Prvi materijal koji su ljudi naučili koristiti za svoje potrebe je kamen. Međutim, kasnije, kada je osoba postala svjesna svojstava metala, kamen se pomaknuo daleko unatrag. Upravo su te tvari i njihove legure postale najvažniji i glavni materijal u rukama ljudi. Od njih su se izrađivali predmeti za kućanstvo, oruđa za rad, gradili prostori. Stoga ćemo u ovom članku razmotriti što su metali, čije su opće karakteristike, svojstva i upotreba toliko relevantne do danas. Uostalom, doslovno odmah nakon kamenog doba, slijedi cijela galaksija metalnih: bakra, bronce i željeza.
Metali: opće karakteristike
Što ujedinjuje sve predstavnike ovih jednostavnih tvari? Naravno, ovo je struktura njihove kristalne rešetke, vrste kemijskih veza i značajke elektronske strukture atoma. Uostalom, otuda i karakteristična fizička svojstva koja su u osnovi korištenja ovih materijala od strane ljudi.
Prije svega, razmotrite metale kao kemijske elemente periodnog sustava. U njemu se nalaze prilično slobodno, zauzimaju 95 ćelija od do sada poznatih 115. Nekoliko je obilježja njihova položaja u op.sustav:
- One čine glavne podskupine grupa I i II, kao i III, počevši od aluminija.
- Sve sekundarne podgrupe sastoje se samo od metala.
- Nalaze se ispod uvjetne dijagonale od bora do astatina.
Na temelju takvih podataka, lako je vidjeti da se nemetali skupljaju u gornjem desnom dijelu sustava, a ostatak prostora pripada elementima koje razmatramo.
Svi imaju nekoliko značajki elektronske strukture atoma:
- Veliki atomski radijus, zbog čega veza između vanjskog elektrona i jezgre slabi, pa ga metali lako odaju, djelujući kao redukcijski agensi.
- Mali broj elektrona u vanjskom energetskom sloju.
- U skupini od vrha do dna, metalna svojstva elemenata su poboljšana, a duž razdoblja slijeva na desno, naprotiv, slabe. Dakle, najjači nemetal je fluor, a najslabiji francij.
Opće karakteristike metala i nemetala omogućuju nam da identificiramo uzorke u njihovoj strukturi. Dakle, kristalna rešetka prvog je metalna, posebna. Njegovi čvorovi sadrže nekoliko vrsta čestica odjednom:
- ioni;
- atomi;
- elektroni.
Unutar se nakuplja obični oblak, nazvan elektronski plin, što objašnjava sva fizička svojstva ovih tvari. Vrsta kemijske veze u metalima istog imena s njima.
Fizička svojstva
Postoji niz parametara koji ujedinjuju sve metale. Opće karakteristike njihove fizičkesvojstva izgledaju ovako.
- Sjaj metala. Imaju ga svi predstavnici ove skupine tvari. Istovremeno, većina reflektira svjetlost jedne valne duljine, stoga emitira meku bijelo-srebrnu boju. Ali neke (zlato, bakar, mnoge legure) imaju žuti sjaj.
- Savitljivost i plastičnost. Ovaj parametar je također svojstven metalima. Opća karakteristika na toj osnovi, međutim, nije sasvim točna, budući da među predstavnicima ima vrlo mekih, savitljivih i duktilnih, a ima i prilično krhkih koji se obrađuju. Najsavitljiviji i najnosljiviji su zlato, srebro, bakar, aluminij i drugi. Manje savitljivi - kositar, olovo, mangan i drugi.
- Električna i toplinska vodljivost. Posjeduju ga svi predstavnici bez iznimke. Metali su provodnici prve vrste.
- Visoke točke taljenja i vrelišta. Na temelju toga dijele se na vatrostalne (temperatura iznad 1500 stupnjeva), topljive - ispod navedene brojke.
- Laki i teški metali ovisno o njihovoj gustoći. Što je manji, to je manja atomska težina elementa. Najlakši je litij, a najteži osmij.
- Tvrdoća. Rekorder za ovaj pokazatelj je krom, a najmekši je cezij, topi se u rukama.
Navedeni parametri - ovo je opća karakteristika metala, odnosno svega što ih spaja u jednu veliku obitelj. Međutim, treba shvatiti da od svakog pravila postoje iznimke. Štoviše, takvih je elemenata previše. Stoga, unutar same obitelji,postoje podjele na različite skupine, koje ćemo razmotriti u nastavku i za koje ćemo naznačiti karakteristične značajke.
Kemijska svojstva
Sa stajališta kemijske znanosti, svi metali su redukcijski agensi. I, vrlo jaka. Što je manje elektrona na vanjskoj razini i što je veći atomski radijus, to je metal jači prema navedenom parametru.
Kao rezultat toga, metali mogu reagirati s:
- nemetali;
- voda;
- kiseline;
- s lužinama (amfoterni metali);
- oksidi;
- soli slabijih metala.
Ovo je samo opći pregled kemijskih svojstava. Uostalom, za svaku grupu elemenata oni su čisto individualni.
zemnoalkalijski metali
Opće karakteristike zemnoalkalijskih metala su sljedeće:
- Imati dva elektrona na vanjskoj razini.
