Загальні властивості металів

Елементи з металевими властивостями розташовані вIA - VIA групах періодичної системи (табл. 7).

Металами є також всі елементи, розташовані вIБ - VIIIб # 8209; групах (перехідні метали).

В даний час в Періодичній системі 92 металу.

Типовими металами є s # 8209; елементи (елементи IA # 8209; групи від Li до Fr, елементи IIA # 8209; групи від Mg до Ra). Загальна електронна формула їх атомів ns 1-2. Для них характерні ступені окислення + I і + II відповідно.

Невелике число електронів (1-2) на зовнішньому енергетичному рівні атомів типових металів передбачає легку втрату цих електронів і прояв сильних відновлювальних властивостей, що відображають низькі значення електронегативності. Звідси випливає обмеженість хімічних властивостей і способів отримання типових металів.

Характерною особливістю типових металів є прагнення їх атомів утворювати катіони і іонні хімічні зв'язки з атомами неметалів. З'єднання типових металів з неметалами - це іонні кристали «катіон металлааніон неметалла», наприклад К + Br # 8209 ;. Са 2+ O 2 # 8209 ;. Катіони типових металів входять також до складу з'єднань зі складними аніонами - гідроксидів і солей, наприклад Mg 2+ (OH # 8209; ) 2. (Li +) 2 CO3 2 # 8209; .

Метали А # 8209; груп, що утворюють діагональ амфотерности в Періодичній системі Be # 8209; Al # 8209; Ge # 8209; Sb # 8209; Po, а також прилеглі до них метали (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) не виявляють типово металевих властивостей. Загальна електронна формула їх атомів ns 2 np 0-4 передбачає більшу різноманітність ступенів окислення, велику здатність утримувати власні електрони, поступове зниження їх відновної здатності і поява окислювальної здатності, особливо в високих ступенях окислення (характерні приклади - з'єднання Тl III. Pb IV. Bi v). Подібне хімічне поведінка характерна і для більшості d # 8209; елементів, т. Е. Елементів Б # 8209; груп Періодичної системи (типові приклади - амфотерні елементи Cr і Zn).

Це прояв подвійності (амфотерности) властивостей, одночасно металевих (основних) і неметалічних, обумовлено характером хімічного зв'язку. У твердому стані з'єднання нетипових металів з неметалами містять переважно ковалентні зв'язки (але менш міцні, ніж зв'язку між неметалами). У розчині ці зв'язки легко розриваються, а з'єднання диссоциируют на іони (повністю або частково). Наприклад, метал галій складається з молекул Ga2. в твердому стані хлориди алюмінію і ртуті (II) AlCl3 і HgCl2 містять сильно ковалентні зв'язки, але в розчині AlCl3 дисоціює майже повністю, a HgCl2 - в дуже малому ступені (та й то на іони HgCl + і Cl # 8209; ).

У вільному вигляді все метали - тверді речовини, крім одного - ртуті Hg, яка при звичайних умовах рідина. У кристалах металів переважає особливий вид зв'язку (металева зв'язок); валентні електрони слабо пов'язані з конкретним атомом в решітці, і всередині металу існує так званий електронний газ. Всі метали мають високу електропровідність (найбільша y Ag, Cu, Аі, Al, Mg) і теплопровідністю. Зустрічаються низкоплавкие метали (цезій Cs з температурою плавлення 28,7 ° C плавиться від тепла руки) і, навпаки, вельми тугоплавкі (вольфрам W плавиться лише при 3387 ° C). Відмітною рисою металів є їх пластичність (гнучкість), внаслідок чого вони можуть бути прокатані в тонкі аркуші - фольгу (Sn, Al, Au) або витягнуті в дріт (Cu, Al, Fe), проте зустрічаються і дуже тендітні метали (Zn, Sb , Bi).

