Kemian näkökulmasta Metalli on alkuaine, jolla on positiivinen hapetusaste kaikissa yhdisteissä. Tällä hetkellä tunnetuista 109 alkuaineesta 86 on metalleja. Metallien tärkein erottuva piirre on vapaita elektroneja, jotka eivät ole sitoutuneet tiettyyn atomiin, läsnäolo kondensoituneessa tilassa. Nämä elektronit pystyvät liikkumaan koko kehon tilavuudessa. Vapaiden elektronien läsnäolo määrittää metallien koko ominaisuudet. Kiinteässä tilassa useimmilla metalleilla on erittäin symmetrinen kiderakenne, joka on jokin seuraavista: vartalokeskeinen kuutio, kasvokeskeinen kuutio tai kuusikulmainen tiiviisti pakattu (kuva 1).
Riisi. 1. Tyypillinen metallikiteen rakenne: a – vartalokeskeinen kuutio; b-kuutio kasvokeskeinen; c – tiheä kuusikulmainen
Metalleilla on tekninen luokitus. Tyypillisesti erotetaan seuraavat ryhmät: mustat metallit(Fe); raskaat ei-rautametallit(Cu, Pb, Zn, Ni, Sn, Co, Sb, Bi, Hg, Cd), kevyet metallit jonka tiheys on alle 5 g/cm3 (Al, Mg, Ca jne.), arvometallit(Au, Ag ja platina metallit) Ja harvinaiset metallit(Be, Sc, In, Ge ja jotkut muut).
Kemiassa metallit luokitellaan niiden paikan mukaan alkuaineiden jaksollisessa taulukossa. On olemassa pää- ja toissijaisten alaryhmien metalleja. Pääalaryhmien metalleja kutsutaan intransitioksi. Näille metalleille on ominaista se, että niiden atomeissa s– ja p– elektronikuoret ovat peräkkäin täytettyinä.
Tyypillisiä metalleja ovat s-elementtejä(alkali Li, Na, K, Rb, Cs, Fr ja maa-alkalimetallit Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra). Nämä metallit sijaitsevat alaryhmissä Ia ja IIa (eli ryhmien I ja II pääalaryhmissä). Nämä metallit vastaavat valenssielektronikuorten konfiguraatiota ns 1 tai ns 2 (n on pääkvanttiluku). Näille metalleille on tunnusomaista:
a) metalleissa on 1 – 2 elektronia ulkotasolla, joten niiden hapetustilat ovat vakiot +1, +2;
b) näiden alkuaineiden oksidit ovat luonteeltaan emäksisiä (poikkeus on beryllium, koska ionin pieni säde antaa sille amfoteerisia ominaisuuksia);
c) hydridit ovat luonteeltaan suolan kaltaisia ja muodostavat ionikiteitä;
d) elektronisten alitasojen viritys on mahdollista vain ryhmän IIA metalleissa ja sitä seuraava orbitaalien sp-hybridisaatio.
TO p-metallit sisältävät alkuaineet IIIa (Al, Ga, In, Tl), IVa (Ge, Sn, Pb), Va (Sb, Bi) ja VIa (Po) ryhmät, joiden pääkvanttiluvut ovat 3, 4, 5, 6. Nämä metallit vastaavat konfiguraatio valenssielektronikuoret ns 2 p z (z voi ottaa arvon 1 - 4 ja on yhtä suuri kuin ryhmän numero miinus 2). Näille metalleille on tunnusomaista:
a) s - ja p - elektronit suorittavat kemiallisten sidosten muodostumisen niiden viritys- ja hybridisaatioprosessissa (sp - ja spd), mutta ryhmissä ylhäältä alas kyky hybridisoitua vähenee;
b) p-metallien oksidit, amfoteeriset tai happamat (emäksiset oksidit vain In:lle ja Tl:lle);
c) p-metallihydridit ovat luonteeltaan polymeerisiä (AlH 3) n tai kaasumaisia (SnH 4, PbH 4 jne.), mikä vahvistaa samankaltaisuuden näitä ryhmiä avaavien ei-metallien kanssa.
Sivualaryhmien metallien atomeissa, joita kutsutaan siirtymämetalleiksi, muodostuu d- ja f-kuoret, joiden mukaan ne jaetaan d-ryhmään ja kahteen f-ryhmään, lantanideihin ja aktinideihin.
Siirtymämetalleihin kuuluu 37 d-ryhmän alkuainetta ja 28 f-ryhmän metallia. TO d-ryhmän metallit sisältävät alkuaineet Ib (Cu, Ag, Au), IIb (Zn, Cd, Hg), IIIb (Sc, Y, La, Ac), IVb (Ti, Zr, Hf, Db), Vb (V, Nb, Ta, Jl), VIb (Cr, Mo, W, Rf), VIIb (Mn, Tc, Re, Bh) ja VIII ryhmät (Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Rt, Hn, Mt, Db, Jl, Rf, Bh, Hn, Mt). Nämä elementit vastaavat konfiguraatiota 3d z 4s 2. Poikkeuksia ovat jotkut atomit, mukaan lukien kromiatomit, joissa on puolitäytetty 3d 5 -kuori (3d 5 4s 1) ja kupariatomit, joissa on täysin täytetty 3d 10 -kuori (3d 10 4s 1). Näillä elementeillä on joitain yhteisiä ominaisuuksia:
1. ne kaikki muodostavat seoksia keskenään ja muiden metallien välillä;
2. osittain täytettyjen elektronikuorten läsnäolo määrää d-metallien kyvyn muodostaa paramagneettisia yhdisteitä;
3. kemiallisissa reaktioissa niillä on vaihteleva valenssi (harvoja poikkeuksia lukuun ottamatta), ja niiden ionit ja yhdisteet ovat yleensä värillisiä;
4. kemiallisissa yhdisteissä d-alkuaineet ovat sähköpositiivisia. "Jalo"metallit, joilla on korkea standardielektrodipotentiaalin positiivinen arvo (E>0), ovat vuorovaikutuksessa happojen kanssa epätavallisella tavalla;
5. d-metalli-ioneilla on valenssitason (ns, np, (n–1) d) vapaita atomiorbitaaleja, joten niillä on akseptoriominaisuuksia, jotka toimivat keskusionina koordinaatio- (kompleksi)yhdisteissä.
