И. Менделеева

8. Расположение металлов в периодической системе Д.И. Менделеева

3
Li
11
Na
19
K
37
Rb
55
Cs
87
Fr
4
Be
12
Mg
20
Ca
38
Sr
56
Ba
88
Ra
13
Al
21
Sc
39
Y
57-71
лантан
оиды
89-103
Актин
оиды
22
Ti
40
Zr
72
Hf
23
24
25
V
Cr
Mn
41
42
43
Nb
Mo
Tc
73
74
75
Ta
W
Re
Черные металлы
Щелочноземельные металлы
Легкие металлы
Редкоземельные металлы
Урановые металлы
26
Fe
44
Ru
76
Os
27
Co
45
Rh
77
Ir
28
29
30
31
Ni
Cu
Zn
Ga
46
47
48
49
Pd
Ag
Cd
In
78
79
80
81
Pt
Au
Hg
Tl
Цветные металлы
Тугоплавкие металлы
Железные металлы
Благородные металлы
Легкоплавкие металлы
32
Ge
50
Sn
82
Pb
33
As*
51
Sb
83
Bi

9. Черные металлы

Черные металлы характеризуются темносерым цветом, большой плотностью (кроме
щелочноземельных Ме), высокой температурой
плавления, относительно высокой твердостью.

10.

Черные подразделяются:
• Железные металлы - Fe, Co, Ni (ферромагнетики) и Mn.
• Тугоплавкие металлы - температура плавления выше Fe
(1539оС) - добавки легированных сталей и основы для
соответствующих сплавов.
• Урановые металлы - актиноиды - для сплавов атомной
энергетики.
• Редкоземельные металлы (РЗМ) – лантан , церий, неодим,
празеодим и др. - лантаноиды + иттрий и скандий. Близки по
химическим, различаются по физическим свойствам.
Присадки к сплавам других элементов.
• Щелочноземельные металлы. В свободном состоянии
применяются в особых случаях (теплоносители в атомных
реакторах).

11. Цветные металлы

Цветные металлы характеризуются:
характерной окраской (красная, желтая, белая),
большой пластичностью, низкой температурой
плавления.

12.

Цветные подразделяются:
• Легкие металлы - Be, Mg, Al - малая плотность.
• Благородные металлы - Ag, Au, платиновая
группа (Pt, Pd, Ir (иридий), Rh (родий), Os
(осмий), Ru (рутений)), "полублагородная" медь.
Высокая устойчивость против коррозии.
• Легкоплавкие металлы - Zn, Cd, Hg, Sn, Pb, Bi,
Tl (таллий), Sb (сурьма), элементы с
ослабленными металлическими свойствами: Ga
(галлий), Ge (германий).

13. Нахождение металлов в природе

В самородном состоянии: Cu, Ag, Hg, Pt, Au
В виде соединений:
оксиды: (Fe3O4 – магнетит),
соли:
карбонатные (CaCO3 – известняк),
фосфатные, силикатные, алюмосиликатные
(K2O×Al2O3×6SiO2 – полевой шпат или
ортоклаз), сульфидные (HgS – киноварь)
галидные (NaCl – галит, каменная или
поваренная соль).

14.

Руды – природные соединения металлов
Оксидные: Fe2O3 - гематит, Fe2O3•H2O – гетит, Al2O3 –
боксит, TiO2 – рутил, SnO2 – касситерит;
Сульфидные: FeS2 – железный колчедан (пирит),
Cu2S•FeS2 – медный колчедан (халькопирит), PbS –
свинцовый блеск, ZnS – цинковая обманка
Силикатные и алюмосиликатные: полевой шпат
K2O•Al2O3•6SiO2, каолинит Al2O3•2SiO2•2H2O, берилл
3BeO•Al2O3•6SiO2;
Карбонатные: CaCO3 - мрамор, мел, известняк;
MgCO3 - магнезит, CuCO3•Cu(OH)2 – малахит;
Галидные: NaCl - каменная или поваренная соль, KCl
- сильвин, KCl•MgCl2•6H2O – карналлит.

15.

платина

16.

гематит Fe2O3
боксит Al2O3
касситерит SnO2

17.

пирит FeS2
халькопирит
Cu2S•FeS2

18.

Распространённость химических
элементов во Вселенной (в
массовых долях)
Остальные; 2%
Не; 23%
Н; 75%
Распространённость химических
элементов на Земле (в массовых
долях)
О
Si
Al
Fe
Ca
Na
K
Mg
H
Остальные

19. Физические свойства металлов

1. Твердость (кроме Hg)
Самый твердый – Cr - режет стекло;
самые мягкие – K, Na, Rb и Cs – режутся ножом.
2. Непрозрачность/металлический блеск
Все металлы серого цвета, кроме Cu, Cs, Au.
Al и Mg имеют блеск в порошкообразном
состоянии.
3. Температура плавления
t > 1000оC тугоплавкие
t < 1000оC легкоплавкие
tпл (Hg) = –39оС; tпл (W) = 3420оС

20.

