Taidetuotteiden valmistuksessa käytettävät metallit ja seokset. Erittäin puhtaiden metallien saaminen

Ihmiskunta alkoi käyttää metalleja aktiivisesti jo 3000-4000 eKr. Sitten ihmiset tutustuivat yleisimpiin niistä, jotka ovat kulta, hopea, kupari. Näitä metalleja oli erittäin helppo löytää maan pinnalta. Hieman myöhemmin he oppivat kemiaa ja alkoivat eristää heistä sellaisia lajeja kuin tina, lyijy ja rauta. Keskiajalla erittäin myrkylliset metallityypit saivat suosiota. Arseeni oli yleisessä käytössä, jolla yli puolet Ranskan kuninkaallisesta hovista myrkytettiin. Se on sama, joka auttoi parantamaan erilaisia noiden aikojen sairauksia tonsilliittista ruttoon. Jo ennen 1900-lukua tunnettiin yli 60 metallia ja XXI-luvun alussa - 90. Edistys ei pysähdy ja vie ihmiskuntaa eteenpäin. Mutta herää kysymys, mikä metalli on raskas ja ylittää painoltaan kaikki muut? Ja yleensä, mitkä ovat nämä maailman raskaimmat metallit?

Monet luulevat virheellisesti, että kulta ja lyijy ovat painavimpia metalleja. Miksi se tarkalleen ottaen tapahtui? Monet meistä kasvoivat vanhojen elokuvien parissa ja näkivät, kuinka päähenkilö käyttää lyijylevyä suojatakseen itseään ilkeiltä luodeilta. Lisäksi lyijylevyjä käytetään edelleen joissakin vartalopanssarityypeissä. Ja sanasta kulta, monet ihmiset ovat kuvanneet tämän metallin raskaita harkkoja. Mutta on väärin ajatella, että ne ovat painavimpia!

Raskaimman metallin määrittämiseksi on otettava huomioon sen tiheys, koska mitä suurempi aineen tiheys on, sitä raskaampaa se on.

TOP 10 maailman raskainta metallia

osmium (22,62 g / cm3),
iridium (22,53 g / cm3),
Platina (21,44 g / cm3),
Renium (21,01 g / cm3),
neptunium (20,48 g / cm3),
Plutonium (19,85 g / cm3),
Kulta (19,85 g/cm3)
Volframi (19,21 g / cm3),
Uraani (18,92 g / cm3),
Tantaali (16,64 g/cm3).

Ja missä on johto? Ja se sijaitsee paljon alempana tässä luettelossa, toisen kymmenen keskellä.

Osmium ja iridium ovat maailman raskaimmat metallit

Harkitse tärkeimpiä raskassarjalaisia, jotka jakavat 1. ja 2. sijan. Aloitetaan iridiumista ja samalla sanotaan kiitos englantilaiselle tiedemiehelle Smithson Tennatille, joka vuonna 1803 sai tämän kemiallisen alkuaineen platinasta, jossa sitä oli osmiumin ohella epäpuhtautena. Iridium muinaisesta kreikasta voidaan kääntää "sateenkaareksi". Metalli on väriltään valkoinen ja hopeanvärinen, ja sitä voidaan kutsua paitsi raskaaksi myös kestävimmäksi. Sitä on hyvin vähän planeetallamme, ja sitä louhitaan vain jopa 10 000 kg vuodessa. Tiedetään, että useimmat iridiumesiintymät löytyvät meteoriitin törmäyspaikoista. Jotkut tutkijat päättelevät, että tämä metalli oli aiemmin laajalle levinnyt planeetallamme, mutta painonsa vuoksi se puristi itsensä jatkuvasti lähemmäs Maan keskustaa. Iridiumilla on nyt laaja kysyntä teollisuudessa, ja sitä käytetään sähköenergian tuottamiseen. Myös paleontologit käyttävät sitä mielellään, ja iridiumin avulla he määrittävät monien löytöjen iän. Lisäksi tätä metallia voidaan käyttää joidenkin pintojen päällystämiseen. Mutta sitä on vaikea tehdä.

Seuraavaksi harkitse osmiumia. Se on Mendelejevin jaksollisen taulukon raskain, vastaavasti, ja maailman raskain metalli. Osmium on tinanvalkoista ja sen sävy on sininen, ja Smithson Tennat löysi sen samaan aikaan kuin iridium. Osmiumia on lähes mahdotonta käsitellä, ja sitä esiintyy pääasiassa meteoriitin törmäyspaikoissa. Se tuoksuu epämiellyttävältä, haju muistuttaa kloorin ja valkosipulin seosta. Ja muinaisesta kreikasta se on käännetty "hajuksi". Metalli on melko tulenkestävää ja sitä käytetään hehkulampuissa ja muissa laitteissa, joissa on tulenkestäviä metalleja. Vain yhdestä grammasta tätä elementtiä joudut maksamaan yli 10 000 dollaria, josta on selvää, että metalli on erittäin harvinainen.

Osmium

Halusimme tai et, raskaimmat metallit ovat erittäin harvinaisia ja siksi kalliita. Ja meidän on muistettava tulevaisuutta varten, että kulta tai lyijy eivät ole maailman raskaimmat metallit! Iridium ja osmium ovat voittajia painossa!

Koostuu yhden kemiallisen alkuaineen atomeista. Jaksotaulukossa elementtien metalliset ominaisuudet kasvavat oikealta vasemmalle. Kaikki puhtaat metallit (alkuaineina) ovat yksinkertaisia aineita.

Kiteinen pii - puolijohde

valosähköinen ilmiö

Tee ero fysikaalisen ja kemiallisen välillä metallin ominaisuudet. Yleensä metallien ominaisuudet ovat melko erilaisia. Erottele metallit emäksinen, maa-alkali, musta, värillinen, lantanidit(tai harvinaisten maametallien - kemiallisilta ominaisuuksiltaan lähellä maa-alkalimetallia), aktinidit(useimmat niistä ovat radioaktiivisia aineita), jalo ja platina metallit. Lisäksi yksittäisillä metalleilla on sekä metallisia että ei-metallisia ominaisuuksia. Tällaiset metallit ovat amfoteerisia (tai, kuten sanotaan, siirtymävaiheessa).

Lähes kaikilla metalleilla on joitain yhteisiä ominaisuuksia: metallikiilto, kidehilarakenne, kyky osoittaa pelkistimen ominaisuuksia kemiallisissa reaktioissa hapettuessaan. Kemiallisissa reaktioissa liuenneiden metallien ionit muodostavat vuorovaikutuksessa happojen kanssa suoloja; vuorovaikutuksessa veden kanssa (riippuen metallin aktiivisuudesta) ne muodostavat alkalin tai emäksen.

Miksi metallit loistavat?

Metallien kidehilan solmut sisältävät atomeja. Atomien ympärillä liikkuvat elektronit muodostavat "elektronikaasun", joka voi liikkua vapaasti eri suuntiin. Tämä ominaisuus selittää metallien korkean sähkön ja lämmönjohtavuuden.