Alkuaineiden kemialliset ominaisuudet määräytyvät niiden sijainnin perusteella Mendelejevin alkuaineiden jaksollisessa taulukossa. Siten metalliset ominaisuudet kasvavat ryhmässä ylhäältä alas, mikä johtuu valenssielektronien ja ytimen välisen vuorovaikutusvoiman vähenemisestä atomin säteen kasvun vuoksi ja seulonnan lisääntymisestä elektroneja, jotka sijaitsevat atomien sisäisillä kiertoradoilla. Tämä johtaa atomin helpompaan ionisaatioon. Jossain vaiheessa metalliset ominaisuudet vähenevät vasemmalta oikealle, koska tämä johtuu ytimen varauksen kasvusta ja siten valenssielektronien ja ytimen välisen sidoksen voimakkuuden lisääntymisestä.
Kemiallisesti kaikkien metallien atomeille on ominaista valenssielektronien luopumisen suhteellinen helppous (eli alhainen ionisaatioenergia) ja alhainen elektroniaffiniteetti (eli alhainen kyky pidättää ylimääräisiä elektroneja). Tämän seurauksena elektronegatiivisuuden alhainen arvo, eli kyky muodostaa vain positiivisesti varautuneita ioneja ja osoittaa vain positiivista hapetustilaa yhdisteissään. Tässä suhteessa vapaassa tilassa olevat metallit ovat pelkistäviä aineita.
Eri metallien pelkistyskyky ei ole sama. Vesiliuosten reaktioissa sen määrää metallin standardielektrodipotentiaalin arvo (eli metallin sijainti jännitesarjassa) ja sen ionien konsentraatio (aktiivisuus) liuoksessa.
Metallien vuorovaikutus alkuainehapettimien kanssa(F2, Cl2, O2, N2, S jne.). Esimerkiksi reaktio hapen kanssa etenee tavallisesti seuraavasti
2Me + 0,5nO 2 = Me 2 O n,
missä n on metallin valenssi.
Metallien vuorovaikutus veden kanssa. Metallit, joiden standardipotentiaali on alle -2,71 V, syrjäyttävät vedyn vedestä kylmässä muodostaen metallihydroksideja ja vetyä. Metallit, joiden standardipotentiaali on –2,7–1,23 V, syrjäyttävät vedestä vedestä kuumennettaessa
Me + nH2O = Me(OH)n + 0,5n H2.
Muut metallit eivät reagoi veden kanssa.
Vuorovaikutus alkalien kanssa. Amfoteerisia oksideja tuottavat metallit ja metallit, joilla on korkea hapetusaste, voivat reagoida alkalien kanssa vahvan hapettimen läsnä ollessa. Ensimmäisessä tapauksessa metallit muodostavat hapoistaan anioneja. Siten alumiinin ja alkalin välinen reaktio kirjoitetaan yhtälöllä
2Al + 6H20 + 2NaOH = 2Na + 3H2
jossa ligandi on hydroksidi-ioni. Toisessa tapauksessa muodostuu suoloja, esimerkiksi K2Cr04.
Metallien vuorovaikutus happojen kanssa. Metallit reagoivat eri tavalla happojen kanssa riippuen standardielektrodipotentiaalin (E) numeerisesta arvosta (eli metallin sijainnista jännitesarjassa) ja hapon oksidatiivisista ominaisuuksista:
· vetyhalogenidien ja laimean rikkihapon liuoksissa vain H + -ioni on hapetin, ja siksi metallit, joiden standardipotentiaali on pienempi kuin vedyn standardipotentiaali, ovat vuorovaikutuksessa näiden happojen kanssa:
Me + 2n H+ = Me n+ + nH2;
· väkevä rikkihappo liuottaa lähes kaikki metallit riippumatta niiden sijainnista standardielektrodipotentiaalien sarjassa (paitsi Au ja Pt). Vetyä ei tässä tapauksessa vapaudu, koska Sulfaatti-ioni (SO 4 2–) suorittaa hapettimen tehtävän hapossa. Konsentraatiosta ja koeolosuhteista riippuen sulfaatti-ioni pelkistetään erilaisiksi tuotteiksi. Siten sinkki reagoi rikkihapon pitoisuudesta ja lämpötilasta riippuen seuraavasti:
Zn + H2SO4 (laimennettu) = ZnSO 4 + H2
Zn + 2H 2SO 4 (väk.) = ZnSO 4 + SO 2 + H 2 O
– lämmitettynä 3Zn + 4H 2 SO 4 (väk.) = 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O
– erittäin korkeissa lämpötiloissa 4Zn + 5H 2 SO 4 (konsentr.) = 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O;
· laimeassa ja väkevässä typpihapossa nitraatti-ioni (NO 3 –) toimii hapettimena, joten pelkistystuotteet riippuvat typpihapon laimennusasteesta ja metallien aktiivisuudesta. Riippuen hapon, metallin pitoisuudesta (sen elektrodipotentiaalin arvosta) ja koeolosuhteista, nitraatti-ioni pelkistetään erilaisiksi tuotteiksi. Siten kalsium reagoi typpihapon pitoisuudesta riippuen seuraavasti:
4Ca +10HNO3 (ultralaimennettu) = 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
4Ca + 10HNO3(väk.) = 4Ca(NO3)2 + N2O + 5H2O.
Väkevä typpihappo ei reagoi (passivoi) raudan, alumiinin, kromin, platinan ja joidenkin muiden metallien kanssa.
Metallien vuorovaikutus keskenään. Korkeissa lämpötiloissa metallit pystyvät reagoimaan toistensa kanssa muodostaen seoksia. Seokset voivat olla kiinteitä liuoksia ja kemiallisia (metallienvälisiä) yhdisteitä (Mg 2 Pb, SnSb, Na 3 Sb 8, Na 2 K jne.).
Metallisen kromin ominaisuudet (…3d 5 4s 1). Yksinkertainen aine kromi on hopeanhohtoinen metalli, joka loistaa rikkoutuessaan, johtaa hyvin sähköä, korkea sulamispiste (1890°C) ja kiehumispiste (2430°C), suuri kovuus (epäpuhtauksien läsnä ollessa erittäin puhdas kromi on pehmeää ) ja tiheys (7,2 g/cm3).
Tavallisissa lämpötiloissa kromi kestää tiiviin oksidikalvonsa ansiosta alkuaineita ja vettä. Korkeissa lämpötiloissa kromi on vuorovaikutuksessa hapen ja muiden hapettavien aineiden kanssa.
4Cr + 3O 2 ® 2Cr 2 O 3
2Cr + 3S (höyry) ® Cr 2 S 3
Cr + Cl 2 (kaasu) ® CrCl 3 (vadelman väri)
Cr + HCl (kaasu) ® CrCl 2
2Cr + N 2 ® 2CrN (tai Cr 2 N)
Kun kromi sulautuu metallien kanssa, se muodostaa metallien välisiä yhdisteitä (FeCr 2, CrMn 3). 600°C:ssa kromi reagoi vesihöyryn kanssa:
2Cr + 3H 2 O ® Cr 2 O 3 + 3H 2
Sähkökemiallisesti kromimetalli on lähellä rautaa: Siksi se voi liueta hapettamattomiin (anionin vaikutuksesta) mineraalihappoihin, kuten hydrohalogenideihin:
Cr + 2HCl ® CrCl 2 (sininen väri) + H 2.