4. Плотность
От 0,53 Li до 22,5 г/см3 Os
< 5 г/см3 – легкие металлы (щелочные, щелочноземельные, Be, Al, Sc, Y, Ti).
> 5 г/см3 – тяжелые металлы
5. Пластичность (ковкость)
Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe
уменьш.
Из 1 г золота можно вытянуть проволоку длиной
34,2 м. Можно получить золотую фольгу толщиной
0,0001 мм, что в 500 раз тоньше волоса).

21.

6.Электропроводность - направленное движение
свободных электронов под влиянием небольшой
разности потенциалов.
В ряду Ag, Cu, Al, Fe уменьшается.
7. Теплопроводность. Закономерность та же.
Обусловлена высокой подвижностью свободных
электронов и колебательным движением атомов,
отсюда быстрое выравнивание температуры.
Наибольшая – у Ag и Cu, наименьшая - у Bi и Hg.

22.

8. Магнитные свойства
a) Диамагнитные
(в основном амфотерные Ме: Be,Zn,Ga,Ge)
б) Парамагнитные
в) Ферромагнитные (Fe, Co, Ni)

23.

металлы тяжелее воды

24.

Ga
Большинство твердые вещества
при комнатной
температуре, но есть
и жидкие:
Hg
Cs

25.

Большинство имеют металлический
блеск, серые или белые
Cs кристаллы
Au
самородок
Cu самородок

26.

1. Черные и цветные
2. Тяжелые (ƍ≥5 г\см3) и легкие (ƍ≤5г\см3)
3. Драгоценные
Благородные
4. Платиновые
металлы
5. Редкоземельные
Y, Sc, La и лантаноиды

27.

Черные
Получено электролизом, чистота 99,97%
Fe

28.

Цветные
Ag
Bi
Rb
Ti
Sn

29.

Fe
Hg
Pb
Тяжелые
Bi

30.

Тяжелые
99,99%
Sb
Co
Ni
Медленный электролиз

31.

Li, K, Легки
Na, Rb, е
Ca
Cs, Fr,
Be,
Mg,
Ca, Sr,
Ba, Al,
Sn
Mg
Al
«осч»
Rb

32.

Ag
Au

33.

Os
Pt
Rh

34.

La

35.

Sc
Eu
Y

36.

макрогомогенная система, обладающая
металлическими свойствами и состоящая
из двух или более химических элементов.
Компоненты:
Не взаимодействуют
Взаимодействуют
расслоение
Гомогенная
систематвердый р-р
Al и Pd
Al и Cd
Zn и Pb
Гетерогенная системасмесь компонентов
С
И
Л
Ь
Н
О

37.

СПЛАВЫ – СМЕСИ (ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ)
а
б
в
г
Схемы образования твердого раствора (или смешанного кристалла)
в металлах: а – решетка металла-растворителя; б – твердый
раствор замещения; в – фаза со сверхструктурой; г – твердый
раствор внедрения.

38.

растворы замещения
растворы внедрения
упорядоченные
растворы
Cu - Ni
Fe - Cr
Fe – Al
Fe - C
Fe - H
Cu – Au
Fe – Si, Ni - Mn

39.

Очень сильное взаимодействие между атомами
металлов
Интерметаллические соединения (интерметаллиды)-
Соединения металлов между собой
неметаллами (Н, В, С, N и др.);
металлическая.
ScMn2, Sc3Fe, ScFe3, TiCr3, CrMn3,
Mg2Si, Mg2Ge, Mg2Sn, Mg3P2,
Mg3As2, Ag3Sn
и с
связь

40.

Примеры сплавов:
Чугун – сплав Fe с С, содержание С > 2% масс.;
Зеркальный чугун
Сталь – сплав Fe с С, содержание С менее 2%
масс.;
Марганцовистая сталь – сталь, содержащая
марганец не менее 1%;
Манганин – сплав 11% Mn, 2,5-3,5% Ni и
86% Cu;
Бронза – сплавы на основе Cu (Sn, Al, Be, As, Pb,
Cr);
Нейзильбер, фехраль.

41.

42.

сплав Fe с С (3,5-5,5%) и
Mn (5-20%);
используется в производстве
стали
для
раскисления и науглероживания:
На изломе – зеркальный
блеск
Mn + S = MnS
2Mn + O2 = 2MnO

43.

Обычная
углеродистая
Кровля, до 25 лет
нержавеющая

44.

Сталь 35Г
Повышенная твердость и
износостойкость
щеки дробилок
литье
башня танка

45.

высокое электрическое
сопротивление,
демпфирование - поглощение
энергии механических колебаний при ударе по сплаву звук не звучит
громко.
самые «тихие»
сплавы: 70% Mn и
30% Cu

46.

Самая древняя !
Бронза:
оловянная – Cu-Sn
алюминиевая – Cu-Al
бериллиевая – Cu-Be
и т.п.

47.

Нейзильбер:
Cu(50-60%) –Ni(20-25%) –Zn(18-22%)
Фехраль: Al-Cr (15-30%)-Fe
(70% и более)

48. СПЛАВЫ (всего их более 5000)