Elektronikaasu heijastaa lähes kaikki valonsäteet. Siksi metallit ovat niin kiiltäviä ja useimmiten harmaita tai valkoisia. Yksittäisten metallikerrosten väliset sidokset ovat pieniä, mikä mahdollistaa näiden kerrosten siirtämisen kuormitettuina eri suuntiin (toisin sanoen metallin muodonmuutoksen). Puhdas kulta on ainutlaatuinen metalli. Takomalla puhdasta kultaa voit tehdä kalvon, jonka paksuus on 0,002 mm! niin ohut metallilevy on läpikuultava ja siinä on vihreä sävy, jos katsot sen läpi auringonvaloon.

Metallien sähköfysikaaliset ominaisuudet ilmaistaan sen sähkönjohtavuudella. On yleisesti hyväksyttyä, että kaikilla metalleilla on korkea sähkönjohtavuus eli johda virtaa hyvin! Mutta tämä ei ole niin, ja lisäksi kaikki riippuu lämpötilasta, jossa virta mitataan. Kuvittele metallin kidehila, jossa virta välittyy elektronien liikkeellä. Elektronit liikkuvat kidehilan yhdestä solmusta toiseen. Yksi elektroni "työntää" toisen elektronin ulos hilapaikasta, joka jatkaa liikkumista kohti toista hilakohtaa ja niin edelleen. Eli sähkönjohtavuus riippuu myös siitä, kuinka helposti elektronit voivat liikkua hilapaikkojen välillä. Voidaan sanoa, että metallin sähkönjohtavuus riippuu hilan kiderakenteesta ja siinä olevien hiukkasten tiheydestä. Hilakohdissa olevilla hiukkasilla on värähtelyjä, ja nämä värähtelyt ovat sitä suurempia, mitä korkeampi metallin lämpötila on. Tällaiset värähtelyt estävät merkittävästi elektronien liikettä kidehilassa. Näin ollen mitä alhaisempi metallin lämpötila on, sitä suurempi on sen kyky johtaa virtaa!

Tästä tulee käsite suprajohtavuus, joka esiintyy metallissa lämpötilassa, joka on lähellä absoluuttista nollaa! Absoluuttisessa nollapisteessä (-273 0 C) metallin kidehilassa olevien hiukkasten värähtelyt vaimentuvat täysin!

Metallien sähköfysikaaliset ominaisuudet virran kulkemiseen liittyvää kutsutaan sähkövastuksen lämpötilakerroin!

Metallien sähköfysikaaliset ominaisuudet

Mielenkiintoinen tosiasia on havaittu, että esimerkiksi lyijyssä (Pb) ja elohopeassa (Hg) lämpötilassa, joka on vain muutaman asteen absoluuttisen nollan yläpuolella, sähkövastus katoaa lähes kokonaan, eli suprajohtavuuden tila asettuu.

Hopealla (Ag) on korkein sähkönjohtavuus, seuraavaksi tulee kupari (Cu), jota seuraa kulta (Au) ja alumiini (Al). Näiden metallien korkea sähkönjohtavuus liittyy niiden käyttöön sähkötekniikassa. Joskus kemiallisen kestävyyden ja korroosionesto-ominaisuuksien varmistamiseksi käytetään kultaa (kullatut kontaktit).

On huomattava, että metallien sähkönjohtavuus on paljon suurempi kuin ei-metallien sähkönjohtavuus. Esimerkiksi hiilen (C - grafiitti) tai piin (Si) sähkönjohtavuus on 1000 kertaa pienempi kuin esimerkiksi elohopean. Lisäksi ei-metallit eivät pääosin ole sähkön johtimia. Mutta ei-metallien joukossa on puolijohteita: germanium (Ge), kiteinen pii, sekä joitain oksideja, fosfiitteja (kemialliset metalliyhdisteet fosforin kanssa) ja sulfideja (metallin ja rikin kemialliset yhdisteet).

Ilmiö on sinulle luultavasti tuttu - tämä on metallien ominaisuus luovuttaa elektroneja lämpötilan tai valon vaikutuksesta.

Mitä tulee metallien lämmönjohtavuuteen, se voidaan arvioida jaksollisesta taulukosta - se jakautuu täsmälleen samalla tavalla kuin metallien elektronegatiivisuus. (Ylävasemmalla olevilla metalleilla on korkein elektronegatiivisuus, esimerkiksi natrium Na:n elektronegatiivisuus on -2,76 V). Metallien lämmönjohtavuus puolestaan selittyy vapaiden elektronien läsnäololla, jotka kuljettavat lämpöenergiaa.

Edelman V. Metallit // Kvant. - 1992. - Nro 2. - S. 2-9.

Erikoissopimuksella Kvant-lehden toimituskunnan ja toimittajien kanssa

Mitä ovat metallit?

"Metalli on kevyt kappale, jota voidaan takoa", Lomonosov kirjoitti vuonna 1763. Katso kemian oppikirjaasi ja huomaa, että metalleille on ominaista metallinen kiilto ("kirkas runko") ja ne johtavat hyvin lämpöä ja sähköä. Totta, siellä luet, että on elementtejä, joilla on sekä metallien että ei-metallien ominaisuuksia. Toisin sanoen, ei ole selkeää rajaa, joka erottaa toisistaan. Kemisti, joka on ensisijaisesti kiinnostunut kemiallisista reaktioista ja jolle jokainen alkuaine on oma erityinen maailmansa, ei ole kovinkaan hämmentynyt tällaisesta epäselvyydestä. Mutta fysiikka ei ole tyytyväinen. Jos fysiikka jakaa kappaleet metalleihin ja ei-metalleihin, sinun on ymmärrettävä, mikä niiden perustavanlaatuinen ero on. Siksi on tarpeen määritellä, mikä metalli on siten, että, kuten muissa tapauksissa täsmällisten tieteiden alalla, kaksi vaatimusta täyttyvät:

kaikilla metalleilla on poikkeuksetta oltava kaikki niille osoitetut ominaisuudet;
muissa objekteissa ei pitäisi olla vähintään yhtä näistä ominaisuuksista.

Näillä huomioilla katsotaan, onko kaikilla metalleilla poikkeuksetta kaikki ne ominaisuudet, jotka niille oppikirja antaa. Aloitetaan "sinä osaat takoa", eli plastisuudesta, nykyaikaisesti. Ja sitten konsonanssilla muistutamme muovit: loppujen lopuksi ei ole turhaa, että niitä kutsutaan niin, monille niistä on ominaista plastisuus - kyky muuttaa muotoaan peruuttamattomasti ilman tuhoa. Tietysti kupari, rauta, alumiini on helppo takoa, lyijyllä vielä helpompaa, indium on melko harvinainen ja kallis metalli - se voidaan murskata melkein kuin vaha (ja vaha ei ole metalli!), alkalimetallit ovat vielä pehmeämpiä. Ja yritä lyödä tavallista valurautaa - ja se hajoaa palasiksi! No, sitten metallurgit sanovat: tämä johtuu siitä, että valurauta ei ole yksinkertainen aine. Se koostuu rautakiteistä, jotka on erotettu toisistaan hiilen, eli grafiitin, välikerroksilla. Juuri näissä kerroksissa valurauta rikkoutuu. No ei se mitään. Vain tässä on ongelma - hauras grafiitti, kuten käy ilmi, moderni fysiikka viittaa metalleihin! Kyllä, ja enemmän kuin yksi grafiitti: esimerkiksi arseeni, antimoni ja vismutti on lueteltu metallien joukossa, mutta niitä voidaan takoa samalla menestyksellä kuin lasia - ne hajoavat pieniksi paloiksi!