У промисловості часто використовують не чисті метали, а їх суміші - сплави, в яких корисні властивості одного металу доповнюються корисними властивостями іншого. Так, мідь має невисоку твердість і малопридатна для виготовлення деталей машин, сплави ж міді з цинком (латунь) є вже досить твердими і широко використовуються в машинобудуванні. Алюміній має високу пластичність і достатньою легкістю (малої щільністю), але занадто м'який. На його основі готують сплав з магнієм, міддю і марганцем - дуралюмин (дюраль), який, не втрачаючи корисних властивостей алюмінію, набуває високу твердість і стає придатним в авіабудуванні. Сплави заліза з вуглецем (та добавками інших металів) - це широко відомі чавун і сталь.

Метали в вільному вигляді є відновниками. Однак реакційна здатність деяких металів невелика з # 8209; за того, що вони покриті поверхневої оксидної плівкою, в різному ступені стійкої до дії таких хімічних реактивів, як вода, розчини кислот і лугів.

Наприклад, свинець завжди покритий оксидною плівкою, для його переходу в розчин потрібно не тільки вплив реактиву (наприклад, розведеної азотної кислоти), а й нагрівання. Оксидна плівка на алюмінії перешкоджає його реакції з водою, але під дією кислот і лугів руйнується. Пухка оксидна плівка), що утворюється на поверхні заліза у вологому повітрі, не заважає подальшому окисленню заліза.

Під дією концентрованих кислот на металах утворюється стійка оксидна плівка. Це явище називається пасивацією. Так, в концентрованої сірчаної кислоти пасивуються (і після цього не реагують з кислотою) такі метали, як Be, Bi, З, Fe, Mg і Nb, а в концентрованої азотної кислоти - метали Al, Be, Bi, З, Cr, Fe , Nb, Ni, Pb, Th і U.

При взаємодії з окислювачами в кислих розчинах більшість металів переходить в катіони, заряд яких визначається стійкою ступенем окислення даного елемента в сполуках (Na +. Са 2+. Al 3+. Fe 2+ і Fe 3+).

Відновлювальна активність металів в кислому розчині передається поруч напруг. Більшість металів перекладається в розчин соляної і розведеною сірчаної кислотами, але Cu, Ag і Hg - тільки сірчаної (концентрованої) і азотної кислотами, a Pt і Аі - «царської горілкою».

Небажаним хімічною властивістю металів є їх корозія, т. Е. Активне руйнування (окислення) при контакті з водою і під впливом розчиненого в ній кисню (киснева корозія). Наприклад, широко відома корозія залізних виробів в воді, в результаті чого утворюється іржа, і вироби розсипаються в порошок.

Корозія металів протікає в воді також з # 8209; за присутності розчинених газів СO2 і SO2; створюється кислотне середовище, і катіони Н + витісняються активними металами в вигляді водню Н2 (воднева корозія).

Саме з # 8209; за цього іржавіє луджена поверхня консервних банок (залізо, покрите оловом) при зберіганні у вологому атмосфері і недбалому поводженні з ними (залізо швидко руйнується після появи хоч би невеликої подряпини, що допускає контакт заліза з вологою). Навпаки, оцинкована поверхня залізного відра довго не іржавіє, оскільки навіть при наявності подряпин кородує НЕ залізо, а цинк (активніший метал, ніж залізо).

Опір корозії для даного металу посилюється при його покритті більш активним металом або при їх сплаві; так, покриття заліза хромом або виготовлення сплаву заліза з хромом усуває корозію заліза. Хромоване залізо і сталь, що містить хром (нержавіюча сталь), мають високу корозійну стійкість.

Загальні способи отримання металів в промисловості:

• електрометалургія, т. Е. Отримання металів електролізом розплавів (для найбільш активних металів) або розчинів солей;

• Пірометалургія, т. Е. Відновлення металів з руд при високій температурі (наприклад, отримання заліза в доменному процесі);

• гідрометалургія, т. Е. Виділення металів з розчинів їх солей більш активними металами (наприклад, отримання міді з розчину CuSO4 дією цинку, заліза або алюмінію).

У природі іноді зустрічаються самородні метали (характерні приклади - Ag, Au, Pt, Hg), але частіше метали перебувають у вигляді сполук (металеві руди). За поширеністю в земній корі метали різні: від найбільш поширених - Al, Na, Са, Fe, Mg, К, Ti до найрідкісніших - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.