Ilmassa seuraava vaihe tapahtuu nopeasti:
2CrCl 2 + 1/2O 2 + 2HCl ® 2CrCl 3 (vihreä) + H 2 O
Hapettavat (anionin vaikutuksesta) mineraalihapot liuottavat kromin kolmiarvoiseen tilaan:
2Cr + 6H 2SO 4 ® Cr 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
HNO 3:n (conc) tapauksessa tapahtuu kromin passivoitumista - pinnalle muodostuu vahva oksidikalvo - eikä metalli reagoi hapon kanssa. (Passiivisella kromilla on korkea redox-potentiaali = +1,3 V.)
Kromin pääasiallinen käyttöalue on metallurgia: kromiterästen luominen. Siten työkaluteräkseen lisätään 3 - 4 % kromia, kuulalaakeriteräs sisältää 0,5 - 1,5 % kromia, ruostumaton teräs (yksi vaihtoehdoista): 18 - 25 % kromia, 6 - 10 % nikkeliä,< 0,14% углерода, ~0,8% титана, остальное – железо.
Metalliraudan ominaisuudet (…3d 6 4s 2). Rauta on valkoinen kiiltävä metalli. Muodostaa useita kiteisiä modifikaatioita, jotka ovat stabiileja tietyllä lämpötila-alueella.
Metallisen raudan kemialliset ominaisuudet määräytyvät sen sijainnin mukaan metallijännityssarjassa: .
Kuumennettaessa kuivassa ilmakehässä rauta hapettuu:
2Fe + 3/2O 2 ® Fe 2 O 3
Olosuhteista ja ei-metallien aktiivisuudesta riippuen rauta voi muodostaa metallin kaltaisia (Fe 3 C, Fe 3 Si, Fe 4 N), suolan kaltaisia (FeCl 2, FeS) yhdisteitä ja kiinteitä liuoksia (C, Si kanssa , N, B, P, H).
Rauta syövyttää voimakkaasti vedessä:
2Fe + 3/2O 2 +nH 2 O ® Fe 2 O 3 × nH 2 O.
Hapen puutteessa muodostuu sekoitettua Fe 3 O 4 -oksidia:
3Fe + 2O 2 + nH 2 O ® Fe 3 O 4 × nH 2 O
Laimeat suola-, rikki- ja typpihapot liuottavat raudan kaksiarvoiseksi ioniksi:
Fe + 2HCl® FeCl2 + H2
4Fe + 10HNO 3 (ultralaimennus) ® 4Fe(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O
Väkevämmät typpihapot ja kuumat väkevöidyt rikkihapot hapettavat raudan kolmiarvoiseen tilaan (NO ja SO 2 vapautuvat, vastaavasti):
Fe + 4HNO 3 ® Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O
Erittäin väkevä typpihappo (tiheys 1,4 g/cm3) ja rikkihappo (oleum) passivoivat rautaa muodostaen oksidikalvoja metallin pinnalle.
Rautaa käytetään rauta-hiiliseosten valmistukseen. Raudan biologinen merkitys on suuri, koska se on osa veren hemoglobiinia. Ihmiskehossa on noin 3 g rautaa.
Metallisen sinkin kemialliset ominaisuudet (…3d 10 4s 2). Sinkki on sinertävänvalkoinen, sitkeä ja muokattava metalli, mutta yli 200°C se haurastuu. Kosteassa ilmassa se peittyy emäksisen suolan ZnCO 3 × 3Zn(OH) 2 tai ZnO suojakalvolla, eikä hapettumista tapahdu enempää. Korkeissa lämpötiloissa se on vuorovaikutuksessa:
2Zn + O 2 ® 2ZnO
Zn + Cl 2 ® ZnCl 2
Zn + H20 (höyry)® Zn(OH)2 + H2.
Standardielektrodipotentiaalien arvojen perusteella sinkki syrjäyttää kadmiumin, joka on sen elektroninen analogi, suoloista: Cd 2+ + Zn ® Cd + Zn 2+.
Sinkkihydroksidin amfoteerisen luonteen vuoksi sinkkimetalli pystyy liukenemaan alkaleihin:
Zn + 2KOH + H2O® K2 + H2
Laimeissa hapoissa:
Zn + H2SO4® ZnSO4 + H2
4Zn + 10HNO 3 ® 4Zn(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O
Konsentroiduissa hapoissa:
4Zn + 5H2SO4® 4ZnSO4 + H2S + 4H2O
3Zn + 8HNO 3 ® 3Zn(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O
Merkittävä osa sinkistä käytetään rauta- ja terästuotteiden galvanointiin. Sinkki-kupariseoksia (nikkelihopea, messinki) käytetään laajasti teollisesti. Sinkkiä käytetään laajalti galvaanisten kennojen valmistuksessa.
Kuparimetallin kemialliset ominaisuudet (…3d 10 4s 1). Metallinen kupari kiteytyy kasvokeskeisessä kuutiokidehilassa. Se on muokattava, pehmeä, viskoosi vaaleanpunainen metalli, jonka sulamispiste on 1083 °C. Kupari on hopean jälkeen toisella sijalla sähkö- ja lämmönjohtavuudessa, mikä määrittää kuparin merkityksen tieteen ja tekniikan kehitykselle.
Kupari reagoi pinnasta ilmakehän hapen kanssa huoneenlämpötilassa, pinnan väri tummenee ja CO 2, SO 2 ja vesihöyryn läsnä ollessa se peittyy vihertävällä emäksisten suolojen (CuOH) 2 CO 3 kalvolla, (CuOH) 2SO 4.
Kupari yhdistyy suoraan hapen, halogeenien ja rikin kanssa:
2Cu + O2 
2 CuO
4CuO 2Cu2O + O 2
Cu + S ® Cu 2 S
Hapen läsnä ollessa kuparimetalli reagoi ammoniakkiliuoksen kanssa tavallisessa lämpötilassa:
Kun kupari on vedyn jälkeisessä jännitesarjassa, se ei syrjäytä sitä laimeista kloorivety- ja rikkihapoista. Ilmakehän hapen läsnäollessa kupari kuitenkin liukenee näihin happoihin:
2Cu + 4HCl + O 2® 2CuCl2 + 2H 2O
Hapettavat hapot liuottavat kuparia ja muuttavat sen kaksiarvoiseen tilaan:
Cu + 2H 2 SO 4 ® CuSO 4 + SO 2 + 2 H 2 O
3Cu + 8HNO 3 (konsentr.) ® 3Cu(NO 3) 2 + NO 2 + 4H 2 O
Kupari ei ole vuorovaikutuksessa alkalien kanssa.