Tee tämä yksinkertainen kokeilu: riko palaneen lampun ilmapallo, poista volframikela siitä ja yritä pyörittää sitä. Siitä ei tule mitään, se murenee pölyksi! Mutta jotenkin he onnistuivat vääntämään sen tehtaalla? Tämä tarkoittaa, että se voi olla jotain tällaista - joko se voi muuttua tai ei, riippuen siitä, mitä näytteelle on tapahtunut aiemmin. No, ilmeisesti on välttämätöntä erota tästä merkistä - plastisuudesta. Lisäksi se on luontainen monille ei-metalleille; loppujen lopuksi sama lasi - lämmitä sitä, ja siitä tulee pehmeä ja taipuisa.

Joten lyhennämme sanamuotoa ja siirrymme eteenpäin.

Seuraavaksi vuorossa on "kirkkaus" tai tieteellisesti sanottuna optiset ominaisuudet. Siellä on monia kiiltäviä esineitä: vettä, lasia, kiillotettuja kiviä, eikä koskaan tiedä mitä muuta. Pelkkä "kirkkaus" ei siis riitä, joten he sanovat: metalleille on ominaista metallinen kiilto. No, tämä on melko hyvä: osoittautuu, että metalli on metallia. Totta, intuitiivisesti tunnemme kiillotetun kuparin, kullan, hopean ja raudan kiiltävän metallista kiiltoa. Ja laajalle levinnyt mineraalipyriitti – eikö se loista kuin metallit? Tyypillisistä puolijohteista germaniumista ja piistä ei tarvitse puhua, ulkonäöltään niitä ei voi erottaa metalleista. Toisaalta ei niin kauan sitten he oppivat saamaan hyviä kiteitä sellaisista yhdisteistä kuin molybdeenidioksidi; nämä kiteet ovat ruskean violetteja ja muistuttavat vähän tavallista metallia. Osoittautuu, että tätä ainetta tulisi pitää metallina. Miksi - se selviää hieman myöhemmin.

Joten kiilto puhtaasti "metallisena" merkkinä katoaa.

Seuraavaksi tulee lämmönjohtavuus. Ehkä tämä merkki voidaan hylätä välittömästi - poikkeuksetta kaikki kehot johtavat lämpöä. Totta, metalleista sanotaan, että ne hyvin johtaa lämpöä. Mutta pelkään, että kysymykseen "mikä on hyvää ja mikä pahaa?" tässä tapauksessa isä ei vastaa.

Johtaako kupari lämpöä hyvin? Katsotaan taulukkoa ja törmätään heti vastakysymykseen: millaista kuparia ja missä lämpötilassa? Jos otat esimerkiksi puhdasta kuparia, josta valmistetaan radiolaitteiden johdot, ja lämmität sen punaiseksi, eli hehkutat sen, niin huoneenlämmössä se ja jopa puhdas hopea johtaa lämpöä paremmin kuin mikään muu. muuta metallia. Mutta taivuta tällainen kuparinäyte, lyö tai purista se ruuvipuristimeen - ja sen lämmönjohtavuus huononee huomattavasti. Ja mitä tapahtuu, jos pala hehkutettua kuparia alkaa jäähtyä? Ensin lämmönjohtavuus kasvaa, kymmenkertaistuu noin 10 K lämpötilassa ja sitten alkaa laskea nopeasti ja absoluuttisen nollan saavuttaessa sen pitäisi muuttua nollaan (kuva 1).

Riisi. 1. Lämmönjohtavuuden riippuvuus lämpötilasta eri aineille. (Ominaislämmönjohtavuus on lämpömäärä, joka virtaa kuution vastakkaisten pintojen välillä, jonka sivu on 1 cm, kun näiden pintojen välinen lämpötilaero on 1 K 1 sekunnissa.)

Otetaan nyt toinen metalli - vismutti. Kuva hänelle on hyvin samanlainen kuin se, jonka näimme kuparista, vain suurin lämmönjohtavuus on 3 K, ja huoneenlämpötilassa vismutti johtaa lämpöä huonosti, ei paljon paremmin kuin kvartsikide. Mutta kvartsi ei ole metallia! Ja sama kvartsi, kuten kuvasta 1 voidaan nähdä, ei toisinaan ole huonompi kuin kupari lämpöä johtavien ominaisuuksiensa suhteen. Ja sulatettu kvartsi eli kvartsilasi johtaa huonosti lämpöä, kuten ruostumaton teräs.

Kvartsi ei ole poikkeus. Kaikki hyvälaatuiset kiteet käyttäytyvät samalla tavalla, vain luvut ovat hieman erilaisia. Esimerkiksi timantilla on jo huoneenlämmössä parempi lämmönjohtavuus kuin kuparilla.

Hylkäämme lämmönjohtavuuden puhtaalla sydämellä, emmekä tule katumaan sitä. Eikä vain siksi, että tällä perusteella metallia ei ole niin helppoa erottaa ei-metallista, vaan myös siksi, että metallien lämmönjohtavuuden erityispiirteet (ja sellaisia on) ovat seurausta metallin lämmönjohtavuudesta. sähkönjohtavuus - viimeinen jäljellä oleva ominaisuus.

Ja jälleen, artikkelin alussa annetussa sanamuodossa selvennys ei ole vain sähkönjohtavuus, vaan hyvä sähkönjohtavuus. Mutta mitä tulee lämmönjohtavuuteen, epiteetti "hyvä" varoitti meitä, eikä, kuten kävi ilmi, turhaan. Mikä - ja viimeinen epäilty omaisuus? On välttämätöntä säästää se, muuten jäämme ilman metalleja ollenkaan ja samalla ilman puolijohteita, ilman eristeitä. Näin tiede toimii! Useimmissa tapauksissa jokainen koululainen sanoo epäröimättä, minkä kanssa hän on tekemisissä, mutta he kaivasivat syvemmälle - he pysähtyivät hämmentyneenä.

Ja sieltä on jotain. Otetaan fysikaalisten määrien taulukoita ja katsotaan lukuja. Tässä esimerkiksi huoneenlämmössä ominaisvastus ρ (Ohm cm) kupari ~ 1,55 10 -6; vismutissa ρ ~ 10-4; grafiitti ρ ~ 10-3; puhtaalle piille ja germaniumille ρ ~ 10 2 (mutta lisäämällä epäpuhtauksia se voidaan nostaa ~ 10 -3:een); marmorilla ρ = 107 - 1011; lasin ääressä ρ = 10 10; ja jossain luettelon lopussa - keltainen, jonka ominaisvastus on jopa 1019. Ja missä johtavat metallit päättyvät ja dielektrikot alkavat? Emmekä ole vielä maininneet elektrolyyttejä. Tavallinen merivesi johtaa virtaa hyvin. Mitä - ja pitää sitä metallina?

