Metalle und Legierungen, die bei der Herstellung von Kunstprodukten verwendet werden. Gewinnung hochreiner Metalle

Die Menschheit begann bereits 3000-4000 v. Chr., Metalle aktiv zu nutzen. Dann lernten die Leute die häufigsten von ihnen kennen, das sind Gold, Silber, Kupfer. Diese Metalle waren auf der Erdoberfläche sehr leicht zu finden. Wenig später lernten sie Chemie und begannen, aus ihnen solche Spezies wie Zinn, Blei und Eisen zu isolieren. Im Mittelalter gewannen sehr giftige Metallarten an Popularität. Arsen war weit verbreitet, mit dem mehr als die Hälfte des königlichen Hofes in Frankreich vergiftet wurde. Es ist derselbe, der dazu beitrug, verschiedene Krankheiten jener Zeit zu heilen, die von Mandelentzündung bis zur Pest reichten. Bereits vor dem 20. Jahrhundert waren mehr als 60 Metalle bekannt, und zu Beginn des 21. Jahrhunderts - 90. Der Fortschritt steht nicht still und führt die Menschheit voran. Aber es stellt sich die Frage, welches Metall ist schwer und übertrifft alle anderen an Gewicht? Und im Allgemeinen, was sind diese schwersten Metalle der Welt?

Viele denken fälschlicherweise, dass Gold und Blei die schwersten Metalle sind. Warum genau ist es passiert? Viele von uns sind mit alten Filmen aufgewachsen und haben gesehen, wie die Hauptfigur eine Bleiplatte benutzt, um sich vor bösartigen Kugeln zu schützen. Darüber hinaus werden noch heute Bleiplatten in einigen Arten von Körperpanzern verwendet. Und beim Wort Gold haben viele Menschen ein Bild mit schweren Barren dieses Metalls. Aber zu glauben, dass sie die schwersten sind, ist falsch!

Um das schwerste Metall zu bestimmen, muss seine Dichte berücksichtigt werden, denn je größer die Dichte eines Stoffes ist, desto schwerer ist er.

TOP 10 der schwersten Metalle der Welt

Osmium (22,62 g/cm³),
Iridium (22,53 g / cm 3),
Platin (21,44 g / cm 3),
Rhenium (21,01 g / cm 3),
Neptunium (20,48 g / cm 3),
Plutonium (19,85 g / cm 3),
Gold (19,85 g/cm3)
Wolfram (19,21 g / cm 3),
Uran (18,92 g/cm³),
Tantal (16,64 g/cm3).

Und wo ist die Führung? Und es befindet sich in dieser Liste viel weiter unten, in der Mitte der zweiten Zehn.

Osmium und Iridium sind die schwersten Metalle der Welt

Betrachten Sie die wichtigsten Schwergewichte, die sich den 1. und 2. Platz teilen. Beginnen wir mit Iridium und sagen gleichzeitig Dank an den englischen Wissenschaftler Smithson Tennat, der dieses chemische Element 1803 aus Platin gewann, wo es zusammen mit Osmium als Verunreinigung vorlag. Iridium aus dem Altgriechischen lässt sich mit „Regenbogen“ übersetzen. Das Metall hat eine weiße Farbe mit einem silbernen Farbton und kann nicht nur als schwer, sondern auch als das haltbarste bezeichnet werden. Es gibt sehr wenig davon auf unserem Planeten und nur bis zu 10.000 kg davon werden pro Jahr abgebaut. Es ist bekannt, dass die meisten Iridiumvorkommen an den Orten von Meteoriteneinschlägen zu finden sind. Einige Wissenschaftler kommen zu dem Schluss, dass dieses Metall früher auf unserem Planeten weit verbreitet war, sich jedoch aufgrund seines Gewichts ständig näher an den Erdmittelpunkt drängte. Iridium ist heute in der Industrie weit verbreitet und wird zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet. Auch Paläontologen nutzen es gerne und bestimmen mit Hilfe von Iridium das Alter vieler Funde. Darüber hinaus kann dieses Metall zur Beschichtung einiger Oberflächen verwendet werden. Aber es ist schwierig, dies zu tun.

Betrachten Sie als nächstes Osmium. Es ist das schwerste im Periodensystem von Mendeleev bzw. das schwerste Metall der Welt. Osmium ist zinnweiß mit einem blauen Farbton und wurde zeitgleich mit Iridium auch von Smithson Tennat entdeckt. Osmium ist kaum zu verarbeiten und kommt vor allem an Orten von Meteoriteneinschlägen vor. Es riecht unangenehm, der Geruch ähnelt einer Mischung aus Chlor und Knoblauch. Und aus dem Altgriechischen wird es mit "Geruch" übersetzt. Das Metall ist ziemlich feuerfest und wird in Glühbirnen und anderen Geräten mit feuerfesten Metallen verwendet. Für nur ein Gramm dieses Elements muss man mehr als 10.000 Dollar bezahlen, daraus wird deutlich, dass das Metall sehr selten ist.

Osmium

Ob es Ihnen gefällt oder nicht, die schwersten Metalle sind sehr selten und daher teuer. Und wir müssen für die Zukunft bedenken, dass weder Gold noch Blei die schwersten Metalle der Welt sind! Iridium und Osmium sind die Gewichtssieger!

Bestehend aus Atomen eines chemischen Elements. Im Periodensystem nehmen die metallischen Eigenschaften der Elemente von rechts nach links zu. Alle reinen Metalle (als Elemente) sind einfache Substanzen.

Kristallines Silizium - Halbleiter

photoelektrischer Effekt

Unterscheiden Sie zwischen physikalisch und chemisch metallische Eigenschaften. Generell sind die Eigenschaften von Metallen sehr vielfältig. Metalle unterscheiden alkalisch, Erdalkali, Schwarz, farbig, Lanthanide(oder seltene Erden - ähnlich in chemischen Eigenschaften wie Erdalkalien), Aktiniden(die meisten von ihnen sind radioaktive Elemente), edel und Platin Metalle. Darüber hinaus weisen einzelne Metalle sowohl metallische als auch nichtmetallische Eigenschaften auf. Solche Metalle sind amphoter (oder, wie sie sagen, Übergangsmetalle).

Fast alle Metalle haben einige gemeinsame Eigenschaften: metallischer Glanz, Kristallgitterstruktur, die Fähigkeit, bei chemischen Reaktionen die Eigenschaften eines Reduktionsmittels zu zeigen, während sie oxidiert werden. Bei chemischen Reaktionen bilden Ionen gelöster Metalle bei Wechselwirkung mit Säuren Salze, bei Wechselwirkung mit Wasser (je nach Aktivität des Metalls) ein Alkali oder eine Base.

Warum glänzen Metalle?

Die Knoten des Kristallgitters von Metallen enthalten Atome. Elektronen, die sich um Atome bewegen, bilden ein "Elektronengas", das sich frei in verschiedene Richtungen bewegen kann. Diese Eigenschaft erklärt die hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit von Metallen.

Elektronengas reflektiert fast alle Lichtstrahlen. Deshalb sind Metalle so glänzend und haben meistens eine graue oder weiße Farbe. Die Bindungen zwischen den einzelnen Metallschichten sind gering, was es ermöglicht, diese Schichten unter Belastung in unterschiedliche Richtungen zu bewegen (also das Metall zu verformen). Reines Gold ist ein einzigartiges Metall. Durch das Schmieden von reinem Gold können Sie eine Folie mit einer Dicke von 0,002 mm herstellen! ein so dünnes Blech ist durchscheinend und hat eine grüne Tönung, wenn man durch es ins Sonnenlicht schaut.

Elektrophysikalische Eigenschaft von Metallen ausgedrückt in seiner elektrischen Leitfähigkeit. Es ist allgemein anerkannt, dass alle Metalle ein High haben elektrische Leitfähigkeit, dh Strom gut leiten! Dies ist jedoch nicht der Fall, und außerdem hängt alles von der Temperatur ab, bei der der Strom gemessen wird. Stellen Sie sich ein Kristallgitter aus einem Metall vor, in dem der Strom durch die Bewegung von Elektronen übertragen wird. Elektronen bewegen sich von einem Knoten des Kristallgitters zum anderen. Ein Elektron „drückt“ ein anderes Elektron aus dem Gitterplatz heraus, das sich weiter auf einen anderen Gitterplatz zubewegt, und so weiter. Das heißt, die elektrische Leitfähigkeit hängt auch davon ab, wie leicht sich Elektronen zwischen Gitterplätzen bewegen können. Wir können sagen, dass die elektrische Leitfähigkeit des Metalls von der Kristallstruktur des Gitters und der Dichte der darin enthaltenen Partikel abhängt. Die Teilchen an den Gitterplätzen haben Schwingungen, und diese Schwingungen sind umso größer, je höher die Temperatur des Metalls ist. Solche Schwingungen behindern die Bewegung von Elektronen im Kristallgitter erheblich. Je niedriger also die Temperatur des Metalls ist, desto höher ist seine Fähigkeit, Strom zu leiten!

Daraus ergibt sich das Konzept Supraleitung, die im Metall bei einer Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt auftritt! Am absoluten Nullpunkt (-273 0 C) sind die Schwingungen der Teilchen im Kristallgitter des Metalls vollständig gedämpft!

Elektrophysikalische Eigenschaft von Metallen im Zusammenhang mit dem Durchgang von Strom genannt wird Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands!

Elektrophysikalische Eigenschaft von Metallen

Es wurde eine interessante Tatsache festgestellt, dass beispielsweise in Blei (Pb) und Quecksilber (Hg) bei einer Temperatur, die nur wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt liegt, der elektrische Widerstand fast vollständig verschwindet, d.h. der Zustand der Supraleitung einsetzt.

Silber (Ag) hat die höchste elektrische Leitfähigkeit, gefolgt von Kupfer (Cu), gefolgt von Gold (Au) und Aluminium (Al). Die hohe elektrische Leitfähigkeit dieser Metalle ist mit ihrer Verwendung in der Elektrotechnik verbunden. Manchmal wird Gold (vergoldete Kontakte) verwendet, um die chemische Beständigkeit und Korrosionsschutzeigenschaften zu gewährleisten.

Es sollte beachtet werden, dass die elektrische Leitfähigkeit von Metallen viel höher ist als die elektrische Leitfähigkeit von Nichtmetallen. Beispielsweise haben Kohlenstoff (C - Graphit) oder Silizium (Si) eine 1000-mal geringere elektrische Leitfähigkeit als beispielsweise Quecksilber. Außerdem sind Nichtmetalle größtenteils keine elektrischen Leiter. Aber unter den Nichtmetallen gibt es Halbleiter: Germanium (Ge), kristallines Silizium sowie einige Oxide, Phosphite (chemische Verbindungen von Metall mit Phosphor) und Sulfide (chemische Verbindungen von Metall und Schwefel).

Wahrscheinlich kennen Sie das Phänomen – das ist die Eigenschaft von Metallen, unter Temperatur- oder Lichteinfluss Elektronen abzugeben.

Die Wärmeleitfähigkeit von Metallen lässt sich aus dem Periodensystem abschätzen – sie ist genauso verteilt wie die Elektronegativität von Metallen. (Metalle oben links haben die höchste Elektronegativität, zum Beispiel beträgt die Elektronegativität von Natrium Na -2,76 V). Die Wärmeleitfähigkeit von Metallen erklärt sich wiederum durch das Vorhandensein freier Elektronen, die Wärmeenergie transportieren.

Edelman V. Metalle // Kvant. - 1992. - Nr. 2. - S. 2-9.

Nach besonderer Vereinbarung mit der Redaktion und den Herausgebern der Zeitschrift "Kvant"

Was sind Metalle?

„Metall ist ein leichter Körper, der geschmiedet werden kann“, schrieb Lomonossow 1763. Werfen Sie einen Blick in Ihr Chemie-Lehrbuch und Sie werden feststellen, dass Metalle einen charakteristischen metallischen Glanz haben („glänzender Körper“) und gute Wärme- und Stromleiter sind. Richtig, genau dort werden Sie lesen, dass es Elemente gibt, die die Eigenschaften von Metallen und Nichtmetallen aufweisen. Mit anderen Worten, es gibt keine klare Linie, die sie voneinander trennt. Dem Chemiker, der sich vor allem für chemische Reaktionen interessiert und für den jedes Element eine eigene Welt ist, ist diese Zweideutigkeit nicht peinlich. Aber die Physik ist nicht zufrieden. Wenn die Physik Körper in Metalle und Nichtmetalle einteilt, müssen Sie verstehen, worin der grundlegende Unterschied besteht. Daher ist es notwendig, ein Metall so zu definieren, dass, wie in anderen Fällen im Bereich der exakten Wissenschaften, zwei Anforderungen erfüllt sind:

alle Metalle müssen ausnahmslos alle ihnen zugeschriebenen Eigenschaften besitzen;
andere Objekte sollten nicht mindestens eines dieser Merkmale aufweisen.

Bewaffnet mit diesen Überlegungen wollen wir sehen, ob alle Metalle ausnahmslos alle Eigenschaften haben, die ihnen das Lehrbuch zuschreibt. Beginnen wir mit „Sie können schmieden“, also mit Plastizität, modern ausgedrückt. Und dann erinnern wir uns im Einklang an Kunststoffe: Schließlich werden sie nicht umsonst so genannt, viele von ihnen zeichnen sich durch Plastizität aus - die Fähigkeit, ihre Form ohne Zerstörung irreversibel zu ändern. Kupfer, Eisen, Aluminium sind natürlich leicht zu schmieden, noch einfacher mit Blei, Indium ist ein eher seltenes und teures Metall – es lässt sich fast wie Wachs zerkleinern (und Wachs ist kein Metall!), Alkalimetalle sind noch weicher. Und versuchen Sie, auf gewöhnliches Gusseisen zu schlagen - und es wird in Stücke zerbrechen! Nun, dann werden Metallurgen sagen: Das liegt daran, dass Gusseisen kein einfacher Stoff ist. Es besteht aus Eisenkristallen, die durch Zwischenschichten aus Kohlenstoff, also Graphit, getrennt sind. An diesen Schichten bricht Gusseisen. Nun, das ist in Ordnung. Nur hier ist das Problem - spröder Graphit, wie sich herausstellt, bezieht sich die moderne Physik auf Metalle! Ja, und mehr als ein Graphit: Arsen, Antimon und Wismut werden beispielsweise unter den Metallen aufgeführt, lassen sich aber genauso gut schmieden wie Glas – sie zerspringen in kleine Stücke!

Machen Sie dieses einfache Experiment: Zerbrechen Sie den Ballon einer durchgebrannten Lampe, entfernen Sie die Wolframspule von dort und versuchen Sie, sie zu drehen. Es wird nichts daraus, es wird zu Staub zerfallen! Aber irgendwie haben sie es geschafft, es in der Fabrik zu verdrehen? Das bedeutet, dass es so etwas sein kann – entweder es kann verformt werden oder nicht, je nachdem, was mit der Probe in der Vergangenheit passiert ist. Nun, es ist anscheinend notwendig, sich von diesem Zeichen zu trennen - der Plastizität. Darüber hinaus ist es vielen Nichtmetallen inhärent; Immerhin das gleiche Glas - erhitzen Sie es, und es wird weich und biegsam.

Also kürzen wir den Wortlaut und fahren fort.

Als nächstes kommt „Brillanz“ oder, wissenschaftlich gesprochen, optische Eigenschaften. Es gibt viele glänzende Objekte: Wasser, Glas, polierte Steine und man weiß nie was noch. Nur „Glanz“ ist also nicht genug, sagt man: Metalle zeichnen sich durch einen metallischen Glanz aus. Nun, das ist ziemlich gut: Es stellt sich heraus, dass Metall Metall ist. Natürlich spüren wir intuitiv, dass poliertes Kupfer, Gold, Silber und Eisen metallisch glänzen. Und das weit verbreitete Mineral Pyrit – glänzt es nicht wie Metalle? Über die typischen Halbleiter Germanium und Silizium muss nicht gesprochen werden, sie sind äußerlich nicht von Metallen zu unterscheiden. Andererseits lernten sie vor nicht allzu langer Zeit, wie man gute Kristalle von Verbindungen wie Molybdändioxid erhält; Diese Kristalle sind braun-violett und haben wenig Ähnlichkeit mit gewöhnlichem Metall. Es stellt sich heraus, dass diese Substanz als Metall betrachtet werden sollte. Warum - es wird ein wenig weiter klar sein.