Kupari on vuorovaikutuksessa aktiivisempien metallien suolojen kanssa, ja tämä redox-reaktio on joidenkin galvaanisten solujen taustalla:
CuS04 + Zn® ZnS04 + Cu; E o = 1,1 B
Mg + CuCl2® MgCl2 + Cu; E o = 1,75 V.
Kupari muodostaa suuren määrän metallien välisiä yhdisteitä muiden metallien kanssa. Tunnetuimpia ja arvokkaimpia seoksia ovat: messinki Cu–Zn (18 – 40 % Zn), pronssi Cu–Sn (kellopronssi – 20 % Sn), työkalupronssi Cu–Zn–Sn (11 % Zn, 3 – 8 % Sn ), kupronikkeliä Cu–Ni–Mn–Fe (68 % Cu, 30 % Ni, 1 % Mn, 1 % Fe).
Metallien löytäminen luonnosta ja valmistustavat. Korkean kemiallisen aktiivisuutensa vuoksi luonnossa olevia metalleja löytyy erilaisten yhdisteiden muodossa, ja vain vähän aktiivisia (jalo) metalleja - platinaa, kultaa jne. – löydetty alkuperäisestä (vapaasta) osavaltiosta.
Yleisimmät luonnonmetalliyhdisteet ovat oksidit (hematiitti Fe 2 O 3, magnetiitti Fe 3 O 4, kupriitti Cu 2 O, korundi Al 2 O 3, pyrolusiitti MnO 2 jne.), sulfidit (galena PbS, sfaleriitti ZnS, kalkopyriitti CuFeS , cinnabar HgS jne.), sekä happea sisältävien happojen suolat (karbonaatit, silikaatit, fosfaatit ja sulfaatit). Alkali- ja maa-alkalimetallit esiintyvät pääasiassa halogenidien (fluoridien tai kloridien) muodossa.
Suurin osa metalleista saadaan käsittelemällä mineraaleja - malmia. Koska malmit muodostavat metallit ovat hapettuneessa tilassa, ne saadaan pelkistysreaktion kautta. Malmi puhdistetaan ensin jätekivestä.
Saatu metallioksidikonsentraatti puhdistetaan vedestä, ja sulfidit muunnetaan myöhemmän käsittelyn helpottamiseksi oksideiksi polttamalla, esimerkiksi:
2ZnS + 2O 2 = 2ZnO + 2SO 2.
Polymetallimalmien elementtien erottamiseen käytetään kloorausmenetelmää. Kun malmeja käsitellään kloorilla pelkistimen läsnäollessa, muodostuu erilaisten metallien klorideja, jotka merkittävän ja vaihtelevan haihtuvuuden vuoksi ovat helposti erotettavissa toisistaan.
Metallien talteenotto teollisuudessa tapahtuu eri prosesseilla. Prosessia vedettömien metalliyhdisteiden pelkistämiseksi korkeissa lämpötiloissa kutsutaan pyrometallurgiksi. Pelkistysaineina käytetään metalleja, jotka ovat aktiivisempia kuin tuloksena oleva materiaali tai hiili. Ensimmäisessä tapauksessa he puhuvat metallotermiasta, toisessa - hiililämpöstä, esimerkiksi:
Ga 2 O 3 + 3C = 2Ga + 3CO,
Cr 2 O 3 + 2Al = 2Cr + Al 2 O 3,
TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2.
Hiilestä tuli erityisen tärkeä raudan pelkistäjä. Hiiltä käytetään yleensä metallin pelkistämiseen koksin muodossa.
Metallien talteenottoprosessi niiden suolojen vesiliuoksista kuuluu hydrometallurgian alaan. Metallien valmistus tapahtuu tavallisissa lämpötiloissa ja pelkistimenä voidaan käyttää elektrolyysin aikana suhteellisen aktiivisia metalleja tai katodielektroneja. Suolojen vesiliuosten elektrolyysillä voidaan saada vain suhteellisen vähän aktiivisia metalleja, jotka sijaitsevat jännitteiden sarjassa (standardielektrodipotentiaalit) välittömästi ennen vetyä tai sen jälkeen. Aktiiviset metallit - alkali, maa-alkali, alumiini ja jotkut muut - saadaan sulaiden suolojen elektrolyysillä.
Metallien kemialliset ominaisuudet: vuorovaikutus hapen, halogeenien, rikin kanssa ja suhde veteen, happoihin, suoloihin.
Metallien kemialliset ominaisuudet määräytyvät niiden atomien kyvystä luovuttaa helposti elektroneja ulkoiselta energiatasolta muuttuen positiivisesti varautuneiksi ioneiksi. Siten metallit osoittautuvat kemiallisissa reaktioissa energisiksi pelkistimiksi. Tämä on heidän tärkein yhteinen kemiallinen ominaisuus.
Kyky luovuttaa elektroneja vaihtelee yksittäisten metallisten alkuaineiden atomien välillä. Mitä helpommin metalli luovuttaa elektroninsa, sitä aktiivisempi se on ja sitä voimakkaammin se reagoi muiden aineiden kanssa. Tutkimusten perusteella kaikki metallit järjestettiin aktiviteetin vähenemisen mukaan. Tämän sarjan ehdotti ensimmäisenä erinomainen tiedemies N. N. Beketov. Tätä metallien aktiivisuussarjaa kutsutaan myös metallien siirtymäsarjaksi tai metallijännitteiden sähkökemialliseksi sarjaksi. Se näyttää tältä:
Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Pt, Au
Tämän sarjan avulla voit selvittää, mikä metalli on aktiivinen toisessa. Tämä sarja sisältää vetyä, joka ei ole metallia. Sen näkyvät ominaisuudet otetaan vertailuun eräänlaisena nollana.