Katsotaan auttaako lämpötila meitä. Jos nostat lämpötilaa, aineiden väliset erot alkavat tasoittaa: kuparilla vastus alkaa kasvaa, esimerkiksi lasin vastus pienenee. Joten on tarpeen seurata, mitä jäähdytyksen aikana tapahtuu. Ja tässä näemme vihdoin laadullisia eroja. Katso kuvaa 2: Nestemäisen heliumin lämpötiloissa, lähellä absoluuttista nollaa, aineet jakautuvat kahteen ryhmään. Joillekin vastus jää pieneksi, seoksille tai ei kovin puhtaille metalleille ρ lähes ei muutu jäähtyessään, puhtaissa metalleissa vastus pienenee huomattavasti. Mitä puhtaampi ja täydellisempi kristalli, sitä suurempi tämä muutos. Joskus u lämpötilassa, joka on lähellä absoluuttista nollaa, on satoja tuhansia kertoja pienempi kuin huoneenlämpötilassa. Muissa aineissa, kuten puolijohteissa, lämpötilan laskeessa resistanssi alkaa kasvaa nopeasti, ja mitä alhaisempi lämpötila, sitä suurempi se on. Jos olisi mahdollista päästä absoluuttiseen nollaan, niin ρ muuttuisi äärettömän suureksi. Riittää kuitenkin, että resistanssista tulee niin suuri, ettei sitä voi enää mitata millään nykyaikaisella laitteella.

Joten, saimme vastauksen: metallit ovat aineita, jotka johtavat sähköä missä tahansa lämpötilassa.

Riisi. 2. Puhtaiden metallien (kupari ja platina) ja puolijohteen (puhdas germanium) ominaisresistanssin riippuvuus lämpötilasta.

Sitä vastoin eristeet lakkaavat johtamasta virtaa, kun ne jäähtyvät absoluuttiseen nollaan. Tätä määritelmää käyttäen sekä grafiitti että molybdeenidioksidi ovat metalleja. Mutta mihin puolijohteet laitetaan? Jos me puhumme Puhtaista, täydellisistä kiteistä, ne ovat tarkasti ottaen dielektrisiä aineita. Mutta jos ne sisältävät paljon epäpuhtauksia, niistä voi tulla metalleja, eli ne voivat säilyttää johtavuuden alhaisissa lämpötiloissa.

Mitä meillä loppujen lopuksi jää? Onnistuimme tunnistamaan ainoa olennainen merkki, jonka ohjaamana voimme, jos ei jokapäiväisessä käytännössä, niin ainakin periaatteessa aina erottaa metallin epämetallista. Ja koska tämä merkki on ainoa, molemmat ehdot täyttyvät automaattisesti, joiden täyttymistä vaatimme artikkelin alussa.

Miksi metallit johtavat virtaa?

Jo pitkään on havaittu, että jotkin alkuaineet, kuten kupari, kulta, hopea, rauta, lyijy, tina, sekä puhtaassa muodossa että toisiinsa sulatettuina, muodostavat metalleja. Toiset, kuten fosfori, rikki, kloori, typpi, happi, eivät vain ole metalleja itse, vaan ne muuttavat ne metallien kanssa yhdistettyinä dielektreiksi. Esimerkki tästä on tavallinen suola. NaCl . Siksi kemiassa elementtien jako metalleihin ja ei-metalleihin ilmestyi.

Tällainen luokittelu ei kuitenkaan ole muuta kuin toteamus, vaikka se ensi silmäyksellä väittääkin selittävän aineiden ominaisuuksia pelkästään atomien rakenteen perusteella. Itse asiassa, katsotaanpa jaksollista taulukkoa. Samassa sarakkeessa sijaitsevat elementit ovat kemiallisilta ominaisuuksiltaan hyvin samanlaisia. Mutta johtavatko kiteet tai niistä tehdyt seokset sähkövirtaa? Taulukosta katsottuna on mahdotonta vastata tähän kysymykseen. Joten kaikki ensimmäisen ryhmän elementit ovat metalleja, ensimmäistä lukuun ottamatta - vetyä. Mutta laki, jota joku saa rikkoa, ei ole enää laki. Totta, asiat ovat paremmin toisessa ryhmässä: täällä kaikki alkuaineet ovat tuttuja metalleja; ja kolmannessa ryhmässä on jälleen vika: boori on puolijohde ja alumiini on upea metalli. Vielä pahempaa. Neljännen ryhmän ensimmäinen alkuaine on hiili; olemme jo maininneet, että grafiitti, niin kutsuttu hiilikide, on metalli. Mutta timantti on myös kide, joka koostuu hiiliatomeista, mutta on järjestetty eri tavalla kuin grafiitissa - eriste. Pii ja germanium ovat klassisia puolijohteita. Tina - näyttää olevan tyypillinen metalli. Kuitenkin... Jos tuttua valkoista kiiltävää tinaa pidetään pitkään -30 °C:n lämpötilassa, sen kiderakenne muuttuu ja ulkoapäin se harmaantuu. Ja tämä tina - he kutsuvat sitä "harmaaksi tinaksi" - on puolijohde! Ja lyijy on aina metallia.

Jos alat sekoittaa erilaisia elementtejä, kuvasta tulee täysin monimutkainen. Otetaan esimerkiksi ja sulatetaan kaksi metallia indium ja antimoni - suhteessa yksi yhteen. Saamme puolijohteen, jota käytetään laajasti tekniikassa InSb . Toisaalta olemme jo sanoneet, että molybdeenidioksidi MoO 2 klo T≈ 0 K johtaa virtaa, ts. MoO 2 - metallia. (JA WO 2 , ja Re 2 O 3 ja jotkin muut oksidit ovat myös metalleja.) Ja jos atomeista syntyvät kiteet puristetaan voimakkaasti, niin käy ilmi, että melkein kaikista aineista tulee metalleja, jopa sellaisista tyypillisistä metalloideista kuin rikki. Totta, sille siirtymispaine metalliseen tilaan on erittäin korkea - useita satoja tuhansia ilmakehyksiä (ja vielä enemmän vedylle).

Näyttää siltä, että elementtien erottaminen metalleiksi ja ei-metalleiksi ei ole niin helppoa. Joka tapauksessa on selvää, että yksittäiset atomit huomioon ottaen emme voi sanoa, johtaako näistä atomeista koostuva aine virtaa T≈ 0 K, koska sillä, miten atomit sijaitsevat suhteessa toisiinsa, on valtava rooli. Siksi vastata kysymykseen "miksi metallit johtavat virtaa?" on tarpeen tutkia kuinka atomit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa muodostaen kiinteän kappaleen.

Katsotaan kuinka asiat ovat yksinkertaisimman metallin - litiumin - kanssa. Sarjanumero Li -kolme. Tämä tarkoittaa, että atomin ydin Li sisältää kolme protonia ja ytimen positiivinen varaus kompensoi kolme elektronia. Kaksi niistä muodostaa täytetyn s-kuoren lähinnä ydintä ja ovat vahvasti sitoutuneita ytimeen. Jäljelle jäävä elektroni sijaitsee toisessa s-kuoressa. Siihen mahtuisi vielä yksi elektroni, mutta litiumissa sitä ei ole. Kaikki muut sallitut energiatilat ovat vapaita, ja elektronit pääsevät niihin vain, kun atomi viritetään (esimerkiksi litiumhöyryä voimakkaasti kuumennettaessa). Litiumatomin tasokaavio on esitetty kuvassa 3.

Riisi. 3. Kaavio litiumatomin energiatasoista ja niiden muuttumisesta vyöhykkeiksi, kun atomit yhdistyvät kiteeksi. Varatut tilat on merkitty punaisella.

