Большинство химических элементов относится к металлам (химия, 9 класс). Под этим материалом подразумеваются простые вещества, наделенные определенным комплексом свойств: кристаллическая структура, блеск, высокая теплопроводность и электропроводимость, а также ее зависимость от нагрева, способность легко отдавать электроны, ковкость, тягучесть, склонность к образованию сплавов.
Общая характеристика
В атомах металлов наружные электроны удерживаются довольно слабо (если сравнивать с другими, неметаллическими, элементами). В химических реакциях металлы обычно выступают в качестве восстановителей — это объясняется тем, что они имеют низкую степень ионизации.
Для металлов и их сплавов характерна металлическая связь, то есть та, что возникает за счет перекрытия валентных электронов. Это дает возможность осуществлять взаимные атомные смещения без нарушения кристаллической решетки (это объясняет тот факт, что эти вещества более пластичные по сравнению с неметаллами).
Современная периодическая система насчитывает 118 элементов (правда, часть из них до сих пор не признана), и большая часть из них именно металлы. В свою очередь, они делятся на «подвиды»:
- Щелочные (примером таких выступают натрий Na, калий K, цезий Cs, франций Fr и прочие).
- Щелочноземельные — кальций Ca, стронций Sr, барий Ba.
- Переходные — медь Cu, серебро Ag, золото Au. Эта группа — самая многочисленная, она насчитывает 38 веществ.
- Легкие — алюминий Al, олово Sn, титан Ti.
- Полуметаллы — кремний (Si), бор (B), мышьяк (As), сурьма (Sb).
- Лантаноиды — лантан (La), лютеций (Lu), скандий, иттрий.
- Актиноиды (они до конца не изучены) — торий, плутоний, уран, нептуний.
Примечательно, что такие элементы, как магний и бериллий, нельзя отнести ни к одной из групп — их свойства отличаются от характеристик прочих металлов. Например, при нормальных условиях они устойчивы к воздействию воды и воздуха, потому что имею тончайшую оксидную пленку по всей своей поверхности.
Большинство металлов при нормальных условиях находятся в твердом состоянии. Но бывают исключения: например, ртуть и франций (условно) при комнатной температуре и обычном атмосферном давлении.
Твердость у всех элементов отлична. Температура плавления колеблется от -39°C (Hg) до 3410 °C (W). В зависимости от плотности они делятся на легкие (Li) и тяжелые (Os, Ir).
Нахождение в природе и получение
Металлы (общая формула записывается как Me) могут присутствовать в природе как самородки. Это характерно для тех, что практически не окисляются на воздухе (пример: платина, золото, серебро, реже — ртуть и медь).
Они могут встречаться в самородном состоянии и как вкрапления в различных минералах. Но вот большие «куски» (самородки) образуют нечасто.
Названия таких соединений подчиняются определенной структуре: сначала указывается наименование аниона, а затем — катиона, из которых состоит вещество. Например: [Li (H2O)4]NO3 — нитрат тетрааквалития.
Образование сплавов
Если соединить несколько металлических (металых) компонентов в один, то можно получить материал, способный «перещеголять» по своим свойствам исходные материалы. Согласно определению, сплавы — это однородный продукт, состоящий из нескольких химических элементов с преобладанием металлических ингредиентов. Получают их при смешивании расплавленных Me. Различают такие виды:
- Механические — это смесь мельчайших кристаллов компонентов, входящих в сплав.
- Твердые — в этом случае в узлах кристаллической решетки находятся атомы сплавленных элементов.
- Интерметаллические — материалы, полученные «растворением» элементов друг в друге.
Примечательно, что сплавы бывают не только состоящие исключительно из металлов — в них часто присутствуют и неметаллические вещества. При этом они могут не просто смешиваться механически, но и образовывать атомные соединения. Такие сплавы будут значительно отличаться по своим физическим и химическим свойствам от элементов-исходников. Кроме того, существует возможность заранее задавать свойства, которыми будет обладать полученный материал:
- Чугун — сплав Fe с C, в котором присутствуют легирующие добавки. Используется для изготовления деталей, различных предметов в тяжелой промышленности (машиностроение, автомобилестроительная индустрия и прочие).
- Латунь — медь + цинк. Материал устойчив к коррозии, легко сваривается со сталью. Благодаря своему цвету (золотистый) широко применяется для изготовления фурнитуры, художественных изделий.
- Амальгама — металлическая смесь, содержащая ртуть. Применяется для золочения металлсодержащих изделий, в производстве зеркал, люминесцентных ламп.
- Сталь — смесь железа с углеродом (но второго компонента меньше, чем в чугуне — всего до 1,8%), также с использованием легирующих добавок, в качестве которых используются Ni, P, Si, Mn, и некоторые другие. Используется для изготовления различных инструментов (слесарных, столярных), в строительстве, судоремонтной и авиационной промышленности.
- Мельхиор — медь и никель. Применяется для изготовления посуды, бюджетных ювелирных и художественных изделий.
- Бронза — медь, олово и легирующие добавки. Используется в машиностроении, ракетостроении, авиационной индустрии, для изготовления художественных изделий и прочего.
- Дюралюминий (дюраль) — сплав Al + Cu + Mg + Mn. Используется в авиастроении, производстве скоростных поездов, и прочих отраслях машиностроения.
Современные технологии нуждаются в тысячах «нестандартных» металлических материалов, обладающих определенным свойствами.
Поэтому изучение этих элементов, проведение опытов с различными сплавами, еще долгое время будет являться одним из приоритетных направлений науки и промышленности.