Metallit, joilla on pelkistysaineiden ominaisuuksia, reagoivat erilaisten hapettimien kanssa, pääasiassa ei-metallien kanssa. Metallit reagoivat hapen kanssa normaaleissa olosuhteissa tai kuumennettaessa muodostaen oksideja, esimerkiksi:
2Mg0 + 002 = 2Mg + 20-2
Tässä reaktiossa magnesiumatomit hapettuvat ja happiatomit pelkistyvät. Sarjan lopussa olevat jalometallit reagoivat hapen kanssa. Reaktioita halogeenien kanssa tapahtuu aktiivisesti, esimerkiksi kuparin palaminen kloorissa:
Cu0 + Cl02 = Cu+2Cl-2
Reaktioita rikin kanssa tapahtuu useimmiten kuumennettaessa, esimerkiksi:
Fe0 + S0 = Fe + 2S-2
Mg:n metallien aktiivisuussarjan aktiiviset metallit reagoivat veden kanssa muodostaen alkaleja ja vetyä:
2Na0 + 2H+20 → 2Na+OH + H02
Keskiaktiiviset metallit Al:sta H2:een reagoivat veden kanssa ankarammissa olosuhteissa ja muodostavat oksideja ja vetyä:
Pb0 + H+2O Metallien kemialliset ominaisuudet: vuorovaikutus hapen kanssa Pb+2O + H02.
Metallin kyky reagoida happojen ja suolojen kanssa liuoksessa riippuu myös sen sijainnista metallien siirtymäsarjassa. Vedyn vasemmalla puolella syrjäyttävässä metallirivissä olevat metallit yleensä syrjäyttävät (pelkistävät) vetyä laimeista hapoista, kun taas vedyn oikealla puolella olevat metallit eivät syrjäytä sitä. Siten sinkki ja magnesium reagoivat happoliuosten kanssa vapauttaen vetyä ja muodostaen suoloja, mutta kupari ei reagoi.
Mg0 + 2H+Cl → Mg + 2Cl2 + H02
Zn0 + H+2SO4 → Zn+2SO4 + H02.
Metalliatomit näissä reaktioissa ovat pelkistäviä aineita ja vetyionit ovat hapettavia aineita.
Metallit reagoivat suolojen kanssa vesiliuoksissa. Aktiiviset metallit syrjäyttävät vähemmän aktiivisia metalleja suolojen koostumuksesta. Tämä voidaan määrittää metallien aktiivisuussarjalla. Reaktiotuotteet ovat uusi suola ja uusi metalli. Joten jos rautalevy upotetaan kupari(II)sulfaattiliuokseen, kuparia vapautuu jonkin ajan kuluttua punaisen pinnoitteen muodossa:
Fe0 + Cu+2SO4 → Fe+2SO4 + Cu0.
Mutta jos hopealevy upotetaan kupari(II)sulfaattiliuokseen, reaktiota ei tapahdu:
Ag + CuSO4 ≠ .
Tällaisten reaktioiden suorittamiseen ei saa käyttää liian aktiivisia metalleja (litiumista natriumiin), jotka voivat reagoida veden kanssa.
Siksi metallit pystyvät reagoimaan ei-metallien, veden, happojen ja suolojen kanssa. Kaikissa näissä tapauksissa metallit hapettuvat ja ovat pelkistäviä aineita. Metallien kemiallisten reaktioiden kulun ennustamiseksi tulisi käyttää metallien siirtymäsarjaa.
Ensinnäkin, muista, että metallit jaetaan yleensä kolmeen ryhmään:
1) Reaktiiviset metallit: Näitä metalleja ovat kaikki alkalimetallit, maa-alkalimetallit sekä magnesium ja alumiini.
2) Keskiaktiiviset metallit: näihin kuuluvat metallit, jotka sijaitsevat aktiivisuussarjassa alumiinin ja vedyn välissä.
3) Matala-aktiiviset metallit: metallit, jotka sijaitsevat aktiivisuussarjassa vedyn oikealla puolella.
Ensinnäkin sinun on muistettava, että matala-aktiiviset metallit (eli ne, jotka sijaitsevat vedyn jälkeen) eivät reagoi veden kanssa missään olosuhteissa.
Alkali- ja maa-alkalimetallit reagoivat veden kanssa kaikissa olosuhteissa (jopa tavallisissa lämpötiloissa ja kylmässä), ja reaktioon liittyy vedyn vapautumista ja metallihydroksidin muodostumista. Esimerkiksi:
2Na + 2H20 = 2NaOH + H2
Ca + 2H 2O = Ca(OH)2 + H2
Magnesium, koska se on peitetty suojaavalla oksidikalvolla, reagoi veden kanssa vain keitettäessä. Vedessä kuumennettaessa MgO:sta koostuva oksidikalvo tuhoutuu ja alla oleva magnesium alkaa reagoida veden kanssa. Tässä tapauksessa reaktioon liittyy myös vedyn vapautuminen ja metallihydroksidin muodostuminen, joka kuitenkin magnesiumin tapauksessa on liukenematon:
Mg + 2H 2O = Mg(OH)2↓ + H2
Alumiini, kuten magnesium, on peitetty suojaavalla oksidikalvolla, mutta tässä tapauksessa sitä ei voi tuhota keittämällä. Sen poistamiseksi tarvitaan joko mekaaninen puhdistus (jollakin hankausaineella) tai sen kemiallinen tuhoaminen alkalilla, elohopeasuolojen tai ammoniumsuolojen liuoksilla:
2Al + 6H20 = 2Al(OH)3 + 3H2
Keskiaktiiviset metallit reagoivat veden kanssa vain, kun se on tulistetun vesihöyryn tilassa. Itse metalli on lämmitettävä punakuumeen (noin 600-800 o C). Toisin kuin aktiiviset metallit, keskiaktiiviset metallit reagoivat veden kanssa muodostaen metallioksideja hydroksidien sijaan. Pelkistystuote tässä tapauksessa on vety:
Zn + H2O = ZnO + H2
3Fe + 4H20 = Fe304 + 4H2 tai
Fe + H 2 O = FeO + H 2 (kuumennusasteesta riippuen)
Metallien yleiset ominaisuudet.
Ytimeen heikosti sitoutuneiden valenssielektronien läsnäolo määrää metallien yleiset kemialliset ominaisuudet. Kemiallisissa reaktioissa ne toimivat aina pelkistimenä, yksinkertaisilla metalliaineilla ei koskaan ole hapettavia ominaisuuksia.
Metallien saaminen:
- pelkistys oksideista hiilellä (C), hiilimonoksidilla (CO), vedyllä (H2) tai aktiivisemmalla metallilla (Al, Ca, Mg);
- pelkistys suolaliuoksista aktiivisemmalla metallilla;
- metalliyhdisteiden liuosten tai sulatteiden elektrolyysi - aktiivisimpien metallien (alkalit, maa-alkalimetallit ja alumiini) pelkistys sähkövirralla.
Luonnossa metalleja esiintyy pääasiassa yhdisteiden muodossa, vain vähän aktiivisia metalleja löytyy yksinkertaisten aineiden (luonnonmetallien) muodossa.
Metallien kemialliset ominaisuudet.