Tarkastellaan nyt rajoitetussa tilavuudessa sijaitsevia litiumatomien joukkoa. Ne voivat muodostaa kaasua (höyryä), nestettä tai kiinteää ainetta. Riittävän alhaisessa lämpötilassa keskinäiset vetovoimat estävät atomien lämpöliikkeen ja muodostuu kide. Tämä tapahtuu varmasti absoluuttisessa nollalämpötilassa, kun kaikki tunnetut aineet heliumia lukuun ottamatta ovat kiteitä.

Kokemuksesta siis tiedetään, että matalissa lämpötiloissa kiinteä aine on litiumin stabiili tila. Mutta kuten tiedetään, sellainen aineen tila on aina stabiili, jossa sen sisäinen energia on pienempi kuin muissa mahdollisissa aggregaatiotiloissa samassa lämpötilassa. Energian kokonaisväheneminen tilasta toiseen siirtymisen aikana on helppo mitata - loppujen lopuksi tämä on haihtumis- tai sulamislämpö.

Mikroskooppisesta näkökulmasta alhaisissa lämpötiloissa aineen sisäinen energia on ennen kaikkea kehon muodostavien atomien elektronien energioiden summa. Mutta atomeissa olevat elektronit miehittävät tiukasti määritellyt energiatasot. Tämä tarkoittaa, että voimme odottaa, että kun atomit lähestyvät toisiaan, energiatasot muuttuvat. Tässä tapauksessa elektronien jakautumisen tasoilla tulisi olla sellainen, että niiden kokonaisenergia on pienempi kuin elektronien energioiden summa samassa määrässä toisistaan eristettyjä atomeja.

Mitä tasoille tapahtuu, voidaan ymmärtää vertaamalla elektronin liikettä atomissa minkä tahansa värähtelyjärjestelmän kanssa, esimerkiksi heilurin kanssa. Oletetaan, että meillä on kaksi täysin identtistä heiluria. Niin kauan kuin ne eivät ole vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, molempien heilurien värähtelytaajuus on sama. Esittelemme nyt niiden välisen vuorovaikutuksen - yhdistämme ne esimerkiksi pehmeällä jousella. Ja heti yhden taajuuden sijaan ilmestyy kaksi. Katso kuvaa 4: kytketyt heilurit voivat värähdellä vaiheessa tai ne voivat värähdellä toisiaan kohti. Ilmeisesti jälkimmäisessä tapauksessa niiden liike on nopeampaa, eli tällaisen järjestelmän värähtelytaajuus on suurempi kuin yhden heilurin värähtelyjen luonnollinen taajuus. Siten kytkentä johtaa taajuuden jakaantumiseen. Jos yhdistät kolme heiluria, luonnollisia taajuuksia on jo kolme, neljän yhdistetyn heilurin järjestelmässä on neljä luonnollista taajuutta ja niin edelleen loputtomiin.

Riisi. 4. Kytkettyjen heilurien värähtelyt.

Minkä tahansa muun värähtelyjärjestelmän käyttäytyminen on samanlaista. Jos korvaamme esimerkiksi heilurit sähköisillä värähtelypiireillä, niin radioamatöörit tietävät hyvin, että kun niiden välille luodaan yhteys, myös niiden luonnolliset taajuudet jakautuvat. Atomissa olevat elektronit ovat myös eräänlainen värähtelyjärjestelmä. Kuten heiluri, elektroneilla on massa, on Coulombin voima, joka palauttaa ne tasapainoasentoonsa; ja tämä määrää elektronien liikkeen atomissa, jolle kvanttimekaniikan mukaan on tunnusomaista oma taajuus. Elektronien osalta vuorovaikutuksen sisällyttäminen keskinäisen lähestymisen aikana johtaa siihen, että aiemmin samat taajuudet muuttuvat hieman erilaisiksi.

Kvanttimekaniikassa energian ja värähtelytaajuuden välillä on suora yhteys, joka ilmaistaan kaavalla \(~E = h \nu\), jossa h\u003d 6,6 10 -34 J s - Planckin vakio ja ν - värähtelytaajuus. Siksi on odotettavissa, että kun kaksi litiumatomia lähestyy kutakin kuvassa 3 esitettyä tasoa, se jakautuu kahdeksi. Jokainen uusi energiataso vastaa sen omaa elektronikuorta, ei nyt yhdestä atomista, vaan "molekyylistä". Kuoret täytetään elektroneilla saman säännön mukaan kuin atomi - kaksi elektronia kuorta kohden. Se kuoripari, joka osoittautui alimmalta tasolta, on täysin täynnä elektroneja. Itse asiassa niihin voidaan sijoittaa neljä elektronia, ja kahdella litiumatomilla on niitä kuusi. Jäljelle jää kaksi elektronia, jotka sijaitsevat nyt toisen parin alemmalla tasolla. Huomaa tapahtunut laadullinen harppaus: aiemmin nämä kaksi elektronia miehittivät kaksi neljästä tilasta, joilla oli sama energia. Nyt heillä on mahdollisuus valita, ja he asettuivat niin, että heidän kokonaisenergiansa oli pienempi. Ei ole vaikea kuvitella, mitä tapahtuu, kun seuraavat atomit lisätään: kolmelle atomille kukin alkutaso jakautuu kolmeen (ks. kuva 3). Yhdeksän elektronia sijoittuu seuraavasti: kuusi niiden tasojen alemmassa kolmiossa, jotka ovat nousseet ydintä lähimpänä olevan atomin täytetyn sisäisen kuoren tasolta; kaksi muuta elektronia - seuraavan triadin alemmalla tasolla; jäljellä oleva elektroni on saman triadin keskitasolla. Vielä yksi paikka tällä tasolla on vapaana, ja ylempi taso on täysin tyhjä. Jos otat n atomit (\(~n \gg 1\)), sitten jokainen taso jakautuu n lähekkäin sijaitsevat tasot muodostaen, kuten sanotaan, sallittujen energia-arvojen vyöhykkeen tai vyöhykkeen. Alemmalla kaistalla kaikki tilat ovat miehitettyinä, ja toisessa - vain puolet, ja juuri ne, joiden energia on pienempi. Seuraava kaista on täysin tyhjä.

Vierekkäisten tasojen välinen etäisyys vyöhykkeellä on helppo arvioida. On luonnollista olettaa, että kun atomit lähestyvät toisiaan, atomin elektronien energian muutos on suunnilleen yhtä suuri kuin aineen haihtumislämpö laskettuna uudelleen yhtä atomia kohti. Metalleilla se on yleensä useita elektronvoltteja ja siten kokonaiskaistanleveys Δ E vierekkäisten atomien vuorovaikutuksen määräämänä, on oltava sama mittakaava, eli Δ E~ 1 eV ≈ 10 -19 J. Tasojen väliselle etäisyydelle saadaan \(~\delta E \sim \dfrac(\Delta E)(n)\), missä n on atomien lukumäärä näytteessä. Tämä luku on erittäin suuri: atomien välinen etäisyys on vain muutama angströmi ja tilavuus atomia kohti on vain ~ 10 -22 cm 3 . Jos näytteemme tilavuus on tarkkuuden vuoksi 1 cm 3, niin sille n≈ 10 22 . Siksi numeerisesti se osoittautuu δ E≈ 10 -22 Δ E≈ 10 -41 J. Tämä arvo on niin pieni, että energian kvantisointi voidaan aina jättää huomiotta vyöhykkeen sisällä ja olettaa, että kaikki energia-arvot ovat sallittuja vyöhykkeen sisällä.