Der Glanz als rein „metallisches“ Zeichen verschwindet also.

Als nächstes kommt die Wärmeleitfähigkeit. Vielleicht kann man dieses Zeichen gleich verwerfen – ausnahmslos alle Körper leiten Wärme. Es wird zwar über Metalle gesagt, dass sie Gut Wärme leiten. Aber ich fürchte, auf die Frage "Was ist gut und was ist schlecht?" In diesem Fall wird kein Vater antworten.

Leitet Kupfer gut Wärme? Schauen wir uns die Tabelle an und stoßen sofort auf eine Gegenfrage: Welche Art von Kupfer und bei welcher Temperatur? Wenn Sie zum Beispiel reines Kupfer nehmen, aus dem Drähte für Funkgeräte hergestellt werden, und es auf Rotglut erhitzen, dh glühen, dann leitet es bei Raumtemperatur und sogar reines Silber die Wärme besser als jedes andere anderes Metall. Aber biegen Sie eine solche Kupferprobe, schlagen Sie darauf oder spannen Sie sie in einen Schraubstock - und ihre Wärmeleitfähigkeit wird merklich schlechter. Und was passiert, wenn ein Stück geglühtes Kupfer beginnt abzukühlen? Zunächst steigt die Wärmeleitfähigkeit an, steigt bei einer Temperatur von etwa 10 K um das Zehnfache an, beginnt dann schnell zu fallen und sollte beim Erreichen des absoluten Nullpunkts Null werden (Abb. 1).

Reis. 1. Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit von der Temperatur für verschiedene Stoffe. (Spezifische Wärmeleitfähigkeit ist die Wärmemenge, die zwischen gegenüberliegenden Seiten eines Würfels mit einer Seitenlänge von 1 cm bei einer Temperaturdifferenz zwischen diesen Seiten von 1 K in 1 s fließt.)

Nehmen wir nun ein anderes Metall - Wismut. Bei ihm sieht das Bild ganz ähnlich aus wie bei Kupfer, nur liegt die maximale Wärmeleitfähigkeit bei 3 K, und Wismut leitet Wärme bei Raumtemperatur schlecht, nicht viel besser als ein Quarzkristall. Aber Quarz ist kein Metall! Und derselbe Quarz, wie aus Abbildung 1 ersichtlich, erweist sich manchmal als nicht schlechter als Kupfer in Bezug auf seine Wärmeleiteigenschaften. Und Quarzglas, also Quarzglas, leitet Wärme schlecht, wie Edelstahl.

Quarz ist keine Ausnahme. Alle Kristalle von guter Qualität verhalten sich ähnlich, nur die Zahlen unterscheiden sich geringfügig. Diamant beispielsweise hat bereits bei Raumtemperatur eine bessere Wärmeleitfähigkeit als Kupfer.

Wärmeleitfähigkeit lehnen wir reinen Herzens ab und werden es nicht bereuen. Und das nicht nur, weil es auf dieser Grundlage nicht so einfach ist, ein Metall von einem Nichtmetall zu unterscheiden, sondern auch, weil sich herausstellt, dass die spezifischen Eigenschaften in der Wärmeleitfähigkeit von Metallen (und es gibt solche) eine Folge davon sind elektrische Leitfähigkeit - die letzte verbleibende Eigenschaft.

Und noch einmal, in der Formulierung am Anfang des Artikels ist die Klarstellung nicht nur elektrische Leitfähigkeit, sondern gut elektrische Leitfähigkeit. Aber wenn es um die Wärmeleitfähigkeit ging, hat uns der Beiname „gut“ aufgeschreckt, und wie sich herausstellte, nicht umsonst. Was - und die letzte verdächtigte Immobilie? Es muss unbedingt gerettet werden, sonst bleiben wir überhaupt ohne Metalle und gleichzeitig ohne Halbleiter, ohne Isolatoren. So funktioniert Wissenschaft! In den meisten Fällen wird jedes Schulkind ohne zu zögern sagen, womit er es zu tun hat, aber sie haben tiefer gegraben - sie haben verwirrt innegehalten.

Und es gibt etwas von. Nehmen wir Tabellen mit physikalischen Größen und sehen uns die Zahlen an. Hier beispielsweise bei Raumtemperatur der spezifische Widerstand ρ (Ohm cm) Kupfer ~1,55 10 -6 ; bei Wismut ρ ~ 10 -4 ; Graphit ρ ~ 10 -3 ; für reines Silizium und Germanium ρ ~ 10 2 (kann aber durch Zugabe von Verunreinigungen auf ~ 10 -3 gebracht werden); am Marmor ρ = 10 7 - 10 11; durch das Glas ρ = 10 10 ; und irgendwo am Ende der Liste - Bernstein mit einem spezifischen Widerstand von bis zu 1019. Und wo enden die Leitermetalle und beginnen die Dielektrika? Und Elektrolyte haben wir noch nicht erwähnt. Gewöhnliches Meerwasser leitet die Strömung gut. Was - und es als Metall betrachten?

Mal sehen, ob uns die Temperatur hilft. Wenn Sie die Temperatur erhöhen, beginnen sich die Unterschiede zwischen den Substanzen auszugleichen: Bei Kupfer beginnt der Widerstand zu steigen, bei Glas beispielsweise abzunehmen. Es ist also notwendig zu verfolgen, was während des Abkühlens passiert. Und hier sehen wir endlich qualitative Unterschiede. Schauen Sie sich Abbildung 2 an: Bei Temperaturen von flüssigem Helium nahe dem absoluten Nullpunkt spalten sich Substanzen in zwei Gruppen auf. Bei einigen bleibt der Widerstand klein, bei Legierungen oder bei nicht sehr reinen Metallen ρ ändert sich beim Abkühlen fast nicht, bei reinen Metallen nimmt der Widerstand stark ab. Je reiner und vollkommener der Kristall ist, desto größer ist diese Veränderung. Manchmal ist u bei einer Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt hunderttausendmal kleiner als bei Raumtemperatur. Bei anderen Substanzen wie Halbleitern beginnt der Widerstand mit sinkender Temperatur schnell anzusteigen, und je niedriger die Temperatur, desto größer ist er. Wenn es möglich wäre, den absoluten Nullpunkt zu erreichen, dann ρ unendlich groß werden würde. Allerdings reicht es aus, dass der Widerstand tatsächlich so groß wird, dass er von keinem modernen Instrument mehr gemessen werden kann.

Wir sind also zur Antwort gekommen: Metalle sind Substanzen, die bei jeder Temperatur Strom leiten.

Reis. 2. Abhängigkeit des spezifischen Widerstandes reiner Metalle (Kupfer und Platin) und eines Halbleiters (reines Germanium) von der Temperatur.

Im Gegensatz dazu hören Dielektrika auf, Strom zu leiten, wenn sie auf den absoluten Nullpunkt abgekühlt werden. Unter Verwendung dieser Definition sind sowohl Graphit als auch Molybdändioxid Metalle. Aber wohin mit Halbleitern? Wenn ein wir redenüber reine, perfekte Kristalle, dann handelt es sich streng genommen um Dielektrika. Wenn sie jedoch viele Verunreinigungen enthalten, können sie zu Metallen werden, d. H. Bei den niedrigsten Temperaturen leitfähig bleiben.

Was bleibt uns am Ende? Wir konnten uns identifizieren der Einzige ein wesentliches Zeichen, an dem wir, wenn auch nicht in der alltäglichen Praxis, so doch zumindest im Prinzip immer ein Metall von einem Nichtmetall unterscheiden können. Und da dieses Zeichen das einzige ist, sind automatisch beide Bedingungen erfüllt, deren Erfüllung wir am Anfang des Artikels gefordert haben.

Warum leiten Metalle Strom?

Es ist seit langem bekannt, dass einige Elemente wie Kupfer, Gold, Silber, Eisen, Blei, Zinn sowohl in reiner Form als auch miteinander verschmolzen Metalle bilden. Andere, wie Phosphor, Schwefel, Chlor, Stickstoff, Sauerstoff, sind nicht nur selbst keine Metalle, sondern verwandeln sie in Kombination mit Metallen in Dielektrika. Ein Beispiel hierfür ist Kochsalz. NaCl . Daher erschien in der Chemie die Unterteilung der Elemente in Metalle und Nichtmetalle.

Eine solche Einteilung ist jedoch nichts anderes als eine Tatsachenbehauptung, obwohl sie auf den ersten Blick den Anspruch erhebt, die Eigenschaften von Stoffen nur anhand der Struktur von Atomen zu erklären. Schauen wir uns doch einmal das Periodensystem an. Elemente, die sich in derselben Spalte befinden, sind in ihren chemischen Eigenschaften sehr ähnlich. Aber werden Kristalle oder daraus hergestellte Legierungen elektrischen Strom leiten? Wenn man sich die Tabelle ansieht, ist es unmöglich, diese Frage zu beantworten. Alle Elemente der ersten Gruppe sind also Metalle, mit Ausnahme des ersten Wasserstoffs. Aber ein Gesetz, das jemand brechen darf, ist kein Gesetz mehr. In der zweiten Gruppe ist es freilich besser: hier sind alle Elemente bekannte Metalle; und in der dritten Gruppe gibt es wieder einen Fehler: Bor ist ein Halbleiter, und Aluminium ist ein wunderbares Metall. Weiter noch schlimmer. Das erste Element der vierten Gruppe ist Kohlenstoff; Wir haben bereits erwähnt, dass Graphit, der sogenannte Kohlenstoffkristall, ein Metall ist. Aber auch Diamant ist ein Kristall, der aus Kohlenstoffatomen besteht, aber anders angeordnet ist als Graphit – ein Isolator. Silizium und Germanium sind klassische Halbleiter. Zinn - so scheint es, ein typisches Metall. Jedoch... Wenn die bekannte weiße glänzende Dose längere Zeit bei einer Temperatur von -30 ° C gehalten wird, ändert sich ihre Kristallstruktur und sie wird äußerlich grau. Und dieses Zinn – sie nennen es „graues Zinn“ – ist ein Halbleiter! Und Blei ist immer ein Metall.

Wenn Sie anfangen, verschiedene Elemente zu mischen, wird das Bild völlig kompliziert. Nehmen wir zum Beispiel zwei Metalle Indium und Antimon und verschmelzen sie – im Verhältnis eins zu eins. Wir bekommen einen Halbleiter, der in der Technologie weit verbreitet ist InSb . Andererseits haben wir bereits gesagt, dass Molybdändioxid MoO 2 beim T≈ 0 K leitet Strom, d.h. MoO 2 - Metall. (UND WO 2 , und Re 2 O 3 und einige andere Oxide sind auch Metalle.) Und wenn die aus Atomen resultierenden Kristalle stark komprimiert, gequetscht werden, stellt sich heraus, dass fast alle Substanzen zu Metallen werden, sogar so typische Halbmetalle wie Schwefel. Dafür ist der Übergangsdruck in den metallischen Zustand zwar sehr hoch - mehrere hunderttausend Atmosphären (und noch mehr für Wasserstoff).

Es scheint, dass die Trennung von Elementen in Metalle und Nichtmetalle keine so einfache Aufgabe ist. Jedenfalls ist klar, dass wir bei Betrachtung einzelner Atome nicht sagen können, ob ein Stoff, der aus diesen Atomen zusammengesetzt ist, Strom leiten wird T≈ 0 K, weil die Lage der Atome zueinander eine große Rolle spielt. Zur Beantwortung der Frage "Warum leiten Metalle Strom?" Es ist notwendig zu untersuchen, wie Atome miteinander interagieren und einen festen Körper bilden.

Mal sehen, wie es um das einfachste aller Metalle steht – Lithium. Ordnungsnummer Li - drei. Dies bedeutet, dass der Kern eines Atoms Li enthält drei Protonen und die positive Ladung des Kerns kompensiert drei Elektronen. Zwei von ihnen bilden eine gefüllte S-Schale, die dem Kern am nächsten liegt, und sind stark an den Kern gebunden. Das verbleibende Elektron befindet sich auf der zweiten s-Schale. Es könnte ein weiteres Elektron passen, aber Lithium hat es nicht. Alle anderen erlaubten Energiezustände sind frei, und Elektronen treten nur dann in sie ein, wenn das Atom angeregt wird (z. B. wenn Lithiumdampf stark erhitzt wird). Das Schema der Niveaus im Lithiumatom ist in Abbildung 3 dargestellt.

Reis. 3. Schema der Energieniveaus des Lithiumatoms und ihre Umwandlung in Zonen, wenn sich Atome zu einem Kristall verbinden. Beschäftigte Zustände sind rot markiert.

Betrachten Sie nun den Satz von Lithiumatomen, die sich in einem begrenzten Volumen befinden. Sie können ein Gas (Dampf), eine Flüssigkeit oder einen Feststoff bilden. Bei einer ausreichend niedrigen Temperatur verhindern die Kräfte der gegenseitigen Anziehung die thermische Bewegung der Atome und es bildet sich ein Kristall. Dies geschieht sicherlich bei absoluter Nulltemperatur, wenn alle bekannten Substanzen, außer Helium, Kristalle sind.

Aus Erfahrung ist also bekannt, dass bei niedrigen Temperaturen ein fester Zustand für Lithium ein stabiler Zustand ist. Aber bekanntlich ist immer ein solcher Materiezustand stabil, in dem ihre innere Energie geringer ist als in anderen möglichen Aggregatzuständen bei gleicher Temperatur. Die gesamte Energieabnahme beim Übergang von einem Zustand in einen anderen ist einfach zu messen – schließlich handelt es sich dabei um die Verdampfungs- bzw. Schmelzwärme.

Aus mikroskopischer Sicht ist die innere Energie einer Substanz bei niedrigen Temperaturen zunächst die Summe der Energien der Elektronen der Atome, aus denen der Körper besteht. Aber Elektronen in Atomen besetzen genau definierte Energieniveaus. Das bedeutet, dass wir erwarten können, dass sich die Energieniveaus ändern, wenn sich die Atome einander nähern. In diesem Fall sollte die Verteilung der Elektronen auf die Ebenen so ausfallen, dass ihre Gesamtenergie kleiner ist als die Summe der Energien der Elektronen in der gleichen Anzahl voneinander isolierter Atome.

Was mit den Niveaus passiert, kann anhand der Analogie der Bewegung eines Elektrons in einem Atom mit einem beliebigen Schwingungssystem verstanden werden, beispielsweise mit einem Pendel. Angenommen, wir haben zwei völlig identische Pendel. Solange sie nicht miteinander wechselwirken, ist die Schwingungsfrequenz beider Pendel gleich. Lassen Sie uns nun das Zusammenspiel zwischen ihnen vorstellen - wir werden sie zum Beispiel mit einer weichen Feder verbinden. Und sofort erscheinen statt einer Frequenz zwei. Schauen Sie sich Abbildung 4 an: Gekoppelte Pendel können in Phase schwingen oder gegeneinander schwingen. Offensichtlich wird im letzteren Fall ihre Bewegung schneller sein, d.h. die Schwingungsfrequenz eines solchen Systems ist höher als die natürliche Schwingungsfrequenz eines Pendels. Somit führt die Kopplung zu einer Frequenzaufspaltung. Wenn Sie drei Pendel verbinden, dann gibt es bereits drei Eigenfrequenzen, ein System aus vier verbundenen Pendeln hat vier Eigenfrequenzen und so weiter bis ins Unendliche.

Reis. 4. Schwingungen gekoppelter Pendel.