1. Vuorovaikutus yksinkertaisten aineiden, ei-metallien kanssa:
Useimmat metallit voivat hapettua epämetallien, kuten halogeenien, hapen, rikin ja typen vaikutuksesta. Mutta useimmat näistä reaktioista vaativat esilämmitystä aloittaakseen. Tämän jälkeen reaktio voi edetä vapauttamalla suuri määrä lämpöä, mikä johtaa metallin syttymiseen.
Huoneenlämpötilassa reaktiot ovat mahdollisia vain aktiivisimpien metallien (alkali ja maa-alkali) ja aktiivisimpien ei-metallien (halogeenit, happi) välillä. Alkalimetallit (Na, K) reagoivat hapen kanssa muodostaen peroksideja ja superoksideja (Na2O2, KO2).
a) metallien vuorovaikutus veden kanssa.
Huoneenlämpötilassa alkali- ja maa-alkalimetallit ovat vuorovaikutuksessa veden kanssa. Korvausreaktion seurauksena muodostuu alkalia (liukoista emästä) ja vetyä: Metalli + H2O = Me(OH) + H2
Kuumennettaessa muut aktiivisuussarjan vedyn vasemmalla puolella olevat metallit ovat vuorovaikutuksessa veden kanssa. Magnesium reagoi kiehuvan veden kanssa, alumiini - erikoispintakäsittelyn jälkeen, jolloin muodostuu liukenemattomia emäksiä - magnesiumhydroksidia tai alumiinihydroksidia - ja vetyä vapautuu. Metallit aktiivisuussarjassa sinkistä (mukaan lukien) lyijyyn (mukaan lukien) vuorovaikuttavat vesihöyryn kanssa (eli yli 100 C) ja muodostuu vastaavien metallien oksideja ja vetyä.
Aktiviteettisarjassa vedyn oikealla puolella sijaitsevat metallit eivät ole vuorovaikutuksessa veden kanssa.
b) vuorovaikutus oksidien kanssa:
aktiiviset metallit reagoivat substituutioreaktiolla muiden metallien tai ei-metallien oksidien kanssa, jolloin ne pelkistyvät yksinkertaisiksi aineiksi.
c) vuorovaikutus happojen kanssa:
Aktiviteettisarjassa vedyn vasemmalla puolella sijaitsevat metallit reagoivat happojen kanssa vapauttaen vetyä ja muodostaen vastaavan suolan. Aktiviteettisarjassa vedyn oikealla puolella sijaitsevat metallit eivät ole vuorovaikutuksessa happoliuosten kanssa.
Erityinen paikka on metallien reaktioilla typpi- ja väkevien rikkihappojen kanssa. Kaikki metallit paitsi jalometallit (kulta, platina) voivat hapettua näillä hapettavilla hapoilla. Nämä reaktiot tuottavat aina vastaavat suolat, vettä ja typen tai rikin pelkistystuotteen, vastaavasti.
d) alkalien kanssa
Amfoteerisia yhdisteitä muodostavat metallit (alumiini, beryllium, sinkki) pystyvät reagoimaan sulatteiden (tässä tapauksessa muodostuu keskisuoloja aluminaatteja, beryllaatteja tai sinkaatteja) tai alkaliliuosten (tässä tapauksessa muodostuu vastaavat kompleksisuolat) kanssa. Kaikki reaktiot tuottavat vetyä.
e) Metallin sijainnin mukaisesti aktiivisuussarjassa ovat mahdollisia vähemmän aktiivisen metallin pelkistysreaktiot (syrjäyttäminen) sen suolan liuoksesta toisella aktiivisemmalla metallilla. Reaktion seurauksena muodostuu aktiivisemman metallin suola ja yksinkertainen aine - vähemmän aktiivinen metalli.
Epämetallien yleiset ominaisuudet.
Epämetalleja on paljon vähemmän kuin metalleja (22 alkuainetta). Ei-metallien kemia on kuitenkin paljon monimutkaisempi, koska niiden atomien ulkoinen energiataso on suurempi.
Epämetallien fysikaaliset ominaisuudet ovat monipuolisempia: niiden joukossa on kaasumaisia (fluori, kloori, happi, typpi, vety), nestemäisiä (bromi) ja kiinteitä aineita, jotka eroavat toisistaan suuresti sulamispisteessä. Useimmat epämetallit eivät johda sähköä, mutta piillä, grafiitilla ja germaniumilla on puolijohtavia ominaisuuksia.
Kaasumaisilla, nestemäisillä ja joillakin kiinteillä ei-metalleilla (jodilla) on kidehilan molekyylirakenne, muilla ei-metalleilla on atomikidehila.
Fluori, kloori, bromi, jodi, happi, typpi ja vety ovat normaaleissa olosuhteissa kaksiatomisten molekyylien muodossa.
Monet ei-metalliset elementit muodostavat useita yksinkertaisten aineiden allotrooppisia modifikaatioita. Joten hapella on kaksi allotrooppista muunnelmaa - happi O2 ja otsoni O3, rikillä on kolme allotrooppista muunnelmaa - ortorombinen, muovinen ja monokliininen rikki, fosforilla on kolme allotrooppista muunnelmaa - punainen, valkoinen ja musta fosfori, hiilellä - kuusi allotrooppista muunnelmaa - noki, grafiitti, timantti , karbiini, fullereeni, grafeeni.
Toisin kuin metallit, joilla on vain pelkistäviä ominaisuuksia, epämetallit voivat reaktioissa yksinkertaisten ja monimutkaisten aineiden kanssa toimia sekä pelkistimenä että hapettimena. Epämetallit ovat aktiivisuutensa mukaan tietyn paikan elektronegatiivisuussarjassa. Fluoria pidetään aktiivisina ei-metallina. Sillä on vain hapettavia ominaisuuksia. Toisella sijalla aktiivisuus on happi, kolmannella on typpi, sitten halogeenit ja muut epämetallit. Vetyllä on pienin elektronegatiivisuus ei-metallien joukossa.
Epämetallien kemialliset ominaisuudet.
1. Vuorovaikutus yksinkertaisten aineiden kanssa:
Epämetallit ovat vuorovaikutuksessa metallien kanssa. Tällaisissa reaktioissa metallit toimivat pelkistimenä ja ei-metallit hapettimena. Yhdistereaktion seurauksena muodostuu binäärisiä yhdisteitä - oksideja, peroksideja, nitridejä, hydridejä, hapettomien happojen suoloja.
Epämetallien reaktioissa toistensa kanssa elektronegatiivisemmalla epämetallilla on hapettimen ominaisuuksia ja vähemmän elektronegatiivisella pelkistävän aineen ominaisuuksia. Yhdistereaktio tuottaa binäärisiä yhdisteitä. On muistettava, että ei-metallien yhdisteissä voi olla erilaisia hapetusasteita.