Joten kiteessä energiatasot levitetään vyöhykkeisiin, joiden leveys on verrattavissa niiden väliseen etäisyyteen. Elektroneille ovat sallittuja tiloja kaistan sisällä, ja tässä elektroneilla voi olla melkein mikä tahansa energia (tietysti kaistanleveyden sisällä). Mutta on erittäin tärkeää, että paikkojen lukumäärä kullakin vyöhykkeellä on tiukasti rajoitettu ja yhtä suuri kuin kaksi kertaa kiteen muodostavien atomien lukumäärä. Ja tämä seikka yhdessä vähimmäisenergian periaatteen kanssa määrittää elektronien jakautumisen vyöhykkeiden yli. Nyt olemme kaikki valmiita ymmärtämään, miksi litium johtaa virtaa. Katsotaanpa uudelleen kuvaa 3. Mitä tapahtui? Kun atomit olivat omillaan, kaikki elektronit olivat tarkasti määritellyissä tiloissa, tiukasti samat kaikille atomeille. Nyt atomit ovat yhdistyneet kiteeksi. Itse kiteen atomit eivät ole vain samoja, vaan myös täsmälleen samat naapureihinsa nähden (lukuun ottamatta tietysti niitä, jotka osuvat kiteen pintaan). Ja kaikilla elektroneilla on nyt eri energiat. Näin voi olla vain, jos elektronit eivät enää kuulu yksittäisiin atomeihin, vaan jokainen elektroni on "jaettu" kaikkien atomien kesken. Toisin sanoen elektronit liikkuvat vapaasti ihanteellisen kiteen sisällä muodostaen ikään kuin nesteen, joka täyttää koko näytteen tilavuuden. Ja sähkövirta on tämän nesteen suunnattu virtaus, samanlainen kuin putkien läpi virtaava vesi.

Veden pakottamiseksi virtaamaan putken läpi, putken päihin on luotava paine-ero. Sitten ulkoisten voimien vaikutuksesta molekyylit saavat suunnatun nopeuden - vesi virtaa. Suunnatun nopeuden esiintyminen on tässä erittäin tärkeää, koska molekyylit itse liikkuvat kaoottisesti valtavilla nopeuksilla - huoneenlämpötilassa molekyylin lämpöliikkeen keskinopeus on noin 10 3 m/s. Joten molekyylin virtauksessa hankkima lisäenergia on pieni verrattuna lämpöliikkeen energiaan.

Lisäenergia, joka on välitettävä elektronille, jotta se osallistuisi elektronien yleiseen suunnattuun liikkeeseen kiteessä (ja tämä on virta), on myös pieni verrattuna elektronin omaan energiaan. Tämä on helppo tarkistaa. Olemme jo sanoneet, että elektronin energia on suuruusluokkaa 1 eV = 1,6 10 -19 J. Jos muistamme, että vapaalle elektronille \(~E = \dfrac(m \upsilon^2)(2) )\) ja m\u003d 9,1 10 -31 kg, niin nopeus on helppo löytää: υ ~ 10 6 m/s. Oletetaan, että kaikki elektronit osallistuvat virtaan ja ne ovat 1 m 3 johtimessa n ~ 10 28 Z (Z on ydinvaraus). Sitten langassa, jolla on poikkileikkaus S\u003d 10 -6 m 2 virralla minä≈ 10 A (suuremmalla virralla lanka sulaa) elektronien suuntanopeus on \(~\upsilon_H = \dfrac(I)(neS) \noin 10^(-2) - 10^(-3)\ ) neiti. Tämä tarkoittaa, että virtaan osallistuvan elektronin energia on suurempi kuin energia E vapaa elektroni vain 10 -8 E, eli 1,6 10 -27 J.

Ja tässä kohtaamme yllättävän tosiasian: käy ilmi, että elektronit, jotka sijaitsevat alemmalla kaistalla, jota yleensä kutsutaan valenssikaistaksi, eivät voi muuttaa energiaansa pienellä määrällä. Loppujen lopuksi, jos jokin elektroni lisää energiaansa, se tarkoittaa, että sen on siirryttävä toiselle tasolle, ja kaikki valenssikaistan viereiset tasot ovat jo varattu. Vapaita paikkoja on vain seuraavalla alueella. Mutta päästäkseen sinne, elektronin on muutettava energiaansa useilla elektronivolteilla kerralla. Näin elektronit istuvat valenssikaistalla ja odottavat piirakkaa taivaalla - energinen kvantti. Ja tarvittavan energian kvantit ovat näkyvässä tai ultraviolettivalossa.

Joten nestettä on, mutta se ei voi virrata. Ja jos litiumilla olisi vain kaksi elektronia atomissa, eli jos rakentaisimme kuvan litiumatomeille, saisimme eristeen. Mutta kiinteä helium on todellakin eriste, joten voimme jo onnitella itseämme onnistumisesta: emme ole vielä selittäneet, miksi virta voi virrata metalleissa, mutta ymmärrämme miksi dielektrit, joissa on paljon elektroneja ja ne kaikki ovat "tahroituneita". älä johda virtaa koko kiteen läpi.

Mutta entä litium? Hänellä on toinen vyöhyke, joka on vain puoliksi täytetty. Energiaa, joka erottaa miehitetyn ja vapaan tason tällä kaistalla, kutsutaan Fermi-energiaksi E f. Kuten olemme jo sanoneet, energiaero kaistan tasojen välillä on hyvin pieni. Riittää, että Fermi-tason vyöhykkeellä sijaitseva elektroni lisää hieman energiaansa - ja se on vapaa, jossa tilat eivät ole miehitetty. Mikään ei estä rajakaistalta tulevia elektroneja lisäämästä energiaansa sähkökentän vaikutuksesta ja saavuttamasta suunnattua nopeutta. Mutta tämä on nykyinen! Mutta näiden elektronien on yhtä helppoa menettää suuntanopeus, kun ne törmäävät epäpuhtausatomeihin (jotka ovat aina olemassa) tai muihin ihanteellisen kiderakenteen rikkomuksiin. Tämä selittää virran vastuksen.

Näyttää selvältä, miksi helium on eriste ja litium johdin. Yritetään soveltaa ideoitamme seuraavaan elementtiin - berylliumiin. Ja tässä - sytytyskatkos, malli ei toiminut. Berylliumissa on neljä elektronia, ja näyttää siltä, että ensimmäisen ja toisen vyöhykkeen tulisi olla täysin varattu ja kolmannen tulisi olla tyhjä. Se osoittautuu eristeeksi, kun taas beryllium on metalli.

Pointti on tämä. Jos vyöhykkeiden leveys on riittävän suuri, ne voivat mennä päällekkäin. Tällaisesta ilmiöstä he sanovat, että vyöhykkeet menevät päällekkäin. Juuri näin tapahtuu berylliumissa: kolmannen vyöhykkeen elektronien minimienergia on pienempi kuin toisen alueen maksimienergia. Siksi on energeettisesti suotuisaa, että elektronit poistuvat toisen kaistan tyhjästä osasta ja miehittävät tilat kolmannen alaosassa. Tässä metalli tulee sisään.