Das Verhalten jedes anderen schwingungsfähigen Systems ist ähnlich. Wenn wir zum Beispiel Pendel durch elektrische Schwingkreise ersetzen, dann werden, wie Funkamateure wissen, auch deren Eigenfrequenzen aufgespalten, wenn man eine Verbindung herstellt. Auch Elektronen in einem Atom sind eine Art schwingungsfähiges System. Wie ein Pendel haben Elektronen eine Masse, es gibt eine Coulomb-Kraft, die sie in ihre Gleichgewichtsposition zurückbringt; und dies bestimmt die Bewegung der Elektronen im Atom, die nach der Quantenmechanik durch eine eigene Frequenz gekennzeichnet ist. Bei Elektronen führt der Einbezug der Wechselwirkung bei gegenseitiger Annäherung dazu, dass die vorher gleichen Frequenzen leicht unterschiedlich werden.

In der Quantenmechanik besteht ein direkter Zusammenhang zwischen Energie und Schwingungsfrequenz, ausgedrückt durch die Formel \(~E = h \nu\), wobei h\u003d 6,6 10 -34 J s - Plancksche Konstante und ν - Oszillationsfrequenz. Daher sollte erwartet werden, dass, wenn sich zwei Lithiumatome jedem der in Abbildung 3 gezeigten Niveaus nähern, es in zwei Teile geteilt wird. Jedes neue Energieniveau wird einer eigenen Elektronenhülle entsprechen, jetzt nicht mehr einem einzelnen Atom, sondern einem „Molekül“. Schalen werden nach der gleichen Regel wie bei einem Atom mit Elektronen gefüllt - zwei Elektronen pro Schale. Das Schalenpaar, das sich aus der untersten Ebene herausstellt, wird vollständig mit Elektronen gefüllt sein. In der Tat können vier Elektronen darauf platziert werden, und zwei Lithiumatome haben sechs davon. Es bleiben zwei Elektronen übrig, die sich nun auf der unteren Ebene des zweiten Paares befinden werden. Beachten Sie den qualitativen Sprung, der stattgefunden hat: Zuvor besetzten diese beiden Elektronen zwei der vier Zustände, die dieselbe Energie hatten. Jetzt haben sie die Möglichkeit zu wählen, und sie haben sich so positioniert, dass ihre Gesamtenergie kleiner war. Es ist nicht schwer vorstellbar, was passiert, wenn die folgenden Atome hinzugefügt werden: Bei drei Atomen wird jede Anfangsebene in drei aufgespalten (siehe Abb. 3). Neun Elektronen werden wie folgt angeordnet sein: sechs auf der unteren Triade von Ebenen, die aus der Ebene der inneren gefüllten Hülle des Atoms entstanden sind, das dem Kern am nächsten ist; zwei weitere Elektronen - auf der unteren Ebene der nächsten Triade; das verbleibende Elektron befindet sich auf der mittleren Ebene derselben Triade. Auf dieser Ebene bleibt noch ein Platz frei, die obere Ebene ist komplett leer. Wenn du nimmst n Atome (\(~n \gg 1\)), dann teilt sich jede Ebene in n eng beabstandete Ebenen, die, wie man sagt, ein Band oder eine Zone zulässiger Energiewerte bilden. Im unteren Band sind alle Zustände besetzt, im zweiten nur die Hälfte und genau die, deren Energie niedriger ist. Die nächste Spur ist komplett leer.

Der Abstand zwischen benachbarten Ebenen in der Zone ist leicht abzuschätzen. Es ist natürlich anzunehmen, dass, wenn sich die Atome einander nähern, die Energieänderung der Elektronen des Atoms ungefähr gleich der Verdampfungswärme der Substanz ist, umgerechnet pro Atom. Sie beträgt bei Metallen üblicherweise mehrere Elektronenvolt und damit die Gesamtbandbreite Δ E, bestimmt durch die Wechselwirkung benachbarter Atome, müssen dieselbe Skala haben, d.h. Δ E~ 1 eV ≈ 10 -19 J. Für den Abstand zwischen den Ebenen erhalten wir \(~\delta E \sim \dfrac(\Delta E)(n)\), wobei n ist die Anzahl der Atome in der Probe. Diese Zahl ist extrem groß: Der Abstand zwischen den Atomen beträgt nur wenige Angström und das Volumen pro Atom nur ~ 10 -22 cm 3 . Wenn unsere Probe zur Sicherheit ein Volumen von 1 cm 3 hat, dann dafür n≈ 10 22 . Daher ergibt sich numerisch δ E≈ 10 -22 Δ E≈ 10 -41 J. Dieser Wert ist so klein, dass man die Energiequantisierung innerhalb der Zone immer vernachlässigen und davon ausgehen kann, dass innerhalb der Zone beliebige Energiewerte erlaubt sind.

In einem Kristall werden also die Energieniveaus in Zonen verschmiert, deren Breite mit dem Abstand zwischen ihnen vergleichbar ist. Für Elektronen sind Zustände innerhalb des Bandes erlaubt, und hier können die Elektronen fast jede Energie haben (natürlich innerhalb der Bandbreite). Aber es ist sehr wichtig, dass die Anzahl der Plätze in jeder Zone streng begrenzt ist und der doppelten Anzahl von Atomen entspricht, aus denen der Kristall besteht. Und dieser Umstand bestimmt zusammen mit dem Prinzip der minimalen Energie die Verteilung der Elektronen über die Zonen. Jetzt sind wir bereit, endlich zu verstehen, warum Lithium Strom leitet. Sehen wir uns noch einmal Abbildung 3 an. Was ist passiert? Während die Atome für sich allein waren, befanden sich alle Elektronen in wohldefinierten Zuständen, die für alle Atome genau gleich waren. Jetzt haben sich die Atome zu einem Kristall verbunden. Die Atome selbst in einem Kristall sind nicht nur gleich, sondern auch relativ zu ihren Nachbarn (mit Ausnahme natürlich derjenigen, die auf die Oberfläche des Kristalls treffen) genau gleich angeordnet. Und alle Elektronen haben jetzt unterschiedliche Energien. Dies kann nur dann der Fall sein, wenn die Elektronen nicht mehr zu einzelnen Atomen gehören, sondern jedes Elektron auf alle Atome „aufgeteilt“ wurde. Mit anderen Worten, Elektronen bewegen sich frei in einem idealen Kristall und bilden sozusagen eine Flüssigkeit, die das gesamte Volumen der Probe ausfüllt. Und elektrischer Strom ist ein gerichteter Fluss dieser Flüssigkeit, ähnlich wie Wasser, das durch Rohre fließt.

Um Wasser zum Fließen durch ein Rohr zu zwingen, muss an den Enden des Rohrs ein Druckunterschied erzeugt werden. Dann erhalten die Moleküle unter Einwirkung äußerer Kräfte eine gerichtete Geschwindigkeit - Wasser fließt. Das Auftreten einer gerichteten Geschwindigkeit ist hier sehr wichtig, weil sich die Moleküle selbst mit enormen Geschwindigkeiten chaotisch bewegen - bei Raumtemperatur beträgt die mittlere Geschwindigkeit der thermischen Bewegung eines Moleküls etwa 10 3 m/s. Die zusätzliche Energie, die das Molekül in der Strömung aufnimmt, ist also klein im Vergleich zur Energie der thermischen Bewegung.

Die zusätzliche Energie, die einem Elektron zugeführt werden muss, damit es an der allgemeinen gerichteten Bewegung von Elektronen in einem Kristall teilnimmt (und das ist der Strom), ist auch klein im Vergleich zur Eigenenergie des Elektrons. Dies ist leicht zu überprüfen. Wir haben bereits gesagt, dass die Energie eines Elektrons größenordnungsmäßig gleich 1 eV = 1,6 · 10 -19 J ist. Wenn wir uns daran erinnern, dass für ein freies Elektron \(~E = \dfrac(m \upsilon^2)(2 )\) und m\u003d 9,1 10 -31 kg, dann ist es einfach, die Geschwindigkeit zu finden: υ ~ 10 6 m/s. Angenommen, alle Elektronen nehmen am Strom teil und befinden sich in 1 m 3 des Leiters n ~ 10 28 Z (Z ist die Kernladung). Dann in einem Draht mit einem Querschnitt S\u003d 10 -6 m 2 bei Strom ich≈ 10 A (bei höherem Strom schmilzt der Draht) ist die Richtungsgeschwindigkeit der Elektronen \(~\upsilon_H = \dfrac(I)(neS) \approx 10^(-2) - 10^(-3)\ ) Frau. Das heißt, die Energie des am Strom beteiligten Elektrons ist größer als die Energie E freies Elektron nur um 10 -8 E, also um 1,6 10 -27 J.

Und hier stehen wir vor einer überraschenden Tatsache: Es stellt sich heraus, dass Elektronen, die sich im unteren Band befinden, das normalerweise als Valenzband bezeichnet wird, ihre Energie nicht um einen kleinen Betrag ändern können. Denn wenn ein Elektron seine Energie erhöht, bedeutet dies, dass es auf eine andere Ebene wechseln muss und alle benachbarten Ebenen im Valenzband bereits besetzt sind. Es gibt nur freie Stellen in der nächsten Zone. Aber um dorthin zu gelangen, muss das Elektron seine Energie auf einmal um mehrere Elektronenvolt ändern. So sitzen Elektronen im Valenzband und warten auf den Kuchen am Himmel – ein energetisches Quant. Und die Quanten der benötigten Energie liegen im sichtbaren oder ultravioletten Licht.

Es gibt also Flüssigkeit, aber sie kann nicht fließen. Und wenn Lithium nur zwei Elektronen in einem Atom hätte, das heißt, wenn wir ein Bild für Lithiumatome bauen würden, dann würden wir einen Isolator bekommen. Aber festes Helium ist in der Tat ein Isolator, daher können wir uns schon zu einigen Erfolgen beglückwünschen: Wir haben noch nicht erklärt, warum in Metallen Strom fließen kann, aber wir verstehen, warum Dielektrika, wo viele Elektronen sind und sie alle „verschmiert“ sind. Im gesamten Kristall leiten Sie keinen Strom.

Aber was ist mit Lithium? Warum, er hat eine zweite Zone, die nur halb gefüllt ist. Die Energie, die die besetzten und freien Ebenen innerhalb dieses Bandes trennt, wird als Fermi-Energie bezeichnet E f. Wie wir bereits gesagt haben, ist der Energieunterschied zwischen den Ebenen im Band sehr klein. Es reicht aus, dass ein Elektron, das sich in der Zone nahe dem Fermi-Niveau befindet, seine Energie leicht erhöht - und es ist frei, wo die Zustände nicht besetzt sind. Nichts hindert die Elektronen des Grenzstreifens daran, ihre Energie unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes zu erhöhen und eine gerichtete Geschwindigkeit anzunehmen. Aber das ist der Strom! Aber genauso leicht können diese Elektronen ihre Richtungsgeschwindigkeit verlieren, wenn sie mit Fremdatomen (die immer vorhanden sind) oder mit anderen Verletzungen der idealen Kristallstruktur kollidieren. Dies erklärt den Stromwiderstand.

Es scheint klar, warum Helium ein Isolator und Lithium ein Leiter ist. Versuchen wir, unsere Ideen auf das nächste Element anzuwenden – Beryllium. Und hier - eine Fehlzündung, das Modell hat nicht funktioniert. Beryllium hat vier Elektronen, und es scheint, dass die erste und zweite Zone vollständig besetzt und die dritte leer sein sollte. Es stellt sich als Isolator heraus, während Beryllium ein Metall ist.

Der Punkt ist folgender. Wenn die Breite der Zonen groß genug ist, können sie sich überlappen. Über ein solches Phänomen sagen sie, dass sich die Zonen überlappen. Genau das passiert bei Beryllium: Die minimale Energie der Elektronen in der dritten Zone ist kleiner als die maximale Energie in der zweiten. Daher erweist es sich für Elektronen als energetisch günstig, den leeren Teil des zweiten Bandes zu verlassen und Zustände am unteren Ende des dritten Bandes zu besetzen. Hier kommt das Metall ins Spiel.

Was passiert mit den anderen Elementen? Ob sich die Zonen überschneiden oder nicht, lässt sich im Voraus nicht sagen, dies erfordert umständliche Computerberechnungen, und es ist nicht immer möglich, eine verlässliche Antwort zu erhalten. Aber hier ist das Bemerkenswerte: Aus unserem Schema folgt, dass, wenn wir Elemente mit einer ungeraden Anzahl von Elektronen nehmen, immer dann ein Metall erhalten werden sollte, wenn nur ein einzelnes Atom eine strukturelle Einheit in einem Kristall ist. Aber Wasserstoff, beispielsweise Stickstoff und Fluor, wollen nicht in ein solches Gitter kristallisieren. Am liebsten vereinigen sie sich zunächst paarweise, und schon reihen sich die Moleküle mit einer geraden Anzahl von Elektronen in einem Kristall aneinander. Und die Gesetze der Quantenmechanik hindern ihn nicht daran, ein Dielektrikum zu sein.

Wir wissen jetzt also, was ein Metall aus physikalischer Sicht ist, und haben das Wesen des Phänomens herausgefunden, indem wir verstehen, warum es im Prinzip Isolatoren und Leiter gibt. Wir haben gesehen, dass es keine einfache Möglichkeit gibt zu erklären, warum eine bestimmte Substanz ein Isolator oder ein Metall ist. Dies kann nur mit der ganzen Kraft der Apparate der modernen Quantenmechanik und Computertechnologie bewerkstelligt werden, aber dies ist bereits die Aufgabe von Spezialisten.

Sie wissen, dass die meisten chemischen Elemente als Metalle klassifiziert werden – 92 der 114 bekannten Elemente.

Metalle - Dies sind chemische Elemente, deren Atome Elektronen der äußeren (und einiger der voräußeren) Elektronenschicht abgeben und sich in positive Ionen verwandeln.

Diese Eigenschaft von Metallatomen wird, wie Sie wissen, dadurch bestimmt, dass sie relativ große Radien und eine kleine Anzahl von Elektronen (hauptsächlich von 1 bis 3) auf der äußeren Schicht haben.

Die einzigen Ausnahmen sind 6 Metalle: Atome von Germanium, Zinn, Blei auf der äußeren Schicht haben 4 Elektronen, Atome von Antimon, Wismut -5, Poloniumatome - 6.

Metallatome zeichnen sich durch niedrige Elektronegativitätswerte (von 0,7 bis 1,9) und ausschließlich reduzierende Eigenschaften aus, dh die Fähigkeit, Elektronen abzugeben.

Sie wissen bereits, dass im Periodensystem der chemischen Elemente von D. I. Mendelejew Metalle unterhalb der Bor-Astat-Diagonale stehen, ich auch darüber in Nebenuntergruppen. In den Perioden und Tonuntergruppen gibt es euch bekannte Regelmäßigkeiten in der Veränderung der metallischen und damit reduzierenden Eigenschaften der Atome der Elemente.

Chemische Elemente, die sich in der Nähe der Bor-Astat-Diagonale befinden, haben zweifache Eigenschaften: In einigen ihrer Verbindungen verhalten sie sich wie Metalle, in anderen weisen sie die Eigenschaften eines Nichtmetalls auf.

In sekundären Untergruppen nehmen die reduzierenden Eigenschaften von Metallen meist mit steigender Seriennummer ab. Vergleichen Sie die Aktivität der Ihnen bekannten Metalle der Gruppe I der Nebengruppe: Cu, Ag, Au; II Gruppe einer sekundären Untergruppe - und Sie werden es selbst sehen.

Beispielsweise regulieren Natriumionen den Wassergehalt im Körper, die Weiterleitung von Nervenimpulsen. Sein Mangel führt zu Kopfschmerzen, Schwäche, schlechtem Gedächtnis, Appetitlosigkeit und sein Überschuss führt zu erhöhtem Blutdruck, Bluthochdruck und Herzerkrankungen. Ernährungsexperten empfehlen, pro Erwachsenem und Tag nicht mehr als 5 g (1 Teelöffel) Kochsalz (NaCl) zu sich zu nehmen. Der Einfluss von Metallen auf den Zustand von Tieren und Pflanzen ist in Tabelle 16 zu finden.