2. Vuorovaikutus monimutkaisten aineiden kanssa:
a) vedellä:
Normaaleissa olosuhteissa vain halogeenit ovat vuorovaikutuksessa veden kanssa.
b) metallien ja ei-metallien oksidien kanssa:
Monet epämetallit voivat reagoida korkeissa lämpötiloissa muiden ei-metallien oksidien kanssa, jolloin ne pelkistyvät yksinkertaisiksi aineiksi. Epämetallit, jotka ovat rikistä vasemmalla elektronegatiivisuussarjassa, voivat myös olla vuorovaikutuksessa metallioksidien kanssa, jolloin metallit pelkistyvät yksinkertaisiksi aineiksi.
c) happojen kanssa:
Jotkut epämetallit voidaan hapettaa väkevällä rikki- tai typpihapolla.
d) alkalien kanssa:
Alkalien vaikutuksesta jotkut epämetallit voivat dismutoitua, koska ne ovat sekä hapettavia että pelkistäviä aineita.
Esimerkiksi halogeenien reaktiossa alkaliliuosten kanssa ilman kuumennusta: Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O tai kuumentamalla: 3Cl2 + 6NaOH = 5NaCl + NaClO3 + 3H2O.
d) suolojen kanssa:
Vuorovaikutuksessa ne ovat vahvoja hapettimia ja niillä on pelkistäviä ominaisuuksia.
Halogeenit (paitsi fluori) tulevat substituutioreaktioihin halogeenivetyhappojen suolojen liuosten kanssa: aktiivisempi halogeeni syrjäyttää vähemmän aktiivisen halogeenin suolaliuoksesta.
Metallien ominaisuudet.
1. Metallien perusominaisuudet.
Metallien ominaisuudet jaetaan fysikaalisiin, kemiallisiin, mekaanisiin ja teknologisiin.
Fysikaalisia ominaisuuksia ovat: väri, ominaispaino, sulavuus, sähkönjohtavuus, magneettiset ominaisuudet, lämmönjohtavuus, laajeneminen kuumennettaessa.
Kemiallisia ominaisuuksia ovat hapettuminen, liukoisuus ja korroosionkestävyys.
Mekaaninen - lujuus, kovuus, elastisuus, viskositeetti, plastisuus.
Teknologisia ovat karkenevuus, juoksevuus, muokattavuus, hitsattavuus, työstettävyys.
1. Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet.
Väri. Metallit ovat läpinäkymättömiä, ts. älä päästä valoa niiden läpi, ja tässä heijastuneessa valossa jokaisella metallilla on oma erityinen sävynsä - väri.
Teknisistä metalleista vain kupari (punainen) ja sen seokset maalataan. Muiden metallien väri vaihtelee teräksenharmaasta hopeanvalkoiseen. Metallituotteiden pinnalla olevat ohuimmat oksidikalvot antavat niille lisävärejä.
Tietty painovoima. Aineen yhden kuutiosenttimetrin painoa grammoina ilmaistuna kutsutaan ominaispainoksi.
Ominaispainonsa perusteella erotetaan kevyet metallit ja raskasmetallit. Teknisistä metalleista kevyin on magnesium (ominaispaino 1,74), raskain volframi (ominaispaino 19,3). Metallien ominaispaino riippuu jossain määrin niiden valmistus- ja käsittelymenetelmästä.
Sulatettavuus. Kyky muuttua kiinteästä tilasta nestemäiseksi kuumennettaessa on metallien tärkein ominaisuus. Kuumennettaessa kaikki metallit siirtyvät kiinteästä olomuodosta nestemäiseen tilaan ja sulan metallin jäähtyessä nesteestä kiinteään tilaan. Teknisten metalliseosten sulamispisteellä ei ole yhtä tiettyä sulamispistettä, vaan lämpötila-alue, joskus varsin merkittävä.
Sähkönjohtavuus. Sähkönjohtavuuteen liittyy sähkön siirto vapailla elektroneilla. Metallien sähkönjohtavuus on tuhansia kertoja suurempi kuin ei-metallisten kappaleiden sähkönjohtavuus. Lämpötilan noustessa metallien sähkönjohtavuus pienenee, ja kun se laskee, se kasvaa. Absoluuttista nollaa (-273 0 C) lähestyttäessä äärettömien metallien sähkönjohtavuus vaihtelee välillä +232 0 (tina) - 3370 0 (volframi). Suurin osa kasvaa (vastus putoaa lähes nollaan).
Seosten sähkönjohtavuus on aina pienempi kuin yhden seoksen muodostavan komponentin sähkönjohtavuus.
Magneettiset ominaisuudet. Vain kolme metallia ovat selvästi magneettisia (ferromagneettisia): rauta, nikkeli ja koboltti sekä osa niiden seoksista. Tiettyihin lämpötiloihin kuumennettaessa nämä metallit menettävät myös magneettisia ominaisuuksiaan. Jotkut rautaseokset eivät ole ferromagneettisia edes huoneenlämmössä. Kaikki muut metallit jaetaan paramagneettisiin (magneettien vetämiä) ja diamagneettisiin (magneettien hylkimiä).
Lämmönjohtokyky. Lämmönjohtavuus tarkoittaa lämmön siirtymistä kehossa kuumemmasta paikasta vähemmän lämmitettyyn paikkaan ilman tämän kappaleen hiukkasten näkyvää liikettä. Metallien korkea lämmönjohtavuus mahdollistaa niiden nopean ja tasaisen kuumenemisen ja jäähtymisen.
Teknisistä metalleista kuparilla on korkein lämmönjohtavuus. Raudan lämmönjohtavuus on paljon pienempi, ja teräksen lämmönjohtavuus vaihtelee sen sisältämien komponenttien mukaan. Lämpötilan noustessa lämmönjohtavuus laskee, ja kun lämpötila laskee, se kasvaa.
Lämpökapasiteetti. Lämpökapasiteetti on lämpömäärä, joka tarvitaan kehon lämpötilan nostamiseen 1 0 .
Aineen ominaislämpökapasiteetti on lämpömäärä kilogrammoina - kaloreita, joka on välitettävä 1 kg:aan ainetta, jotta sen lämpötila nousee 1 0:lla.
Metallien ominaislämpökapasiteetti on alhainen muihin aineisiin verrattuna, minkä vuoksi niiden lämmittäminen korkeisiin lämpötiloihin on suhteellisen helppoa.