Mitä muille elementeille tapahtuu? Ovatko vyöhykkeet päällekkäisiä vai eivät, sitä on mahdotonta sanoa etukäteen, tämä vaatii hankalia tietokonelaskelmia, eikä aina ole mahdollista saada luotettavaa vastausta. Mutta tässä on huomionarvoista: kaaviostamme seuraa, että jos otamme alkuaineita, joissa on pariton määrä elektroneja, niin metalli pitäisi aina saada, jos vain yksi atomi on kiteen rakenneyksikkö. Mutta vety, esimerkiksi typpi ja fluori, eivät halua kiteytyä sellaiseksi hilaksi. Ne yhdistävät mieluummin ensin pareittain, ja jo parillisen määrän elektroneja sisältävät molekyylit asettuvat kiteeksi. Ja kvanttimekaniikan lait eivät estä häntä olemasta dielektrinen.

Joten tiedämme nyt, mikä metalli on fysiikan näkökulmasta, ja selvitimme ilmiön olemuksen ymmärtämällä, miksi eristimet ja johtimet ovat periaatteessa olemassa. Olemme nähneet, että ei ole helppoa tapaa selittää, miksi tietty aine on eriste tai metalli. Tämä voidaan tehdä vain aseistettuna modernin kvanttimekaniikan ja tietokonetekniikan laitteilla, mutta tämä on jo asiantuntijoiden tehtävä.

Tiedät, että suurin osa kemiallisista alkuaineista on luokiteltu metalleiksi - 92 tunnetusta 114 alkuaineesta.

Metallit - nämä ovat kemiallisia alkuaineita, joiden atomit luovuttavat ulomman (ja osan esiulkoisen) elektronikerroksen elektroneja muuttuen positiivisiksi ioneiksi.

Tämä metalliatomien ominaisuus, kuten tiedätte, määräytyy sen perusteella, että niillä on suhteellisen suuret säteet ja pieni määrä elektroneja (pääasiassa 1 - 3) ulkokerroksessa.

Ainoat poikkeukset ovat 6 metallia: germanium-, tina-, lyijy-atomeissa ulkokerroksessa on 4 elektronia, antimoniatomeja, vismutti-5, poloniumatomeja - 6.

Metalliatomeille on ominaista alhaiset elektronegatiivisuusarvot (0,7 - 1,9) ja yksinomaan pelkistävät ominaisuudet, eli kyky luovuttaa elektroneja.

Tiedät jo, että D. I. Mendelejevin kemiallisten elementtien jaksollisessa taulukossa metallit ovat boori-astatiini-diagonaalin alapuolella, minä olen myös sen yläpuolella sivualaryhmissä. Periodeissa ja savialaryhmissä on sinulle tiedossa olevia säännönmukaisuuksia metallin muuttamisessa ja siten alkuaineiden atomien pelkistävissä ominaisuuksissa.

Boori-astaatti-diagonaalin lähellä sijaitsevilla kemiallisilla alkuaineilla on kaksinkertainen ominaisuus: joissakin yhdisteissään ne käyttäytyvät metallien tavoin, toisissa ne osoittavat ei-metallin ominaisuuksia.

Toissijaisissa alaryhmissä metallien pelkistävät ominaisuudet useimmiten heikkenevät sarjanumeron kasvaessa. Vertaa tuntemasi sivualaryhmän I ryhmän metallien aktiivisuutta: Cu, Ag, Au; Toissijaisen alaryhmän II ryhmä - ja näet itse.

Esimerkiksi natriumionit säätelevät kehon vesipitoisuutta, hermoimpulssien välitystä. Sen puute johtaa päänsärkyyn, heikkouteen, huonoon muistiin, ruokahaluttomuuteen ja sen ylimäärä kohonneeseen verenpaineeseen, kohonneeseen verenpaineeseen ja sydänsairauksiin. Ravitsemusasiantuntijat suosittelevat nauttimaan enintään 5 g (1 tl) ruokasuolaa (NaCl) aikuista kohden päivässä. Metallien vaikutus eläinten ja kasvien tilaan löytyy taulukosta 16.

Yksinkertaiset aineet - metallit
Metallien (yksinkertaisten aineiden) ja metalliseosten tuotannon kehittymiseen liittyi sivilisaation ilmaantuminen ("pronssikausi", rautakausi).

Kuva 38 esittää kaavion natriummetallin kidehilasta. Siinä jokaista natriumatomia ympäröi kahdeksan naapuriatomia. Natriumatomeilla, kuten kaikilla metalleilla, on monia vapaita valenssikiertoradoja ja vähän valenssielektroneja.

Natriumatomin Zs 1 ainoa valenssielektroni voi miehittää minkä tahansa yhdeksästä vapaasta orbitaalista, koska ne eivät eroa paljon energiatasoltaan. Kun atomit lähestyvät toisiaan, kidehilan muodostuessa viereisten atomien valenssiradat menevät päällekkäin, minkä vuoksi elektronit liikkuvat vapaasti kiertoradalta toiselle muodostaen yhteyden metallikiteen kaikkien atomien välille.

Tämän tyyppistä kemiallista sidosta kutsutaan metallisidokseksi. Metallisen sidoksen muodostavat elementit, joiden atomeilla ulkokerroksessa on vähän valenssielektroneja verrattuna suureen määrään energeettisesti lähellä olevia ulkoratoja. Niiden valenssielektroni pysyy heikosti atomissa. Yhteyden suorittavat elektronit sosiaalistuvat ja liikkuvat neutraalin metallin kidehilassa kokonaisuudessaan.

Aineille, joilla on metallisidos, on tunnusomaista metalliset kidehilat, jotka on yleensä kuvattu kaavamaisesti tikkuna, kuten kuvassa näkyy, solmut ovat kationeja ja metalliatomeja. Jaetut elektronit vetävät sähköstaattisesti puoleensa metallikationeja, jotka sijaitsevat niiden kidehilan solmukohdissa ja varmistavat sen vakauden ja lujuuden (jaetut elektronit on kuvattu pieninä mustina palloina).
Metallisidos on metallien ja metalliseosten sidos kidehilan solmukohdissa olevien metalliatomi-ionien välillä, jonka toteuttavat sosiaalistuneet valenssielektroni.

Jotkut metallit kiteytyvät kahdessa tai useammassa kiteisessä muodossa. Tätä aineiden ominaisuutta - esiintyä useissa kiteisissä muunnelmissa - kutsutaan polymorfismiksi. Yksinkertaisten aineiden polymorfismi tunnetaan sinulle allotropiaksi.

Tinassa on kaksi kiteistä muunnelmaa:
. alfa - stabiili alle 13,2 ºС tiheydellä р - 5,74 g/cm3. Tämä on harmaata tinaa. Siinä on timantin kaltainen kidehila (atomi):
. betta - vakaa yli 13,2 ºС tiheydellä p - 6,55 g/cm3. Tämä on valkoista tinaa.

Valkoinen tina on erittäin pehmeä metalli. Jäähdytettynä alle 13,2 ºС, se murenee harmaaksi jauheeksi, koska siirtymävaiheessa | 1 » n sen ominaistilavuus kasvaa merkittävästi. Tätä ilmiötä kutsutaan tinaruttoksi. Tietenkin tietyn kemiallisen sidoksen tyypin ja metallien kidehilan tyypin pitäisi määrittää ja selittää ne. fyysiset ominaisuudet.