Einfache Substanzen - Metalle
Mit der Entwicklung der Herstellung von Metallen (einfachen Stoffen) und Legierungen war die Entstehung der Zivilisation („Bronzezeit“, Eisenzeit) verbunden.

Abbildung 38 zeigt ein Diagramm des Kristallgitters von Natriummetall. Darin ist jedes Natriumatom von acht benachbarten umgeben. Natriumatome haben wie alle Metalle viele freie Valenzorbitale und wenige Valenzelektronen.

Das einzige Valenzelektron des Natriumatoms Zs 1 kann jedes der neun freien Orbitale besetzen, da sie sich im Energieniveau nicht wesentlich unterscheiden. Wenn sich die Atome einander nähern, wenn ein Kristallgitter gebildet wird, überlappen sich die Valenzorbitale benachbarter Atome, wodurch sich die Elektronen frei von einem Orbital zum anderen bewegen und eine Verbindung zwischen allen Atomen des Metallkristalls herstellen.

Diese Art der chemischen Bindung wird als metallische Bindung bezeichnet. Eine metallische Bindung wird von Elementen gebildet, deren Atome auf der äußeren Schicht wenige Valenzelektronen im Vergleich zu einer großen Anzahl von äußeren energetisch nahen Orbitalen haben. Ihre Valenzelektronen werden schwach im Atom festgehalten. Die Elektronen, die die Verbindung ausführen, werden sozialisiert und bewegen sich durch das Kristallgitter des neutralen Metalls als Ganzes.

Stoffe mit metallischer Bindung zeichnen sich durch metallische Kristallgitter aus, die meist schematisch als Häkchen dargestellt werden, wie in der Abbildung dargestellt, die Knoten sind Kationen und Metallatome. Gemeinsame Elektronen ziehen elektrostatisch Metallkationen an, die sich an den Knoten ihres Kristallgitters befinden, und sorgen so für Stabilität und Festigkeit (gemeinsame Elektronen sind als kleine schwarze Kugeln dargestellt).
Eine metallische Bindung ist eine Bindung in Metallen und Legierungen zwischen Metallatom-Ionen, die sich an den Knoten des Kristallgitters befinden, die durch sozialisierte Valenzelektronen ausgeführt wird.

Einige Metalle kristallisieren in zwei oder mehr kristallinen Formen. Diese Eigenschaft von Stoffen, in mehreren kristallinen Modifikationen zu existieren, nennt man Polymorphie. Polymorphismus für einfache Substanzen ist Ihnen als Allotropie bekannt.

Zinn hat zwei kristalline Modifikationen:
. alpha - stabil unter 13,2 ºС mit einer Dichte von р - 5,74 g/cm3. Das ist graue Dose. Es hat ein Kristallgitter wie Diamant (atomar):
. betta - stabil über 13,2 ºС mit einer Dichte p - 6,55 g/cm3. Das ist weiße Dose.

Weißes Zinn ist ein sehr weiches Metall. Beim Abkühlen unter 13,2 ºС zerbröckelt es zu einem grauen Pulver, da sein spezifisches Volumen am Übergang | 1 » n deutlich zunimmt. Dieses Phänomen wird als Zinnpest bezeichnet. Natürlich sollte eine besondere Art der chemischen Bindung und die Art des Kristallgitters von Metallen diese bestimmen und erklären. physikalische Eigenschaften.

Was sind Sie? Dies sind metallischer Glanz, Plastizität, hohe elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit, eine Erhöhung des elektrischen Widerstands bei steigender Temperatur sowie praktisch bedeutsame Eigenschaften wie Dichte, Schmelz- und Siedepunkt, Härte und magnetische Eigenschaften.
Lassen Sie uns versuchen, die Gründe zu erklären, die die grundlegenden physikalischen Eigenschaften von Metallen bestimmen. Warum sind Metalle plastisch?

Mechanische Einwirkung auf einen Kristall mit einem Metallkristallgitter bewirkt, dass sich die Schichten von Ionenatomen relativ zueinander verschieben, da sich Elektronen durch den Kristall bewegen, Bindungen nicht gebrochen werden, daher zeichnen sich Metalle durch eine größere Plastizität aus.

Eine ähnliche Wirkung auf einen Festkörper mit kovalenten Bindungen (Atomkristallgitter) führt zum Aufbrechen kovalenter Bindungen. Das Aufbrechen von Bindungen im Ionengitter führt zur gegenseitigen Abstoßung gleich geladener Ionen (Abb. 40). Daher sind Substanzen mit atomaren und ionischen Kristallgittern zerbrechlich.

Die plastischsten Metalle sind Au, Af, Cu, Sn, Pb, Zn. Sie lassen sich leicht zu Draht ziehen, der sich schmieden, pressen und zu Blechen walzen lässt.Beispielsweise kann aus Gold eine Goldfolie mit einer Dicke von 0,008 nm hergestellt werden,und aus 0,5 g dieses Metalls kann ein 1 km langer Faden gezogen werden.

Auch Quecksilber, das bekanntlich bei Raumtemperatur flüssig ist, wird im festen Zustand bei niedrigen Temperaturen formbar wie Blei. Nur Bi und Mn haben keine Plastizität, sie sind spröde.

Warum haben Metalle einen charakteristischen Glanz und sind zudem undurchsichtig?
Elektronen, die den interatomaren Raum füllen, reflektieren Lichtstrahlen (und lassen nicht wie Glas durch), und die meisten Metalle streuen alle Strahlen des sichtbaren Teils des Spektrums gleichmäßig. Daher haben sie eine silbrig weiße oder graue Farbe. Strontium, Gold und Kupfer absorbieren stärker kurze Wellenlängen (nahe Violett) und reflektieren lange Wellenlängen des Lichtspektrums, daher haben sie hellgelbe, gelbe bzw. kupferfarbene Farben.

Obwohl uns Metall in der Praxis nicht immer wie ein leichter Körper vorkommt. Erstens kann seine Oberfläche oxidieren und seinen Glanz verlieren. Daher sieht natives Kupfer wie ein grünlicher Stein aus. Und zweitens darf auch reines Metall nicht glänzen. Sehr dünne Silber- und Goldbleche haben ein völlig unerwartetes Aussehen - sie haben eine bläulich-grüne Farbe. Und feine Metallpulver erscheinen dunkelgrau, sogar schwarz.

Silber, Aluminium, Palladium haben das höchste Reflexionsvermögen. Sie werden bei der Herstellung von Spiegeln, einschließlich Scheinwerfern, verwendet.
Warum haben Metalle eine hohe elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit?

Chaotisch bewegte Elektronen in einem Metall nehmen unter dem Einfluss einer angelegten elektrischen Spannung eine gerichtete Bewegung an, d.h. sie leiten einen elektrischen Strom. Mit zunehmender Temperatur der Metablattlaus steigen die Schwingungsamplituden der Atome und Ionen, die sich an den Knoten des Kristallgitters befinden. Dadurch wird die Bewegung von Elektronen erschwert und die elektrische Leitfähigkeit des Metalls nimmt ab. Bei niedrigen Temperaturen hingegen nimmt die Schwingungsbewegung stark ab und die elektrische Leitfähigkeit von Metallen steigt stark an. In der Nähe des absoluten Nullpunkts gibt es praktisch keinen Widerstand in Metallen, und Supraleitung tritt in den meisten Metallen auf.

Es ist zu beachten, dass Nichtmetalle mit elektrischer Leitfähigkeit (z. B. Graphit) bei niedrigen Temperaturen im Gegensatz dazu aufgrund des Fehlens freier Elektronen keinen elektrischen Strom leiten. Und erst mit einem Temperaturanstieg und der Zerstörung einiger kovalenter Bindungen beginnt ihre elektrische Leitfähigkeit zu steigen.

Silber, Kupfer sowie Gold, Aluminium haben die höchste elektrische Leitfähigkeit, Mangan, Blei und Quecksilber die niedrigste.

Meistens ändert sich mit der gleichen Regelmäßigkeit wie die elektrische Leitfähigkeit die Wärmeleitfähigkeit von Metallen.

Sie sind auf die hohe Beweglichkeit freier Elektronen zurückzuführen, die beim Zusammenstoß mit vibrierenden Ionen und Atomen Energie mit ihnen austauschen. Daher findet im gesamten Metallstück ein Temperaturausgleich statt.

Die mechanische Festigkeit, Dichte, Schmelzpunkt von Metallen sind sehr unterschiedlich. Darüber hinaus nehmen mit zunehmender Anzahl von Elektronen, die Ionenatome binden, und einer Abnahme des interatomaren Abstands in Kristallen die Indikatoren für diese Eigenschaften zu.

Alkalimetalle, deren Atome ein Valenzelektron haben, sind also weich (mit einem Messer geschnitten), mit geringer Dichte (Lithium ist das leichteste Metall mit p - 0,53 g / cm3) und schmelzen bei niedrigen Temperaturen (z. B. dem Schmelzpunkt). von Cäsium beträgt 29 "C) Das einzige Metall, das unter normalen Bedingungen flüssig ist - Quecksilber - hat einen Schmelzpunkt von 38,9 "C.

Calcium, das zwei Elektronen auf der äußeren Energieebene von Atomen hat, ist viel härter und schmilzt bei einer höheren Temperatur (842 °C).

Noch stärker gewölbt ist das Kristallgitter aus Scandiumatomen, die über drei Valenzelektronen verfügen.

Die stärksten Kristallgitter, hohen Dichten und Schmelzpunkte werden jedoch bei Metallen der sekundären Nebengruppen der Gruppen V, VI, VII, VIII beobachtet. Dies erklärt sich aus. dass für Metalle von Nebengruppen mit ungespeicherten Valenzelektronen auf der d-Unterebene neben der metallischen auch die Bildung sehr starker kovalenter Bindungen zwischen Atomen charakteristisch ist, die von Elektronen der äußeren Schicht aus s-Orbitalen durchgeführt wird.

Denken Sie daran, dass das schwerste Metall Osmium ist (ein Bestandteil superharter und verschleißfester Legierungen), das feuerfesteste Metall Wolfram (wird zur Herstellung von Lampenfäden verwendet) und das härteste Metall Chrom Cr (zerkratzt Glas). Sie gehören zu den Werkstoffen, aus denen Zerspanungswerkzeuge, Bremsklötze schwerer Maschinen etc. hergestellt werden.

Metalle unterscheiden sich in Bezug auf Magnetfelder. Aber dieses Zeichen Sie sind in drei Gruppen unterteilt:
. ferromagnetisch Kann unter Einfluss auch schwacher Magnetfelder magnetisiert werden (Eisen - Alpha-Form, Kobalt, Nickel, Gadolinium);

Paramagnetische weisen eine schwache Magnetisierungsfähigkeit auf (Aluminium, Chrom, Titan, fast alle Lanthanide);

Diamagnetische werden vom Magneten nicht angezogen, sogar leicht abgestoßen (Zinn, Litze, Wismut).

Denken Sie daran, dass wir bei der Betrachtung der elektronischen Struktur von Metallen Metalle in Metalle der Hauptuntergruppen (k- und p-Elemente) und Metalle der sekundären Nebengruppen unterteilt haben.

In der Technik ist es üblich, Metalle nach verschiedenen physikalischen Eigenschaften zu klassifizieren:

a) Dichte - Licht (S< 5 г/см3) и тяжелые (все остальные);

b) Schmelzpunkt - schmelzbar und feuerfest.

Es gibt Klassifikationen von Metallen nach chemischen Eigenschaften.
Metalle mit geringer chemischer Aktivität werden als edel bezeichnet (Silber, Gold, Platin und seine Analoga - Osmium, Iridium, Ruthenium, Palladium, Rhodium).
Je nach Nähe der chemischen Eigenschaften Alkali (Metalle der I. Hauptgruppe), Erdalkalien (Kalzium, Strontium, Barium, Radium) sowie Seltenerdmetalle (Scandium, Yttrium, Lanthan und Lanthanide, Actinium und Actinide) Werden unterschieden.

Allgemeine chemische Eigenschaften von Metallen
Metallatome geben relativ leicht Valenzelektronen ab und gehen in positiv geladene Nons über, das heißt, sie werden oxidiert. Dies ist, wie Sie wissen, die wichtigste gemeinsame Eigenschaft von Atomen und einfachen Metallsubstanzen.

Metalle sind bei chemischen Reaktionen immer ein Reduktionsmittel. Die Reduktionsfähigkeit von Atomen einfacher Substanzen - Metalle, die aus chemischen Elementen einer Periode oder einer Hauptuntergruppe des Periodensystems von D. I. Mendeleev bestehen, ändert sich auf natürliche Weise.

Die Reduktionsaktivität eines Metalls bei chemischen Reaktionen, die in wässrigen Lösungen stattfinden, spiegelt seine Position in der elektrochemischen Reihe von Metallspannungen wider.

1. Je weiter links das Metall in dieser Reihe steht, desto stärker ist das Reduktionsmittel.
2. Jedes Metall ist in der Lage, aus Salzen in Lösung die Metalle zu verdrängen (wieder herzustellen), die in einer Reihe von Spannungen nach ihm (rechts) sind.
3. Metalle, die in der Spannungsreihe links von Wasserstoff liegen, können ihn aus gelösten Säuren verdrängen.
4. Metalle, die die stärksten Reduktionsmittel (Alkali- und Erdalkalimetalle) sind, interagieren in wässrigen Lösungen hauptsächlich mit Wasser.

Die aus der elektrochemischen Spannungsreihe bestimmte Reduktionsaktivität eines Metalls entspricht nicht immer seiner Position im Periodensystem. Dies erklärt sich aus. Dass bei der Bestimmung der Position eines Metalls in einer Reihe von Spannungen nicht nur die Energie der Ablösung von Elektronen von einzelnen Atomen berücksichtigt wird, sondern auch die Energie, die für die Zerstörung des Kristallgitters aufgewendet wird, sowie die dabei freigesetzte Energie die Hydratation von Ionen.

Nachdem wir die allgemeinen Bestimmungen betrachtet haben, die die reduzierenden Eigenschaften von Metallen charakterisieren, wenden wir uns speziellen chemischen Reaktionen zu.

Wechselwirkung mit einfachen nichtmetallischen Stoffen
1. Mit Sauerstoff bilden die meisten Metalle Oxide – basische und amphotere.

Lithium und Erdalkalimetalle reagieren mit Luftsauerstoff zu basischen Oxiden.
2. Metalle bilden mit Halogenen Salze von Halogenwasserstoffsäuren.

3. Mit Wasserstoff bilden die aktivsten Metalle Hydride - ionische Salze, eine gemeinsame Substanz, in der Wasserstoff eine Oxidationsstufe von -1 hat, zum Beispiel: Calciumhydrid.

4. Metalle bilden Salze mit Schwefel - Sulfiden.

5. Metalle reagieren mit Stickstoff etwas schwieriger, da die chemische Bindung im Stickstoffmolekül Г^r sehr stark ist und Nitride entstehen. Bei normalen Temperaturen interagiert nur Lithium mit Stickstoff.
Interaktion mit komplexen Substanzen
1. Mit Wasser. Alkali- und Erdalkalimetalle verdrängen unter normalen Bedingungen Wasserstoff aus Wasser und bilden lösliche Alkalibasen.