Laajentuvuus kuumennettaessa. Kappaleen pituuden kasvun suhdetta lämmitettäessä 1 0 alkuperäiseen pituuteensa kutsutaan lineaarilaajenemiskertoimeksi. Eri metallien lineaarilaajenemiskerroin vaihtelee suuresti. Esimerkiksi volframin lineaarinen laajenemiskerroin on 4,0 · 10 -6 ja lyijyn 29,5 · 10 -6.
Korroosionkestävyys. Korroosiolla tarkoitetaan metallin tuhoutumista sen kemiallisen tai sähkökemiallisen vuorovaikutuksen seurauksena ulkoisen ympäristön kanssa. Esimerkki korroosiosta on raudan ruostuminen.
Korkea korroosionkestävyys (korroosionkestävyys) on joidenkin metallien tärkeä luonnollinen ominaisuus: platina, kulta ja hopea, minkä vuoksi niitä kutsutaan jaloiksi. Nikkeli ja muut ei-rautametallit kestävät myös korroosiota hyvin. Rautametallit syöpyvät voimakkaammin ja nopeammin kuin ei-rautametallit.
2. Mekaaniset ominaisuudet.
Vahvuus. Metallin vahvuus on sen kyky vastustaa ulkoisia voimia rikkoutumatta.
Kovuus. Kovuus on kehon kyky vastustaa toisen, kovemman kappaleen tunkeutumista.
Elastisuus. Metallin elastisuus tarkoittaa sen kykyä palauttaa muotonsa sen jälkeen, kun ulkoisten voimien vaikutus, joka aiheutti muodon muutoksen (muodonmuutos), on lakannut.
Viskositeetti. Sitkeys on metallin kyky vastustaa nopeasti kasvavia (iskuja) ulkoisia voimia. Viskositeetti on haurauden päinvastainen ominaisuus.
Muovi. Plastisuus on metallin ominaisuus, joka muuttaa muotoaan ilman tuhoa ulkoisten voimien vaikutuksesta ja säilyttää uuden muodon voiman lakkaamisen jälkeen. Plastisuus on elastisuuden päinvastainen ominaisuus.
Taulukossa 1 esittää teknisten metallien ominaisuuksia.
Pöytä 1.
Teknisten metallien ominaisuudet.
| Metallin nimi | Ominaispaino (tiheys) gsm 3 | Sulamispiste 0 C | Brinell-kovuus | Vetolujuus (tilapäinen vastus) kgmm 2 | Suhteellinen laajennus % | Poikkileikkauksen suhteellinen kapeneminen % |
| AlumiiniVolframiRautaKobolttiMagnesiumMangaaniKupariNikkeliTinaJohtaaKromiSinkki | 2,7 19,3 7,87 8,9 1,74 7,44 8,84 8,9 7,3 11,34 7,14 7,14 | 658 3370 1530 1490 651 1242 1083 1452 232 327 1550 419 | 20-37 160 50 125 25 20 35 60 5-10 4-6 108 30-42 | 8-11 110 25-33 70 17-20 Hauras22 40-50 2-4 1,8 Hauras11,3-15 | 40 - 21-55 3 15 Hauras60 40 40 50 Hauras5-20 | 85 - 68-55 - 20 Hauras75 70 74 100 Hauras- |
3. Metallien ominaisuuksien merkitys.
Mekaaniset ominaisuudet. Ensimmäinen vaatimus mille tahansa tuotteelle on riittävä lujuus.
Metalleilla on vahvempi lujuus verrattuna muihin materiaaleihin, joten koneiden, mekanismien ja rakenteiden kuormitetut osat valmistetaan yleensä metalleista.
Monilla tuotteilla tulee yleisen lujuuden lisäksi olla myös erityisiä tämän tuotteen toiminnalle ominaisia ominaisuuksia. Esimerkiksi leikkuutyökalujen on oltava kovia. Työkaluteräksiä ja -seoksia käytetään muiden leikkaustyökalujen valmistukseen.
Jousien ja jousien valmistukseen käytetään erikoisteräksiä ja seoksia, joilla on korkea elastisuus
Viskoosisia metalleja käytetään tapauksissa, joissa osat ovat alttiina iskukuormituksille käytön aikana.
Metallien plastisuus mahdollistaa niiden käsittelyn paineella (taonta, valssaus).
Fyysiset ominaisuudet. Lento-, auto- ja vaunurakenteessa osien paino on usein tärkein ominaisuus, joten alumiini ja erityisesti magnesiumseokset ovat tässä korvaamattomia. Joidenkin, kuten alumiiniseosten, ominaislujuus (vetolujuuden suhde ominaispainoon) on suurempi kuin miedolla teräksellä.
Sulatettavuus käytetään valukappaleiden valmistukseen kaatamalla sulaa metallia muotteihin. Alhaisesti sulavia metalleja (esim. lyijyä) käytetään teräksen sammutusaineena. Joillakin monimutkaisilla seoksilla on niin alhainen sulamispiste, että ne sulavat kuumassa vedessä. Tällaisia seoksia käytetään typografisten matriisien valamiseen ja tulipaloilta suojaavissa laitteissa.
Metallit korkealla sähkönjohtavuus(kupari, alumiini) käytetään sähkötekniikassa, voimalinjojen rakentamiseen ja korkean sähkövastuksen omaavia seoksia käytetään hehkulamppuihin ja sähkölämmityslaitteisiin.
Magneettiset ominaisuudet Metalleilla on ensisijainen rooli sähkötekniikassa (dynamot, moottorit, muuntajat), viestintälaitteissa (puhelin- ja lennätinlaitteet) ja niitä käytetään monissa muissa koneissa ja laitteissa.
Lämmönjohtokyky metallit mahdollistavat niiden fysikaalisten ominaisuuksien tuottamisen. Lämmönjohtavuutta käytetään myös metallien juottamisessa ja hitsauksessa.
Joillakin metalliseoksilla on lineaarinen laajenemiskerroin, lähellä nollaa; Tällaisia seoksia käytetään tarkkuusinstrumenttien ja radioputkien valmistukseen. Metallien laajeneminen on otettava huomioon pitkiä rakenteita, kuten siltoja, rakennettaessa. On myös otettava huomioon, että kaksi metallista valmistettua osaa, joilla on eri laajenemiskertoimet ja jotka on kiinnitetty toisiinsa, voivat taipua ja jopa katketa kuumennettaessa.
Kemialliset ominaisuudet. Korroosionkestävyys on erityisen tärkeä tuotteille, jotka toimivat voimakkaasti hapettavassa ympäristössä (ritilät, kemiallisten koneiden osat ja instrumentit). Korkean korroosionkestävyyden saavuttamiseksi valmistetaan erityisiä ruostumattomia, haponkestäviä ja kuumuutta kestäviä teräksiä ja käytetään myös suojapinnoitteita.