- Oni čine drugu grupu glavne podskupine periodnog sustava, osim berilija.
- U normalnim uvjetima, to su krute tvari koje se ne mogu rezati nožem.
- Boja jednostavnih metala je srebrno-siva, prekrivena oksidnim filmom u zraku.
- Njihova kemijska aktivnost je visoka, povećava se od magnezija do radija.
- Rasprostranjen u prirodi, osobito kalcij. U jednostavnom obliku, ne nalaze se zbog velike aktivnosti, ali tvore mnogo različitih spojeva važnih za ljude.
- Biološki važan. Kalcij i magnezij su važni elementi u tragovima za ljudski organizam iživotinje. Magnezij je također dio biljnog klorofila.
Dakle, zemnoalkalijski metali su uobičajeni elementi s-obitelji, pokazuju visoku kemijsku aktivnost i jaki su redukcijski agensi i važni sudionici u biološkim procesima u tijelu.
Alkalijski metali
Opća karakteristika alkalnih metala počinje njihovim imenom. Dobili su ga zbog sposobnosti da se otapa u vodi, stvarajući lužine - kaustične hidrokside. Reakcije s vodom su vrlo burne, ponekad zapaljive. Ove tvari se u prirodi ne nalaze u slobodnom obliku, jer je njihova kemijska aktivnost previsoka. Reaguju sa zrakom, vodenom parom, nemetalima, kiselinama, oksidima i solima, gotovo svime.
To je zbog njihove elektroničke strukture. Na vanjskoj razini postoji samo jedan elektron koji oni lako odaju. Radi se o najjačim redukcijskim sredstvima, zbog čega je trebalo dosta vremena da se dobiju u čistom obliku. Prvi je to učinio Humphrey Davy već u 18. stoljeću elektrolizom natrijevog hidroksida. Sada su svi predstavnici ove grupe minirani ovom metodom.
Opća karakteristika alkalnih metala leži u činjenici da oni čine prvu skupinu glavne podskupine periodnog sustava. Svi su oni važni elementi koji tvore mnoge vrijedne prirodne spojeve koje čovjek koristi.
Opće karakteristike metala d- i f-familija
Ova grupa elemenata uključuje sve onečija oksidacija može varirati. To znači da, ovisno o uvjetima, metal može djelovati i kao oksidacijsko i kao redukcijsko sredstvo. Takvi elementi imaju veliku sposobnost ulaska u reakcije. Među njima je velik broj amfoternih tvari.
Uobičajeni naziv za sve ove atome je prijelazni elementi. Dobili su ga zbog činjenice da po svojim svojstvima stvarno stoje, takoreći, u sredini između tipičnih metala s obitelji i nemetala iz obitelji p.
Opća karakteristika prijelaznih metala podrazumijeva označavanje njihovih sličnih svojstava. Oni su sljedeći:
- veliki broj elektrona na vanjskoj razini;
- veliki atomski radijus;
- nekoliko oksidacijskih stanja (od +3 do +7);
- valentni elektroni su na d- ili f-podrazini;
- oblikujte 4-6 velikih razdoblja sustava.
Kao jednostavne tvari, metali ove skupine su vrlo jaki, duktilni i savitljivi, stoga su od velike industrijske važnosti.
Bočne podskupine periodnog sustava
Opće karakteristike metala sekundarnih podskupina potpuno se podudaraju s onima prijelaznih. I to nije iznenađujuće, jer je, zapravo, potpuno ista stvar. Samo što bočne podskupine sustava tvore upravo predstavnici d- i f-obitelji, odnosno prijelaznih metala. Stoga možemo reći da su ovi pojmovi sinonimi.
Najaktivniji i najvažniji među njima su prvi red od 10 predstavnika od skandija do cinka. Svi su oni od velike industrijske važnosti i čestokoristi čovjek, posebno za topljenje.
Legure
Opće karakteristike metala i legura omogućuju nam da razumijemo gdje i kako je moguće koristiti te tvari. Takvi spojevi prošli su velike transformacije posljednjih desetljeća, jer se sve više novih aditiva otkriva i sintetizira kako bi se poboljšala njihova kvaliteta.
Najpoznatije legure danas su:
- mjed;
- duralumin;
- lijevano željezo;
- čelik;
- bronca;
- pobijediti;
- nichrome i drugi.
Što je legura? Ovo je mješavina metala dobivena topljenjem potonjih u posebnim uređajima za peći. To se radi kako bi se dobio proizvod koji je superiorniji u svojstvima od čistih tvari koje ga tvore.
Usporedba svojstava metala i nemetala
Ako govorimo o općim svojstvima, tada će se karakteristike metala i nemetala razlikovati u jednoj vrlo značajnoj točki: za potonje se slična svojstva ne mogu razlikovati, budući da se uvelike razlikuju po svojim fizikalnim i kemijskim svojstvima.
Stoga je nemoguće stvoriti takvu karakteristiku za nemetale. Moguće je samo zasebno razmotriti predstavnike svake grupe i opisati njihova svojstva.