Auch andere Metalle, die in einer Spannungsreihe bis zu Wasserstoff stehen, können unter bestimmten Bedingungen Wasserstoff aus Wasser verdrängen. Aluminium reagiert jedoch nur dann heftig mit Wasser, wenn der Oxidfilm von seiner Oberfläche entfernt wird.
Magnesium interagiert nur beim Kochen mit Wasser, und es wird auch Wasserstoff freigesetzt. Wird dem Wasser brennendes Magnesium zugesetzt, so setzt sich die Verbrennung mit fortschreitender Reaktion fort: Wasserstoff brennt. Eisen interagiert nur mit Wasser, wenn es erhitzt wird.
2. Metalle, die in einer Reihe von Spannungen bis zu Wasserstoff liegen, interagieren mit Säuren in Lösung. Dabei entstehen Salz und Wasserstoff. Blei (und einige andere Metalle) löst sich jedoch trotz seiner Position in der Spannungsreihe (links von Wasserstoff) in verdünnter Schwefelsäure fast nicht auf, da das entstehende Bleisulfat PbSO unlöslich ist und einen Schutzfilm auf der Metalloberfläche bildet .

3. Mit Salzen weniger aktiver Metalle in Lösung. Als Ergebnis einer solchen Reaktion wird ein Salz eines aktiveren Metalls gebildet und ein weniger aktives Metall in freier Form freigesetzt.

4. Mit organischen Stoffen. Die Wechselwirkung mit organischen Säuren ähnelt Reaktionen mit Mineralsäuren. Alkohole hingegen können bei Wechselwirkung mit Alkalimetallen schwach saure Eigenschaften aufweisen.
Metalle nehmen an Reaktionen mit Halogenalkanen teil, die zur Gewinnung niederer Cycloalkane und für Synthesen verwendet werden, bei denen das Kohlenstoffgerüst des Moleküls komplexer wird (A. Wurtz-Reaktion):

5. Metalle, deren Hydroxide amphoter sind, interagieren mit Alkalien in Lösung.
6. Metalle können untereinander chemische Verbindungen bilden, die zusammen als intermetallische Verbindungen bezeichnet werden. Sie zeigen meistens nicht die Oxidationsstufen von Atomen, die für Verbindungen von Metallen mit Nichtmetallen charakteristisch sind.

Intermetallische Verbindungen haben normalerweise keine konstante Zusammensetzung, die chemische Bindung in ihnen ist hauptsächlich metallisch. Die Bildung dieser Verbindungen ist eher charakteristisch für Metalle sekundärer Nebengruppen.

Metalloxide und -hydroxide
Oxide, die von typischen Metallen gebildet werden, werden als salzbildende, basische Eigenschaften klassifiziert.

Die Oxide und Hydroxide einiger Metalle sind amphoter, das heißt, sie können sowohl basische als auch saure Eigenschaften aufweisen, abhängig von den Substanzen, mit denen sie interagieren.

Zum Beispiel:

Viele Metalle sekundärer Nebengruppen, die in Verbindungen eine variable Oxidationsstufe aufweisen, können mehrere Oxide und Hydroxide bilden, deren Beschaffenheit von der Oxidationsstufe des Metalls abhängt.

Beispielsweise weist Chrom in Verbindungen drei Oxidationsstufen auf: +2, +3, +6, daher bildet es drei Reihen von Oxiden und Hydroxiden, und mit zunehmender Oxidationsstufe nimmt der Säurecharakter zu und der basische Charakter ab.

Korrosion von Metallen
Bei der Wechselwirkung von Metallen mit Umweltstoffen entstehen an ihrer Oberfläche Verbindungen, die völlig andere Eigenschaften haben als die Metalle selbst. Im Normalfall verwenden wir oft die Worte "Rost", "Rosten", wenn wir eine braun-rote Beschichtung auf Produkten aus Eisen und seinen Legierungen sehen. Rosten ist eine häufige Form der Korrosion.

Korrosion- Dies ist der Prozess der spontanen Zerstörung von Metallen und Legierungen unter dem Einfluss der äußeren Umgebung (von lat. - Korrosion).

Fast alle Metalle werden jedoch zerstört, wodurch viele ihrer Eigenschaften nachlassen (oder ganz verloren gehen): Festigkeit, Duktilität, Glanz nehmen ab, die elektrische Leitfähigkeit nimmt ab, und die Reibung zwischen beweglichen Maschinenteilen nimmt zu, die Abmessungen von Teilen ändern sich, etc.

Korrosion von Metallen kann kontinuierlich und lokal sein.

Die häufigsten Korrosionsarten sind chemische und elektrochemische.

I. Chemische Korrosion tritt in einer nicht leitenden Umgebung auf. Diese Art von Korrosion manifestiert sich bei der Wechselwirkung von Metallen mit trockenen Gasen oder Flüssigkeiten - Nichtelektrolyten (Benzin, Kerosin usw.) Teile und Komponenten von Motoren, Gasturbinen, Raketenwerfern werden einer solchen Zerstörung ausgesetzt. Chemische Korrosion wird häufig bei der Verarbeitung von Metallen bei hohen Temperaturen beobachtet.

Die meisten Metalle werden durch Luftsauerstoff oxidiert und bilden Oxidfilme auf der Oberfläche. Wenn dieser Film stark, dicht und gut mit dem Metall verbunden ist, dann schützt er das Metall vor weiterer Zerstörung. Bei Eisen ist es locker, porös, lässt sich leicht von der Oberfläche lösen und ist daher nicht in der Lage, das Metall vor weiterer Zerstörung zu schützen.

II. Elektrochemische Korrosion tritt in einem leitfähigen Medium (Elektrolyt) auf, wenn ein elektrischer Strom innerhalb des Systems auftritt. Metalle und Legierungen sind in der Regel heterogen und enthalten Einschlüsse verschiedener Verunreinigungen. Wenn sie mit Elektrolyten in Kontakt kommen, beginnen einige Teile der Oberfläche die Rolle einer Anode zu spielen (geben Elektronen ab), während andere die Rolle einer Kathode spielen (nehmen Elektronen auf).

In einem Fall wird eine Gasentwicklung (Hg) beobachtet. In der anderen - die Bildung von Rost.

Elektrochemische Korrosion ist also eine Reaktion, die in stromleitenden Medien auftritt (im Gegensatz zur chemischen Korrosion). Der Prozess tritt auf, wenn zwei Metalle in Kontakt kommen oder auf der Oberfläche eines Metalls, das Einschlüsse enthält, die weniger aktive Leiter sind (es kann auch ein Nichtmetall sein).

An der Anode (einem aktiveren Metall) werden Metallatome zu Kationen oxidiert (Auflösung).

An der Kathode (einem weniger aktiven Leiter) werden Wasserstoffionen oder Sauerstoffmoleküle unter Bildung von H2- bzw. OH-Hydroxidionen reduziert.

Wasserstoffkationen und gelöster Sauerstoff sind die wichtigsten Oxidationsmittel, die elektrochemische Korrosion verursachen.

Die Korrosionsrate ist umso größer, je mehr sich die Metalle (Metall und Verunreinigungen) in ihrer Aktivität unterscheiden (bei Metallen, je weiter sie in einer Spannungsreihe voneinander entfernt liegen). Die Korrosion nimmt mit steigender Temperatur deutlich zu.

Der Elektrolyt kann Meerwasser, Flusswasser, kondensierte Feuchtigkeit und natürlich bekannte Elektrolyte sein - Lösungen von Salzen, Säuren, Laugen.

Sie erinnern sich sicher, dass im Winter technisches Salz (Natriumchlorid, manchmal Calciumchlorid usw.) verwendet wird, um Schnee und Eis von Gehwegen zu entfernen.Die resultierenden Lösungen fließen in Abwasserleitungen und schaffen so ein günstiges Umfeld für elektrochemische Korrosion von unterirdischen Versorgungsleitungen.

Korrosionsschutzverfahren
Bereits bei der Konstruktion von Metallkonstruktionen sieht deren Herstellung Maßnahmen zum Schutz vor Korrosion vor.

1. Schleifen der Oberflächen des Produkts, damit keine Feuchtigkeit darauf zurückbleibt.

2. Die Verwendung von legierten Legierungen mit speziellen Zusätzen: Chrom, Nickel, die bei hohen Temperaturen eine stabile Oxidschicht auf der Metalloberfläche bilden. Legierte Stähle sind bekannt - rostfreie Stähle, aus denen Haushaltsgegenstände (ummantelte Gabeln, Löffel), Maschinenteile und Werkzeuge hergestellt werden.

3. Aufbringen von Schutzbeschichtungen. Betrachten Sie ihre Typen.

Nichtmetallisch - nicht oxidierende Öle, Speziallacke, Farben. Sie sind zwar kurzlebig, aber billig.

Chemisch - künstlich erzeugte Oberflächenfilme: Oxid, Zitronensäure, Silizid, Polymer usw. Zum Beispiel alle Handfeuerwaffen Die Details vieler Präzisionsinstrumente werden poliert - dies ist der Prozess, um den dünnsten Film aus Eisenoxiden auf der Oberfläche eines Stahls zu erhalten Produkt. Der resultierende künstliche Oxidfilm ist sehr haltbar und verleiht dem Produkt eine schöne schwarze Farbe und blaue Tönung. Polymerbeschichtungen werden aus Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polyamidharzen hergestellt. Sie werden auf zwei Arten aufgetragen: Ein erhitztes Produkt wird in ein Polymerpulver gegeben, das schmilzt und mit dem Metall verschweißt, oder die Metalloberfläche wird mit einer Polymerlösung in einem Niedrigtemperaturlösungsmittel, das schnell verdunstet, und dem Polymerfilm behandelt verbleibt auf dem Produkt.

Metallische Überzüge sind Überzüge mit anderen Metallen, auf deren Oberfläche sich unter Einwirkung von Oxidationsmitteln stabile Schutzfilme bilden.

Das Aufbringen von Chrom auf die Oberfläche – Verchromen, Vernickeln – Vernickeln, Verzinken – Verzinken, Verzinnen – Verzinnen usw. Die Beschichtung kann auch als chemisch passives Metall dienen – Gold, Silber, Kupfer.

4. Elektrochemische Schutzverfahren.

Schützend (anodisch) - An der geschützten Metallstruktur ist ein Stück aktiveres Metall (Protektor) angebracht, das als Anode dient und in Gegenwart eines Elektrolyten zerstört wird. Magnesium, Aluminium, Zink werden als Schutz beim Schutz von Schiffsrümpfen, Pipelines, Kabeln und anderen stilvollen Produkten verwendet;

Kathode - Die Metallstruktur ist mit der Kathode einer externen Stromquelle verbunden, wodurch die Möglichkeit einer Zerstörung der Anode ausgeschlossen wird

5. Sonderbehandlung des Elektrolyten oder der Umgebung, in der sich die geschützte Metallstruktur befindet.

Es ist bekannt, dass Damaskus-Handwerker zum Entkalken u
rost gebrauchte Lösungen von Schwefelsäure unter Zusatz von Bierhefe, Mehl, Stärke. Diese bringen und gehörten zu den ersten Inhibitoren. Sie ließen die Säure nicht auf das Waffenmetall einwirken, dadurch wurden nur Zunder und Rost gelöst. Uralbüchsenmacher verwendeten zu diesem Zweck Beizsuppen - Lösungen von Schwefelsäure mit Zusatz von Mehlkleie.

Beispiele für den Einsatz moderner Inhibitoren: Bei Transport und Lagerung wird Salzsäure durch Butylamin-Derivate perfekt „gebändigt“. und Schwefelsäure - Salpetersäure; flüchtiges Diethylamin wird in verschiedene Behälter eingespritzt. Beachten Sie, dass Inhibitoren nur auf das Metall einwirken und es gegenüber dem Medium, beispielsweise einer Säurelösung, passiv machen. Der Wissenschaft sind mehr als 5.000 Korrosionsinhibitoren bekannt.

Entfernung von im Wasser gelöstem Sauerstoff (Entgasung). Dieses Verfahren wird bei der Aufbereitung von Wasser verwendet, das in Kesselanlagen eintritt.

Methoden zur Gewinnung von Metallen
Eine erhebliche chemische Aktivität von Metallen (Wechselwirkung mit Luftsauerstoff, anderen Nichtmetallen, Wasser, Salzlösungen, Säuren) führt dazu, dass sie in der Erdkruste hauptsächlich in Form von Verbindungen vorkommen: Oxide, Sulfide, Sulfate, Chloride, Karbonate usw.
In freier Form gibt es Metalle, die sich in der Spannungsreihe rechts von Wasserstoff befinden, obwohl Kupfer und Quecksilber viel häufiger in der Natur in Form von Verbindungen vorkommen.

Als Erze werden Mineralien und Gesteine bezeichnet, die Metalle und deren Verbindungen enthalten, aus denen die Gewinnung reiner Metalle technisch möglich und wirtschaftlich sinnvoll ist.

Metalle aus Erzen zu gewinnen, ist Aufgabe der Metallurgie.
Metallurgie ist auch die Wissenschaft von industriellen Methoden zur Gewinnung von Metallen aus Erzen. und Industriebereich.
Jeder metallurgische Prozess ist ein Prozess der Reduktion von Metallionen mit Hilfe verschiedener Reduktionsmittel.

Um dieses Verfahren zu implementieren, müssen die Aktivität des Metalls berücksichtigt, ein Reduktionsmittel ausgewählt, die technologische Machbarkeit sowie wirtschaftliche und ökologische Faktoren berücksichtigt werden. Dementsprechend gibt es folgende Methoden zur Gewinnung von Metallen: pyrometallurgisch. hydrometallurgisch, elektrometallurgisch.

Pyrometallurgie- Rückgewinnung von Metallen aus Erzen bei hohen Temperaturen unter Verwendung von Kohlenstoff, Kohlenmonoxid (II). Wasserstoff, Metalle - Aluminium, Magnesium.

Beispielsweise wird Zinn aus Kassiterit und Kupfer aus Cuprit durch Calcinieren mit Kohle (Koks) reduziert. Sulfiderze werden vorläufig unter Luftzutritt geröstet, und dann wird das resultierende Oxid mit Kohle reduziert. Metalle werden auch aus Karbonaterzen durch Abpumpen mit Kohle isoliert, da sich Karbonate beim Erhitzen in Oxide zersetzen und diese durch Kohle reduziert werden.
Hydrometallurgie ist die Reduktion von Metallen zu ihnen durch ihre Salze in Lösung. Das Verfahren findet in 2 Stufen statt: 1) eine natürliche Verbindung wird in einem geeigneten Reagenz gelöst, um eine Lösung eines Salzes dieses Metalls zu erhalten; 2) Aus der resultierenden Lösung wird dieses Metall durch ein aktiveres ersetzt oder durch Elektrolyse wiederhergestellt. Um beispielsweise Kupfer aus Erzen zu gewinnen, die Kupferoxid, CuO, enthalten, wird es mit verdünnter Schwefelsäure behandelt.

Kupfer wird entweder durch Elektrolyse aus der Salzlösung extrahiert oder mit Eisen aus dem Sulfat verdrängt. Auf diese Weise werden Silber, Zink, Molybdän, Gold, Uran gewonnen.

Elektrometallurgie— Rückgewinnung von Metallen bei der Elektrolyse von Lösungen oder Schmelzen ihrer Verbindungen.

Elektrolyse
Wenn die Elektroden in die Elektrolytlösung oder Schmelze abgesenkt und ein konstanter elektrischer Strom durchgeleitet wird, bewegen sich die Ionen in eine Richtung: Kationen - zur Kathode (negativ geladene Elektrode), Anionen - zur Anode (positiv geladene Elektrode) .

An der Kathode nehmen Kationen Elektronen auf und werden an der Anode reduziert, Anionen geben Elektronen ab und werden oxidiert. Dieser Vorgang wird als Elektrolyse bezeichnet.
Die Elektrolyse ist ein Redoxprozess, der an Elektroden auftritt, wenn ein elektrischer Strom durch eine Elektrolytlösung oder -lösung fließt.

Das einfachste Beispiel für solche Prozesse ist die Elektrolyse von Salzschmelzen. Betrachten Sie den Prozess der Elektrolyse einer Natriumchloridschmelze. In der Schmelze findet der Prozess der thermischen Spaltung statt. Unter Einwirkung eines elektrischen Stroms bewegen sich Kationen zur Kathode und erhalten von dieser Elektronen.
An der Kathode wird Natriummetall gebildet, und an der Anode wird Chlorgas gebildet.

Die Hauptsache, an die man sich erinnern sollte, ist, dass bei der Elektrolyse eine chemische Reaktion aufgrund elektrischer Energie durchgeführt wird, die nicht spontan ablaufen kann.

Komplizierter ist die Situation bei der Elektrolyse von Elektrolytlösungen.

In einer Salzlösung befinden sich neben Metallionen und einem sauren Rest Wassermoleküle. Daher muss bei der Betrachtung von Prozessen an Elektroden deren Beteiligung an der Elektrolyse berücksichtigt werden.

Für die Bestimmung der Elektrolyseprodukte wässriger Lösungen von Elektrolyten gelten folgende Regeln.

1. Der Prozess an der Kathode hängt nicht vom Material der Kathode ab, auf der sie hergestellt wird, sondern von der Position des Metalls (Elektrolytkation) in der elektrochemischen Spannungsreihe, und wenn:
1.1. Das Elektrolytkation befindet sich in der Spannungsreihe am Anfang der Reihe (zusammen mit Al einschließlich), dann findet an der Kathode der Prozess der Wasserreduktion statt (Wasserstoff wird freigesetzt). Metallkationen werden nicht reduziert, sie bleiben in Lösung.
1.2. Das Elektrolytkation befindet sich in einer Reihe von Spannungen zwischen Aluminium und Wasserstoff, dann werden sowohl Metallnone als auch Wassermoleküle an der Kathode reduziert.

1.3. Das Elektrolytkation befindet sich in einer Reihe von Spannungen nach Wasserstoff, dann werden Metallkationen an der Kathode reduziert.
1.4. Die Lösung enthält Kationen verschiedener Metalle, dann wird das heruntergeladene Metallkation wiederhergestellt und steht in einer Reihe von Spannungen
Diese Regeln sind in Abbildung 10 dargestellt.

2. Der Prozess an der Anode hängt vom Material der Anode und von der Beschaffenheit der Anode ab (Schema 11).
2.1. Wenn die Anode aufgelöst wird (Eisen, Zink, Kupfer, Silber und alle Metalle, die bei der Elektrolyse oxidiert werden), wird das Anodenmetall unabhängig von der Art des Anions oxidiert. 2. Wenn sich die Anode nicht auflöst (sie wird als inert bezeichnet - Graphit, Gold, Platin), dann:
a) bei der Elektrolyse von Lösungen von Salzen anoxischer Säuren (Promefluoride) wird das Anion an der Anode oxidiert;
b) Während der Elektrolyse von Lösungen von Salzen sauerstoffhaltiger Säure und Fluoriden an der Anode findet der Prozess der Wasseroxidation statt. Anionen werden nicht oxidiert, sie bleiben in Lösung;

Die Elektrolyse von Schmelzen und Stofflösungen ist in der Industrie weit verbreitet:
1. Zur Gewinnung von Metallen (Aluminium, Magnesium, Natrium, Cadmium werden nur durch Elektrolyse gewonnen).
2. Zur Gewinnung von Wasserstoff, Halogenen, Alkalien.
3. Zur Reinigung von Metallen - Raffination (Reinigung von Kupfer, Nickel, Blei erfolgt nach dem elektrochemischen Verfahren).
4. Zum Schutz von Metallen vor Korrosion - Aufbringen von Schutzschichten in Form einer dünnen Schicht eines anderen korrosionsbeständigen Metalls (Chrom, Nickel, Kupfer, Silber, Gold) - Galvanisieren.

5. Beschaffung von Metallkopien, Aufzeichnungen - Galvanik.
1. Wie hängt die Struktur von Metallen mit ihrer Position in den Haupt- und Nebengruppen des Periodensystems der chemischen Elemente von D. I. Mendeleev zusammen?
2. Warum haben Alkali- und Erdalkalimetalle in Verbindungen eine einzige Oxidationsstufe: (+1) bzw. (+2), während Metalle sekundärer Nebengruppen in Verbindungen in der Regel unterschiedliche Oxidationsstufen aufweisen? 8. Welche Oxidationsstufen kann Mangan aufweisen? Welche Oxide und Hydroxide entsprechen Mangan in diesen Oxidationsstufen? Was ist ihr Charakter?
4. Vergleichen Sie die elektronische Struktur der Atome der Elemente der Gruppe VII: Mangan und Chlor. Erklären Sie den Unterschied in ihren chemischen Eigenschaften und das Vorhandensein unterschiedlicher Oxidationsgrade von Atomen in beiden Elementen.
5. Warum entspricht die Position von Metallen in der elektrochemischen Spannungsreihe nicht immer ihrer Position im Periodensystem von D. I. Mendeleev?
9. Stellen Sie Gleichungen für die Reaktionen von Natrium und Magnesium mit Essigsäure auf. In welchem Fall und warum wird die Reaktionsgeschwindigkeit schneller sein?
11. Welche Methoden zur Gewinnung von Metallen kennen Sie? Was ist die Essenz aller Methoden?
14. Was ist Korrosion? Welche Arten von Korrosion kennen Sie? Welcher ist ein physikalischer und chemischer Prozess?
15. Können folgende Prozesse als Korrosion angesehen werden: a) Oxidation von Eisen beim Elektroschweißen, b) Wechselwirkung von Zink mit Salzsäure bei der Gewinnung von Ätzsäure zum Löten? Geben Sie eine begründete Antwort.
17. Das Manganprodukt befindet sich im Wasser und kommt nicht mit dem Kupferprodukt in Kontakt. Bleiben beide unverändert?
18. Wird eine Eisenstruktur vor elektrochemischer Korrosion im Wasser geschützt, wenn eine Platte aus einem anderen Metall darauf verstärkt wird: a) Magnesium, b) Blei, c) Nickel?

19. Zu welchem Zweck wird die Oberfläche von Tanks zur Lagerung von Erdölprodukten (Benzin, Kerosin) mit Silber gestrichen - einer Mischung aus Aluminiumpulver mit einem der Pflanzenöle?

Allgemeine Informationen zu Metallen

Sie wissen, dass die meisten chemischen Elemente als Metalle klassifiziert werden – 92 der 114 bekannten Elemente.

Metalle sind chemische Elemente, deren Atome Elektronen von der äußeren (und einige von der äußeren) Elektronenschicht abgeben und sich in positive Ionen verwandeln.

Die einzigen Ausnahmen sind 6 Metalle: Atome von Germanium, Zinn, Blei auf der äußeren Schicht haben 4 Elektronen, Atome von Antimon, Wismut -5, Poloniumatome - 6.

Metallatome zeichnen sich durch niedrige Elektronegativitätswerte (von 0,7 bis 1,9) und ausschließlich reduzierende Eigenschaften aus, dh die Fähigkeit, Elektronen abzugeben.

Sie wissen bereits, dass im Periodensystem der chemischen Elemente von D. I. Mendeleev Metalle unter der Bor-Astat-Diagonale stehen, ich bin auch in sekundären Untergruppen darüber. In den Perioden und Tonuntergruppen gibt es euch bekannte Regelmäßigkeiten in der Veränderung der metallischen und damit reduzierenden Eigenschaften der Atome der Elemente.

Dies kann durch die Tatsache erklärt werden, dass die Stärke der Bindung von Valenzelektronen mit dem Kern der Atome dieser Metalle stärker vom Wert der Ladung des Kerns und nicht vom Radius des Atoms beeinflusst wird. Der Wert der Ladung des Kerns steigt deutlich an, die Anziehungskraft von Elektronen zum Kern nimmt zu. In diesem Fall nimmt der Atomradius zwar zu, aber nicht so stark wie bei den Metallen der Hauptnebengruppen.

Einfache Substanzen, die aus chemischen Elementen gebildet werden - Metalle, und komplexe metallhaltige Substanzen spielen eine wichtige Rolle im mineralischen und organischen "Leben" der Erde. Es genügt, daran zu erinnern, dass die Atome (None) von Metallelementen ein integraler Bestandteil der Verbindungen sind, die den Stoffwechsel im Körper von Menschen, Tieren und Pflanzen bestimmen. Zum Beispiel wurden 76 Elemente im menschlichen Blut gefunden, und nur 14 davon sind keine Metalle. Im menschlichen Körper sind einige Metallelemente (Kalzium, Kalium, Natrium, Magnesium) in großen Mengen vorhanden, dh sie sind Makronährstoffe. Und Metalle wie Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Kupfer, Zink, Molybdän sind in geringen Mengen vorhanden, dh es handelt sich um Spurenelemente. Wenn eine Person 70 kg wiegt, enthält ihr Körper (in Gramm): Kalzium - 1700, Kalium - 250, Natrium - 70, Magnesium - 42, Eisen - 5. Zink - 3. Alle Metalle sind äußerst wichtig, es treten gesundheitliche Probleme auf und in ihrem Mangel und Übermaß.

Einfache Substanzen - Metalle

Mit der Entwicklung der Herstellung von Metallen (einfachen Stoffen) und Legierungen war die Entstehung der Zivilisation („Bronzezeit“, Eisenzeit) verbunden.

Eng verbunden mit der Metallerzeugung ist auch die vor rund 100 Jahren einsetzende wissenschaftlich-technische Revolution, die sowohl die Wirtschaft als auch den gesellschaftlichen Bereich erfasste. Auf der Basis von Wolfram, Molybdän, Titan und anderen Metallen begann man, korrosionsbeständige, superharte, feuerfeste Legierungen zu schaffen, deren Verwendung die Möglichkeiten des Maschinenbaus erheblich erweiterte. In der Nuklear- und Weltraumtechnik werden Wolfram- und Rheniumlegierungen zur Herstellung von Teilen verwendet, die bei Temperaturen von bis zu 3000 ° C betrieben werden. In der Medizin werden chirurgische Instrumente aus Tantal- und Platinlegierungen, einzigartige Keramiken auf Basis von Titan- und Zirkonoxiden verwendet.

Und natürlich dürfen wir nicht vergessen, dass in den meisten Legierungen das altbekannte Metall Eisen verwendet wird (Abb. 37) und die Basis vieler Leichtmetalle relativ „junge“ Metalle sind: Aluminium und Magnesium.

Supernovae sind Verbundwerkstoffe, die beispielsweise ein Polymer oder Keramik darstellen, die innen (wie Beton mit Eisenstäben) mit Metallfasern verstärkt sind, die aus Wolfram, Molybdän, Stahl und anderen Metallen und Legierungen bestehen können – es kommt ganz darauf an Ziel, das notwendig ist, um die Materialeigenschaften zu erreichen.

Sie haben bereits eine Vorstellung von der Natur der chemischen Bindung in Metallkristallen. Erinnern Sie sich am Beispiel eines von ihnen - Natrium, wie es gebildet wird.
Abbildung 38 zeigt ein Diagramm des Kristallgitters von Natriummetall. Darin ist jedes Natriumatom von acht benachbarten umgeben. Natriumatome haben wie alle Metalle viele freie Valenzorbitale und wenige Valenzelektronen.

Das einzige Valenzelektron des Natriumatoms Zs 1 kann jedes der neun freien Orbitale besetzen, da sie sich im Energieniveau nicht wesentlich unterscheiden. Wenn sich Atome einander nähern, wenn ein Kristallgitter gebildet wird, überlappen sich die Valenzorbitale benachbarter Atome, wodurch sich Elektronen nicht frei von einem Orbital zum anderen bewegen können, wodurch eine Verbindung zwischen allen Atomen des Metallkristalls hergestellt wird.

Eine metallische Bindung ist eine Bindung in Metallen und Legierungen zwischen im Kristallgitter befindlichen Metallatom-Ionen, die durch sozialisierte Valenzelektronen ausgeführt wird.

Zinn hat zwei kristalline Modifikationen:
alpha - stabil unter 13,2 ºС mit einer Dichte von р - 5,74 g/cm3. Das ist graue Dose. Es hat ein Almaav (atomares) Kristallgitter:
betta - stabil über 13,2 ºС mit einer Dichte p - 6,55 g/cm3. Das ist weiße Dose.

Weißes Zinn ist ein sehr weiches Metall. Beim Abkühlen unter 13,2 ºС zerbröckelt es zu einem grauen Pulver, da sein spezifisches Volumen am Übergang | 1 » n deutlich zunimmt. Dieses Phänomen wird als Zinnpest bezeichnet. Natürlich sollten eine besondere Art der chemischen Bindung und die Art des Kristallgitters von Metallen deren physikalische Eigenschaften bestimmen und erklären.

Lassen Sie uns versuchen, die Gründe zu erklären, die die grundlegenden physikalischen Eigenschaften von Metallen bestimmen. Warum sind Metalle plastisch?

Eine ähnliche Wirkung auf einen Festkörper mit konnlinen Bindungen (Atomkristallgitter) führt zum Aufbrechen kovalenter Bindungen. Das Aufbrechen von Bindungen im Ionengitter führt zur gegenseitigen Abstoßung gleich geladener Ionen (Abb. 40). Daher sind Substanzen mit atomaren und ionischen Kristallgittern zerbrechlich.

Die duktilsten Metalle sind Au, Af, Cu, Sn, Pb, Zn. Sie lassen sich leicht zu Draht ziehen, der sich schmieden, pressen und zu Blechen walzen lässt.Beispielsweise kann aus Gold eine Goldfolie mit einer Dicke von 0,008 nm hergestellt werden,und aus 0,5 g dieses Metalls kann ein 1 km langer Faden gezogen werden.

Auch Quecksilber, das bekanntlich bei Raumtemperatur flüssig ist, wird im festen Zustand bei niedrigen Temperaturen formbar wie Blei. Nur Bi und Mn haben keine Plastizität, sie sind spröde.

Warum haben Metalle einen charakteristischen Glanz und sind zudem undurchsichtig?

Elektronen, die den interatomaren Raum füllen, reflektieren Lichtstrahlen (und lassen nicht wie Glas durch), und die meisten Metalle streuen alle Strahlen des sichtbaren Teils des Spektrums gleichmäßig. Daher haben sie eine silbrig weiße oder graue Farbe. Strontium, Gold und Kupfer absorbieren stärker kurze Wellenlängen (nahe Violett) und reflektieren lange Wellenlängen des Lichtspektrums, daher haben sie hellgelbe, gelbe bzw. kupferfarbene Farben.

Silber, Aluminium, Palladium haben das höchste Reflexionsvermögen. Sie werden bei der Herstellung von Spiegeln, einschließlich Scheinwerfern, verwendet.

Warum haben Metalle eine hohe elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit?

Silber, Kupfer sowie Gold, Aluminium haben die höchste elektrische Leitfähigkeit, Mangan, Blei und Quecksilber die niedrigste.

Meistens ändert sich mit der gleichen Regelmäßigkeit wie die elektrische Leitfähigkeit die Wärmeleitfähigkeit von Metallen.

Die mechanische Festigkeit, Dichte, Schmelzpunkt von Metallen sind sehr unterschiedlich. Darüber hinaus mit einer Zunahme der Anzahl von Oekgron. bindende Ionenatome, und durch Verringern des interatomaren Abstands in Kristallen nehmen die Indikatoren dieser Eigenschaften zu.

So sind Alkalimetalle, deren Atome ein Valenzelektron haben, weich (mit einem Messer geschnitten), mit geringer Dichte (Lithium ist das leichteste Metall mit p - 0,53 g / cm3) und schmelzen bei niedrigen Temperaturen (z Schmelzpunkt von Cäsium ist 29 "C) Das einzige Metall, das unter normalen Bedingungen flüssig ist - Quecksilber - hat einen Schmelzpunkt von 38,9 "C.

Calcium, das zwei Elektronen auf der äußeren Energieebene von Atomen hat, ist viel härter und schmilzt bei einer höheren Temperatur (842 °C).

Noch stärker gewölbt ist das Kristallgitter aus Scandiumatomen, die über drei Valenzelektronen verfügen.

Die stärksten Kristallgitter, hohen Dichten und Schmelzpunkte werden jedoch in Metallen der sekundären Nebengruppen V, VI, VII, MP-Gruppen beobachtet. Dies erklärt sich aus. dass für Metalle von Nebengruppen mit ungespeicherten Valenzelektronen auf der d-Unterebene neben der metallischen auch die Bildung sehr starker kovalenter Bindungen zwischen Atomen charakteristisch ist, die von Elektronen der äußeren Schicht aus s-Orbitalen durchgeführt wird.

Metalle unterscheiden sich in Bezug auf Magnetfelder. Aber dieses Zeichen Sie sind in drei Gruppen unterteilt:

Ferromagnetisch Kann unter Einfluss auch schwacher Magnetfelder magnetisiert werden (Eisen - Alpha-Form, Kobalt, Nickel, Gadolinium);

Paramagnetische weisen eine schwache Magnetisierungsfähigkeit auf (Aluminium, Chrom, Titan, fast alle Lanthanide);

Diamagnetische werden vom Magneten nicht angezogen, sogar leicht abgestoßen (Zinn, Litze, Wismut).

In der Technik ist es üblich, Metalle nach verschiedenen physikalischen Eigenschaften zu klassifizieren:

a) Dichte - Licht (S< 5 г/см3) и тяжелые (все остальные);
b) Schmelzpunkt - schmelzbar und feuerfest.

Klassifikationen von Metallen nach chemischen Eigenschaften

Metalle mit geringer chemischer Aktivität werden als edel bezeichnet (Silber, Gold, Platin und seine Analoga - Osmium, Iridium, Ruthenium, Palladium, Rhodium).
Je nach Nähe der chemischen Eigenschaften Alkali (Metalle der I. Hauptgruppe), Erdalkalien (Kalzium, Strontium, Barium, Radium) sowie Seltenerdmetalle (Scandium, Yttrium, Lanthan und Lanthanide, Actinium und Actinide) Werden unterschieden.

Allgemeine chemische Eigenschaften von Metallen

Metallatome geben relativ leicht Valenzelektronen ab und gehen in positiv geladene Nons über, das heißt, sie werden oxidiert. Dies ist, wie Sie wissen, die wichtigste gemeinsame Eigenschaft von Atomen und einfachen Metallsubstanzen.

Die Reduktionsaktivität eines Metalls bei chemischen Reaktionen, die in wässrigen Lösungen stattfinden, spiegelt seine Position in der elektrochemischen Reihe von Metallspannungen wider.

1. Je weiter links das Metall in dieser Reihe steht, desto stärker ist das Reduktionsmittel.
2. Jedes Metall ist in der Lage, die Metalle zu verdrängen (wieder herzustellen) und in Lösung die Metalle zu versetzen, die in einer Reihe von Spannungen (rechts) nach ihm kommen.
3. Metalle, die in der Spannungsreihe links von Wasserstoff liegen, können ihn aus gelösten Säuren verdrängen.
4. Metalle, die die stärksten Reduktionsmittel (Alkali- und Erdalkalimetalle) sind, interagieren in wässrigen Lösungen hauptsächlich mit Wasser.

Beispielsweise ist Lithium in wässrigen Lösungen aktiver als Natrium (obwohl Na im Hinblick auf seine Position im Periodensystem ein aktiveres Metall ist). Tatsache ist, dass die Hydratationsenergie von Li+-Ionen viel größer ist als die Hydratationsenergie von Na+-Ionen. daher ist der erste Prozess energetisch günstiger.
Nachdem wir die allgemeinen Bestimmungen betrachtet haben, die die reduzierenden Eigenschaften von Metallen charakterisieren, wenden wir uns speziellen chemischen Reaktionen zu.

Wechselwirkung mit einfachen nichtmetallischen Stoffen

1. Mit Sauerstoff bilden die meisten Metalle Oxide - basisch und amphoterpy. Saure Übergangsmetalloxide wie Chromoxid oder Manganoxid werden nicht durch direkte Oxidation des Metalls mit Sauerstoff gebildet. Sie werden indirekt gewonnen.

Alkalimetalle Na, K reagieren aktiv mit Luftsauerstoff unter Bildung von Peroxiden.

Natriumoxid wird indirekt durch Calcinieren von Peroxiden mit den entsprechenden Metallen gewonnen:

Lithium und Erdalkalimetalle reagieren mit Luftsauerstoff zu basischen Oxiden.

Andere Metalle, mit Ausnahme von Gold- und Platinmetallen, die überhaupt nicht durch Luftsauerstoff oxidiert werden, interagieren weniger aktiv oder bei Erwärmung mit ihm.

2. Metalle bilden mit Halogenen Salze von Halogenwasserstoffsäuren.

3. Mit Wasserstoff bilden die aktivsten Metalle Hydride - ionische Salze, eine übliche Substanz, in der Wasserstoff eine Oxidationsstufe von -1 hat, zum Beispiel:
Calciumhydrid.

Viele Übergangsmetalle bilden mit Wasserstoff Hydride einer besonderen Art – es findet eine Art Auflösung oder Einbringung von Wasserstoff in das Kristallgitter von Metallen zwischen Atomen und Ionen statt, während das Metall seine behält Aussehen, nimmt aber an Volumen zu. Absorbierter Wasserstoff befindet sich im Metall, anscheinend in atomarer Form. Es gibt auch intermediäre Metallhydride.

4. Metalle bilden Salze mit Schwefel - Sulfiden.

Interaktion mit komplexen Substanzen

1. Mit Wasser. Alkali- und Erdalkalimetalle verdrängen unter normalen Bedingungen Wasserstoff aus Wasser und bilden lösliche Alkalibasen.

Magnesium interagiert nur beim Kochen mit Wasser, und es wird auch Wasserstoff freigesetzt. Wird dem Wasser brennendes Magnesium zugesetzt, so setzt sich die Verbrennung mit fortschreitender Reaktion fort: Wasserstoff brennt. Eisen interagiert nur mit Wasser, wenn es erhitzt wird.

2. Metalle, die in einer Reihe von Spannungen bis zu Wasserstoff liegen, interagieren mit Säuren in Lösung. Dabei entstehen Salz und Wasserstoff. Blei (und einige andere Metalle) löst sich jedoch trotz seiner Position in der Spannungsreihe (links von Wasserstoff) in verdünnter Schwefelsäure fast nicht auf, da das entstehende Bleisulfat PbSO unlöslich ist und einen Schutzfilm auf der Metalloberfläche bildet .

3. Mit Salzen weniger aktiver Metalle in Lösung. Als Ergebnis einer solchen Reaktion wird ein Salz eines aktiveren Metalls gebildet und ein weniger aktives Metall in freier Form freigesetzt.

Es muss daran erinnert werden, dass die Reaktion in Fällen abläuft, in denen das resultierende Salz löslich ist. Die Verdrängung von Metallen aus ihren Verbindungen durch andere Metalle wurde erstmals im Detail von N. N. Beketov, einem prominenten russischen Physikochemiker, untersucht. Er ordnete die Metalle nach ihrer chemischen Aktivität in der „Ausdrucksreihe“, die zum Urbild der Reihe der Metallspannungen wurde.

Metalle nehmen an Reaktionen mit Halogenalkanen teil, die zur Gewinnung niederer Cycloalkane und für Synthesen verwendet werden, bei denen das Kohlenstoffgerüst des Moleküls komplexer wird (A. Wurtz-Reaktion):

5. Metalle, deren Hydroxide amphoter sind, interagieren mit Alkalien in Lösung.

6. Metalle können untereinander chemische Verbindungen bilden, die zusammen als intermetallische Verbindungen bezeichnet werden. Sie zeigen meistens nicht die Oxidationsstufen von Atomen, die für Verbindungen von Metallen mit Nichtmetallen charakteristisch sind.

Metalloxide und -hydroxide

Oxide, die von typischen Metallen gebildet werden, werden als salzbildende, basische Eigenschaften klassifiziert. Wie Sie wissen, entsprechen sie Hydroxiden. das sind Basen, die im Fall von Alkali- und Erdalkalimetallen wasserlöslich sind, starke Elektrolyte sind und Alkalien genannt werden.

Die Oxide und Hydroxide einiger Metalle sind amphoter, das heißt, sie können sowohl basische als auch saure Eigenschaften aufweisen, abhängig von den Substanzen, mit denen sie interagieren.

Zum Beispiel:

Beispielsweise weist Chrom in Verbindungen drei Oxidationsstufen auf: +2, +3, +6, daher bildet es drei Reihen von Oxiden und Hydroxiden, und mit zunehmendem Oxidationsgrad nimmt der Säurecharakter zu und der basische Charakter ab.

Korrosion von Metallen

Wenn Metalle mit Umweltstoffen in Wechselwirkung treten, entstehen auf ihren Oberflächen Verbindungen, die völlig andere Eigenschaften haben als die Metalle selbst. Im Normalfall verwenden wir oft die Worte "Rost", "Rosten", wenn wir eine braun-rote Beschichtung auf Produkten aus Eisen und seinen Legierungen sehen. Rosten ist eine häufige Form der Korrosion.

Korrosion ist ein Prozess der spontanen Zerstörung von Metallen und ein Splat-Aliasmus der aktuellen Umgebung (von lat. - korrosiv).

Fast alle Metalle werden jedoch zerstört, wodurch sich viele ihrer Eigenschaften verschlechtern (oder vollständig verloren gehen): Festigkeit, Duktilität, Glanz nehmen ab, die elektrische Leitfähigkeit nimmt ab, die Reibung zwischen beweglichen Teilen der Maschine nimmt ebenfalls zu, die Abmessungen der Teile ändern usw.

Korrosion von Metallen kann kontinuierlich und lokal sein.

Nerven sind nicht so gefährlich wie die zweiten, ihre Erscheinungsformen können bei der Gestaltung von Strukturen und Apparaten berücksichtigt werden. Lokale Korrosion ist viel gefährlicher, obwohl die Metallverluste hier gering sein können. Einer seiner gefährlichsten Typen ist Punkt. Sie bestehen in der Bildung von durchgehenden Läsionen, dh Punkthöhlen - Lochfraß, während die Festigkeit einzelner Abschnitte abnimmt, die Zuverlässigkeit von Strukturen, Apparaten und Strukturen abnimmt.

Die Korrosion von Metallen verursacht großen wirtschaftlichen Schaden. Die Menschheit trägt enorme materielle Verluste infolge der Zerstörung von Pipelines, Maschinenteilen, Schiffen, Brücken und verschiedener Ausrüstung.

Korrosion führt zu einer Verringerung der Zuverlässigkeit von Metallstrukturen.Unter Berücksichtigung einer möglichen Zerstörung muss die Festigkeit einiger Produkte (z. B. Flugzeugteile, Turbinenschaufeln) überschätzt werden, was einen erhöhten Metallverbrauch bedeutet, und dies erfordert zusätzliche Wirtschaftlichkeit Kosten.

Korrosion führt zu Produktionsausfällen durch den Austausch ausgefallener Anlagen, zum Verlust von Rohstoffen und Produkten durch die Zerstörung von Halo-, Öl- und Wasserleitungen. Es ist unmöglich, die Schäden für die Natur und damit für die menschliche Gesundheit zu berücksichtigen, die durch das Austreten von Ölprodukten und anderen Chemikalien verursacht werden. Korrosion kann zu einer Kontamination von Produkten und folglich zu einer Verschlechterung ihrer Qualität führen. Die Kosten für die Kompensation von Korrosionsverlusten sind enorm. Sie machen etwa 30 % der jährlichen Metallproduktion weltweit aus.

Aus all dem, was gesagt wurde, folgt, dass ein sehr wichtiges Problem darin besteht, Wege zu finden, um Metalle und Legierungen vor Korrosion zu schützen.

Sie sind sehr abwechslungsreich. Für ihre Auswahl ist es jedoch notwendig, die chemische Essenz von Korrosionsprozessen zu kennen und zu berücksichtigen.

Aber die chemische Natur der Korrosion ist ein Redoxprozess. Abhängig von der Umgebung, in der sie auftritt, gibt es verschiedene Arten von Korrosion.

Die häufigsten Korrosionsarten sind chemische und elektrochemische.

In einem Fall wird eine Gasentwicklung (Hg) beobachtet. In der anderen - die Bildung von Rost.

Elektrochemische Korrosion ist also eine Reaktion, die in stromleitenden Medien auftritt (im Gegensatz zu chemischer Korrosion). Der Prozess tritt auf, wenn zwei Metalle in Kontakt kommen oder auf der Oberfläche eines Metalls, das Einschlüsse enthält, die weniger aktive Leiter sind (es kann auch ein Nichtmetall sein).

An der Anode (einem aktiveren Metall) werden Metallatome zu Kationen oxidiert (Auflösung).

An der Kathode (einem weniger aktiven Leiter) werden Wasserstoffionen oder Sauerstoffmoleküle unter Bildung von H2- bzw. OH-Hydroxidionen reduziert.

Wasserstoffkationen und gelöster Sauerstoff sind die wichtigsten Oxidationsmittel, die elektrochemische Korrosion verursachen.

Der Elektrolyt kann Meerwasser, Flusswasser, kondensierte Feuchtigkeit und natürlich bekannte Elektrolyte sein - Lösungen von Salzen, Säuren, Laugen.

Korrosionsschutzverfahren

Bereits bei der Konstruktion von Metallkonstruktionen sieht deren Herstellung Maßnahmen zum Schutz vor Korrosion vor.

1. Schleifen der Oberflächen des Produkts, damit keine Feuchtigkeit darauf zurückbleibt.
2. Die Verwendung von legierten Legierungen mit speziellen Zusätzen: Chrom, Nickel, die bei hohen Temperaturen eine stabile Oxidschicht auf der Metalloberfläche bilden. Legierte Stähle sind bekannt - rostfreie Stähle, aus denen Haushaltsgegenstände (ummantelte Gabeln, Löffel), Maschinenteile, Werkzeuge hergestellt werden.
3. Aufbringen von Schutzbeschichtungen.

Betrachten Sie ihre Typen.

Nichtmetallisch - nicht oxidierende Öle, Speziallacke, Farben. Sie sind zwar kurzlebig, aber billig.

Chemisch - künstlich erzeugte Oberflächenfilme: Oxid, Zitronensäure, Silizid, Polymer usw. Zum Beispiel alle Handfeuerwaffen Die Teile vieler Präzisionsinstrumente werden poliert - dies ist der Prozess, um den dünnsten Film aus Eisenoxiden auf der Oberfläche eines Stahls zu erhalten Produkt. Der resultierende künstliche Oxidfilm ist sehr haltbar und verleiht dem Produkt eine schöne schwarze Farbe und blaue Tönung. Polymerbeschichtungen werden aus Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polyamidharzen hergestellt. Sie werden auf zwei Arten aufgetragen: Ein erhitztes Produkt wird in ein Polymerpulver gegeben, das schmilzt und mit dem Metall verschweißt, oder die Metalloberfläche wird mit einer Polymerlösung in einem Niedrigtemperaturlösungsmittel, das schnell verdunstet, und dem Polymerfilm behandelt verbleibt auf dem Produkt.

Metallische Überzüge sind Überzüge mit anderen Metallen, auf deren Oberfläche sich unter Einwirkung von Oxidationsmitteln stabile Schutzfilme bilden.

Das Auftragen von Chrom auf die Oberfläche – Verchromen, Vernickeln – Vernickeln, Verzinken – Verzinken, Verzinnen – Verzinnen usw. Als Beschichtung kann auch ein chemisch passives Metall – Gold, Silber, Kupfer – dienen.

4. Elektrochemische Schutzverfahren.

Schützend (anodisch) - An der geschützten Metallstruktur ist ein Stück eines aktiveren Metalls (Protektor) angebracht, das als Anode dient und in Gegenwart eines Elektrolyten zerstört wird. Magnesium, Aluminium, Zink werden als Schutz beim Schutz von Schiffsrümpfen, Pipelines, Kabeln und anderen stilvollen Produkten verwendet;

Kathode - Die Metallstruktur ist mit der Kathode einer externen Stromquelle verbunden, wodurch die Möglichkeit einer Zerstörung der Anode ausgeschlossen wird

5. Sonderbehandlung des Elektrolyten oder der Umgebung, in der sich die geschützte Metallstruktur befindet.

Entfernung von im Wasser gelöstem Sauerstoff (Entgasung). Dieses Verfahren wird bei der Aufbereitung von Wasser verwendet, das in Kesselanlagen eintritt.

Methoden zur Gewinnung von Metallen

Eine erhebliche chemische Aktivität von Metallen (Wechselwirkung mit Luftsauerstoff, anderen Nichtmetallen, Wasser, Salzlösungen, Säuren) führt dazu, dass sie in der Erdkruste hauptsächlich in Form von Verbindungen vorkommen: Oxide, Sulfide, Sulfate, Chloride, Karbonate usw.

In freier Form gibt es Metalle, die sich in der Spannungsreihe rechts von Wasserstoff befinden, obwohl Kupfer und Quecksilber viel häufiger in der Natur in Form von Verbindungen vorkommen.

Als Erze werden Mineralien und Gesteine bezeichnet, die Metalle und deren Verbindungen enthalten, aus denen die Gewinnung reiner Metalle technisch möglich und wirtschaftlich sinnvoll ist.

Pyrometallurgie ist die Rückgewinnung von Metallen aus Erzen bei hohen Temperaturen unter Verwendung von Kohlenstoff, Kohlenmonoxid (II). Wasserstoff, Metalle - Aluminium, Magnesium.

Hydrometallurgie ist die Reduktion von Metallen zu ihren Salzen in Lösung. Der Prozess läuft in 2 Stufen ab:

1) die natürliche Verbindung wird in einem geeigneten Reagenz gelöst, um eine Lösung des Salzes dieses Metalls zu erhalten;
2) dieses Metall wird aus der erhaltenen Lösung durch ein aktiveres ersetzt oder durch Elektrolyse wiederhergestellt. Um beispielsweise Kupfer für kupferoxidhaltige Erze, CuO, zu gewinnen, wird es mit verdünnter Schwefelsäure behandelt.

Das Kupfer wird dann entweder durch Elektrolyse oder durch Ersetzen des Sulfats durch Eisen aus der Salzlösung entfernt. Auf diese Weise werden Silber, Zink, Molybdän, Gold, Uran gewonnen.

Elektrometallurgie ist die Reduktion von Metallen im Prozess der Elektrolyse von Lösungen oder Schmelzen ihrer Verbindungen.

Elektrolyse

Wenn die Elektroden in die Elektrolytlösung oder Schmelze abgesenkt und ein konstanter elektrischer Strom durchgeleitet wird, bewegen sich die Ionen in eine Richtung: Kationen - zur Kathode (negativ geladene Elektrode), Anionen - zur Anode (positiv geladene Elektrode) .

An der Kathode nehmen Kationen Elektronen auf und werden an der Anode reduziert, Anionen geben Elektronen ab und werden oxidiert. Dieser Vorgang wird als Elektrolyse bezeichnet.
Die Elektrolyse ist ein Oxidations-Reduktions-Prozess, der in einem elektrischen System während des Durchgangs eines elektrischen Stroms durch einen heißen Draht oder eine Elektrolytlösung auftritt.

Die Hauptsache, an die man sich erinnern sollte, ist, dass bei der Elektrolyse eine chemische Reaktion aufgrund elektrischer Energie durchgeführt wird, die nicht spontan ablaufen kann.

Komplizierter ist die Situation bei der Elektrolyse von Elektrolytlösungen.

Zur Bestimmung der Elektrolyseprodukte wässriger Elektrolytlösungen gelten die folgenden Regeln.

1.1. Das Elektrolytkation befindet sich in der Spannungsreihe am Anfang der Reihe (zusammen mit Al einschließlich), dann findet an der Kathode der Prozess der Wasserreduktion statt (Wasserstoff wird freigesetzt). Metallkationen werden nicht reduziert, sie bleiben in Lösung.
1.2. Das Elektrolytkation befindet sich in einer Reihe von Spannungen zwischen Aluminium und Wasserstoff, dann werden sowohl Metallnone als auch Wassermoleküle an der Kathode reduziert.
1.3. Das Elektrolytkation befindet sich in einer Reihe von Spannungen nach Wasserstoff, dann werden Metallkationen an der Kathode reduziert.
1.4. Die Lösung enthält Kationen verschiedener Metalle, dann wird das heruntergeladene Metallkation wiederhergestellt und steht in einer Reihe von Spannungen

Diese Regeln sind in Abbildung 10 dargestellt.

2. Der Prozess an der Anode hängt vom Material der Anode und von der Art des Annons ab (Schema 11).

2.1. Wenn die Anode aufgelöst wird (Eisen, Zink, Kupfer, Silber und alle Metalle, die bei der Elektrolyse oxidiert werden), wird das Anodenmetall unabhängig von der Art des Anions oxidiert. 2.2. Wenn sich die Anode nicht auflöst (sie wird als inert bezeichnet - Graphit, Gold, Platin), dann:
a) bei der Elektrolyse von Lösungen von Salzen anoxischer Säuren (Promefluoride) wird das Anion an der Anode oxidiert;
b) Während der Elektrolyse von Lösungen von Salzen sauerstoffhaltiger Säure und Fluoriden an der Anode findet der Prozess der Wasseroxidation statt. Anionen werden nicht oxidiert, sie bleiben in Lösung;

Die Elektrolyse von Schmelzen und Stofflösungen ist in der Industrie weit verbreitet:

1. Zur Gewinnung von Metallen (Aluminium, Magnesium, Natrium, Cadmium werden nur durch Elektrolyse gewonnen).
2. Zur Gewinnung von Wasserstoff, Halogenen, Alkalien.
3. Zur Reinigung von Metallen - Raffination (Reinigung von Kupfer, Nickel, Blei erfolgt nach dem elektrochemischen Verfahren).
4. Zum Schutz von Metallen vor Korrosion - Aufbringen von Schutzbeschichtungen in Form einer dünnen Schicht eines anderen korrosionsbeständigen Metalls (Chrom, Nickel, Kupfer, Silber, Gold) - Galvanisieren.
5. Beschaffung von Metallkopien, Aufzeichnungen - Galvanik.

Praktische Aufgabe

1. Wie hängt die Struktur von Metallen mit ihrer Position in den Haupt- und Nebengruppen des Periodensystems der chemischen Elemente von D. I. Mendeleev zusammen?
2. Warum haben Alkali- und Erdalkalimetalle in Verbindungen eine einzige Oxidationsstufe: (+1) bzw. (+2), während Metalle sekundärer Nebengruppen in Verbindungen in der Regel unterschiedliche Oxidationsstufen aufweisen?
3. Welche Oxidationsstufen kann Mangan aufweisen? Welche Oxide von Hydrokenda entsprechen Mangan in diesen Oxidationsstufen? Was ist ihr Charakter?
4. Vergleichen Sie die elektronische Struktur der Atome der Elemente der Gruppe VII: Mangan und Chlor. Erklären Sie den Unterschied in ihren chemischen Eigenschaften und das Vorhandensein unterschiedlicher Oxidationsgrade von Atomen in beiden Elementen.
5. Warum entspricht die Position von Metallen in der elektrochemischen Spannungsreihe nicht immer ihrer Position im Periodensystem von D. I. Mendeleev?
9. Stellen Sie Gleichungen für die Reaktionen von Natrium und Magnesium mit Essigsäure auf. In welchem Fall und warum wird die Reaktionsgeschwindigkeit schneller sein?
11. Welche Methoden zur Gewinnung von Metallen kennen Sie? Was ist die Essenz aller Methoden?
14. Was ist Korrosion? Welche Arten von Korrosion kennen Sie? Welcher davon ist ein physikalischer und chemischer Prozess?
15. Können folgende Prozesse als Korrosion angesehen werden: a) Oxidation von Eisen beim Elektroschweißen, b) Wechselwirkung von Zink mit Salzsäure bei der Gewinnung von Ätzsäure zum Löten? Geben Sie eine begründete Antwort.
17. Das Manganprodukt befindet sich im Wasser und kommt nicht mit dem Kupferprodukt in Kontakt. Bleiben beide unverändert?
18. Wird eine Eisenstruktur vor elektrochemischer Korrosion im Wasser geschützt, wenn eine Platte aus einem anderen Metall darauf gestohlen wird: a) Magnesium, b) Blei, c) Nickel?
19. Zu welchem Zweck wird die Oberfläche von Tanks zur Lagerung von Erdölprodukten (Benzin, Kerosin) mit Silber gestrichen - einer Mischung aus Aluminiumpulver mit einem der Pflanzenöle?
20. Auf der Oberfläche des angesäuerten Bodens des Gartengrundstücks befinden sich Eisenrohre mit eingesetzten Messinghähnen. Was wird korrodieren: Rohr Yiyang Wasserhahn? Wo ist die Zerstörung am stärksten?
21. Was ist der Unterschied zwischen der Elektrolyse von Schmelzen und der Elektrolyse von wässrigen Lösungen?
22*. Welche Metalle können durch Elektrolyse von Schmelzen ihrer Salze und nicht durch Elektrolyse von wässrigen Lösungen dieser Substanzen gewonnen werden?
23*. Stellen Sie die Gleichungen für die Elektrolyse von Bariumchlorid auf in: a) Schmelze, b) Lösung
28. Zu einer Lösung, die 27 g Kupfer(II)chlorid enthielt, wurden 1–4 g Eisenspäne gegeben. Welche Masse an Kupfer wurde bei dieser Reaktion freigesetzt?
Antwort: 12,8 g.
29. Welche Masse an Zinksulfat kann man erhalten, wenn man überschüssiges Zink mit 500 ml einer 20%igen Schwefelsäurelösung mit einer Dichte von 1,14 g/ml umsetzt?
Antwort: 187.3
31. Bei der Behandlung von 8 g einer Mischung aus Magnesium und Magnesiumoxid mit Salzsäure wurden 5,6 Liter Wasserstoff (n, w.) freigesetzt. Wie groß ist der Massenanteil (in %) von JUNE in der Ausgangsmischung?
Antwort: 75 %.
34. Bestimmen Sie den Massenanteil (in Prozent) von Kohlenstoff in Stahl (einer Legierung aus Eisen mit Kohlenstoff), wenn 0,28 l Kohlenmonoxid (IV) (n.a.) während der Verbrennung seiner 10 g schweren Probe in einem Sauerstoffstrom gesammelt wurden .
Antwort: 1,5 %.
35. Eine 0,5 g schwere Natriumprobe wurde in Wasser gegeben. Weder zur Neutralisation der entstandenen Lösung noch 29,2 g 1,5 %ige Salzsäure aufgewendet. Wie groß ist der Massenanteil (in Prozent) von Natrium in der Probe?
Antwort: 55,2 %.
36. Eine Legierung aus Kupfer und Aluminium wurde mit einem Überschuss an Natronlauge behandelt und ein Gas mit einem Volumen von 1,344 Litern (n.a.) wurde freigesetzt, der Rückstand nach der Reaktion wurde in Salpetersäure gelöst, dann wurde die Lösung eingedampft und auf eine konstante Masse kalziniert, die sich als 0,4 g herausstellte Legierungszusammensetzung? Antwort: 1,08 g Al 0,32 g Cu oder 77,14 % Al 22,86 % Cu.
37. Welche Masse an Gusseisen mit 94 % Eisen kann aus 1 Tonne rotem Eisenerz (Fe2O3) mit 20 % Verunreinigungen gewonnen werden?
Antwort: 595,74 kg.

Metalle in der Natur

Wenn Sie sich in den vorangegangenen Klassen gründlich mit Chemie beschäftigt haben, dann wissen Sie, dass das Periodensystem mehr als neunzig Arten von Metallen enthält, von denen etwa sechzig in der Natur vorkommen.

Natürlich vorkommende Metalle lassen sich grob in folgende Gruppen einteilen:

Metalle, die in freier Form in der Natur vorkommen;
in Form von Verbindungen vorkommende Metalle;
Metalle, die in gemischter Form vorkommen, d. h. sie können sowohl in freier Form als auch in Form von Verbindungen vorliegen.

Im Gegensatz zu anderen chemischen Elementen kommen Metalle in der Natur häufig in Form einfacher Substanzen vor. Sie haben normalerweise einen nativen Zustand. Zu solchen Metallen, die in Form einfacher Substanzen vorliegen, gehören Gold, Silber, Kupfer, Platin, Quecksilber und andere.

Aber nicht alle in der Natur vorkommenden Metalle werden in ihrem natürlichen Zustand präsentiert. Einige Metalle kommen in Form von Verbindungen vor und werden Mineralien genannt.

Darüber hinaus können solche chemischen Elemente wie Silber, Quecksilber und Kupfer sowohl in nativem Zustand als auch in Form von Verbindungen gefunden werden.

Als Erze werden alle jene Mineralien bezeichnet, aus denen später Metalle gewonnen werden können. In der Natur gibt es Erz, das Eisen enthält. Diese Verbindung wird Eisenerz genannt. Und wenn die Zusammensetzung Kupfer enthält, wird eine solche Verbindung jedoch als Kupfererz bezeichnet.

Am häufigsten in der Natur sind natürlich Metalle, die aktiv mit Sauerstoff und Schwefel interagieren. Sie werden Metalloxide und -sulfide genannt.

Ein solches gemeinsames Element, das ein Metall bildet, ist Aluminium. Aluminium kommt in Ton vor und findet sich auch in Edelsteinen wie Saphir und Rubin.

Das zweitbeliebteste und am weitesten verbreitete Metall ist Eisen. Es kommt in der Natur normalerweise in Form von Verbindungen vor und in seiner nativen Form kann es nur in der Zusammensetzung von Meteoritensteinen gefunden werden.

Die zweithäufigsten in der Natur bzw. der Erdkruste sind Metalle wie Magnesium, Calcium, Natrium, Kalium.

Wenn Sie Münzen in der Hand halten, haben Sie wahrscheinlich bemerkt, dass ihnen ein charakteristischer Geruch entströmt. Es stellt sich jedoch heraus, dass dies nicht der Geruch von Metall ist, sondern der Geruch, der von den Verbindungen herrührt, die sich bilden, wenn das Metall mit menschlichem Schweiß in Kontakt kommt.

Wussten Sie, dass es in der Schweiz eine Produktion von Goldbarren in Form einer Tafel Schokolade gibt, die in Scheiben gebrochen und als Geschenk oder Zahlungsmittel verwendet werden kann? Das Unternehmen stellt solche Tafelschokoladen aus Gold, Silber, Platin und Palladium her. Wenn eine solche Fliese in Scheiben gebrochen wird, wiegt jede von ihnen nur ein Gramm.

Und doch hat eine solche Metalllegierung wie Nitinol eine ziemlich interessante Eigenschaft. Es ist einzigartig, da es einen Memory-Effekt hat und ein verformtes Produkt aus dieser Legierung beim Erhitzen in seine ursprüngliche Form zurückkehren kann. Solche besonderen Materialien mit dem sogenannten Gedächtnis werden zur Herstellung von Buchsen verwendet. Sie haben die Fähigkeit, bei niedrigen Temperaturen zu schrumpfen, und bei Raumtemperatur richten sich diese Buchsen aus, und diese Verbindung ist noch zuverlässiger als Schweißen. Und dieses Phänomen tritt aufgrund der Tatsache auf, dass diese Legierungen eine thermoelastische Struktur haben.

Haben Sie sich jemals gefragt, warum es üblich ist, Goldschmuck mit einer Legierung aus Silber oder Kupfer zu versehen? Es stellt sich heraus, dass dies daran liegt, dass reines Gold sehr weich ist und selbst mit einem Fingernagel leicht zu zerkratzen ist.