Mitä ne ovat? Näitä ovat metallikiilto, plastisuus, korkea sähkönjohtavuus ja lämmönjohtavuus, sähkövastuksen kasvu lämpötilan noustessa sekä sellaiset käytännössä merkittävät ominaisuudet kuin tiheys, sulamis- ja kiehumispisteet, kovuus ja magneettiset ominaisuudet.
Yritetään selittää syitä, jotka määräävät metallien fysikaaliset perusominaisuudet. Miksi metallit ovat muovia?

Mekaaninen vaikutus kiteeseen, jossa on metallikidehila, aiheuttaa ioniatomien kerrosten siirtymisen suhteessa toisiinsa, koska elektronit liikkuvat kiteen läpi, sidokset eivät katkea, joten metalleille on ominaista suurempi plastisuus.

Samanlainen vaikutus kovalenttisia sidoksia sisältävään kiinteään aineeseen (atomikidehila) johtaa kovalenttisten sidosten katkeamiseen. Sidosten katkeaminen ionihilassa johtaa samalla tavalla varautuneiden ionien keskinäiseen hylkimiseen (kuva 40). Siksi aineet, joissa on atomi- ja ionikidehilat, ovat hauraita.

Muovisimpia metalleja ovat Au, Af, Cu, Sn, Pb, Zn. Ne vedetään helposti langaksi, soveltuvat takomiseen, puristamiseen, rullaamiseen levyiksi.Kullasta voidaan valmistaa esimerkiksi 0,008 nm:n paksuinen kultakalvo ja 0,5 g:sta tätä metallia voidaan vetää 1 km pitkä lanka.

Jopa elohopea, joka, kuten tiedätte, on huoneenlämmössä nestemäistä, muuttuu muovautuvaksi kuin lyijy matalissa lämpötiloissa kiinteässä tilassa. Vain Bi:llä ja Mn:lla ei ole plastisuutta, ne ovat hauraita.

Miksi metalleille on ominaista kiilto ja ne ovat myös läpinäkymättömiä?
Atomien välisen tilan täyttävät elektronit heijastavat valonsäteitä (eivätkä läpäise, kuten lasi), ja useimmat metallit hajottavat yhtä paljon spektrin näkyvän osan säteet. Siksi niillä on hopeanvalkoinen tai harmaa väri. Strontium, kulta ja kupari absorboivat lyhyitä aallonpituuksia (lähellä violettia) enemmän ja heijastavat valospektrin pitkiä aallonpituuksia, joten niillä on vastaavasti vaaleankeltainen, keltainen ja kupariväri.

Vaikka käytännössä metalli ei meistä aina näytä kevyeltä kappaleelta. Ensinnäkin sen pinta voi hapettua ja menettää kiiltonsa. Siksi alkuperäinen kupari näyttää vihertävältä kiveltä. Ja toiseksi, edes puhdas metalli ei välttämättä loista. Erittäin ohuilla hopea- ja kultalevyillä on täysin odottamaton ulkonäkö - niillä on sinivihreä väri. Ja hienot metallijauheet näyttävät tummanharmailta, jopa mustilta.

Hopealla, alumiinilla ja palladiumilla on paras heijastavuus. Niitä käytetään peilien valmistukseen, mukaan lukien kohdevalot.
Miksi metalleilla on korkea sähkönjohtavuus ja lämmönjohtavuus?

Kaoottisesti liikkuvat elektronit metallissa, syötetyn sähköjännitteen vaikutuksesta, saavat suunnatun liikkeen, eli ne johtavat sähkövirtaa. Metakirvojen lämpötilan noustessa kidehilan solmukohdissa olevien atomien ja ionien värähtelyamplitudit kasvavat. Tämä vaikeuttaa elektronien liikkumista ja metallin sähkönjohtavuus heikkenee. Alhaisissa lämpötiloissa värähtelevä liike päinvastoin vähenee suuresti ja metallien sähkönjohtavuus kasvaa jyrkästi. Lähellä absoluuttista nollaa metalleissa ei käytännössä ole vastusta, ja suprajohtavuus esiintyy useimmissa metalleissa.

On huomattava, että ei-metallit, joilla on sähkönjohtavuus (esimerkiksi grafiitti), alhaisissa lämpötiloissa, päinvastoin, eivät johda sähkövirtaa vapaiden elektronien puuttumisen vuoksi. Ja vain lämpötilan noustessa ja joidenkin kovalenttisten sidosten tuhoutuessa niiden sähkönjohtavuus alkaa kasvaa.

Hopealla, kuparilla, samoin kuin kullalla, alumiinilla on korkein sähkönjohtavuus, mangaanilla, lyijyllä ja elohopealla alhaisin.

Useimmiten metallien lämmönjohtavuus muuttuu samalla säännöllisyydellä kuin sähkönjohtavuus.

Ne johtuvat vapaiden elektronien suuresta liikkuvuudesta, jotka törmääessään värähtelevien ionien ja atomien kanssa vaihtavat energiaa niiden kanssa. Siksi lämpötila tasaantuu koko metallikappaleessa.

Metallien mekaaninen lujuus, tiheys ja sulamispiste ovat hyvin erilaisia. Lisäksi ioneja atomeja sitovien elektronien lukumäärän kasvaessa ja kiteissä olevien atomien välisen etäisyyden pienentyessä näiden ominaisuuksien indikaattorit kasvavat.

Joten alkalimetallit, joiden atomeilla on yksi valenssielektroni, ovat pehmeitä (leikattu veitsellä), alhaisella tiheydellä (litium on kevyin metalli, jonka p - 0,53 g / cm3) ja sulavat matalissa lämpötiloissa (esimerkiksi sulamispiste cesiumin on 29 "C) Ainoan normaaliolosuhteissa nestemäisen metallin - elohopean - sulamispiste on 38,9 "C.

Kalsium, jolla on kaksi elektronia atomien ulkoenergiatasolla, on paljon kovempaa ja sulaa korkeammassa lämpötilassa (842ºC).

Vielä kaarevampi on skandiumatomien muodostama kidehila, joissa on kolme valenssielektronia.

Mutta vahvimmat kidehilat, korkeat tiheydet ja sulamispisteet havaitaan ryhmien V, VI, VII, VIII toissijaisten alaryhmien metalleissa. Tämän selittää. että sivualaryhmien metalleille, joissa on tallentamattomia valenssielektroneja d-alatasolla, on ominaista metallisen lisäksi erittäin voimakkaiden kovalenttisten sidosten muodostuminen atomien välille, jonka ulomman kerroksen elektronit suorittavat s-orbitaaleista.

Muista, että raskain metalli on osmium (superkovien ja kulutusta kestävien metalliseosten komponentti), tulenkestävä metalli on volframi (käytetään lampun filamenttien valmistukseen), kovin metalli on kromi Cr (naarmuttaa lasia). Ne ovat osa materiaaleja, joista valmistetaan metallinleikkaustyökalut, raskaiden koneiden jarrupalat jne.

Metallit eroavat toisistaan magneettikenttien suhteen. Mutta tämä merkki ne on jaettu kolmeen ryhmään:
. ferromagneettinen Voidaan magnetisoida jopa heikkojen magneettikenttien vaikutuksesta (rauta - alfa muoto, koboltti, nikkeli, gadolinium);

Paramagneettisilla on heikko magnetisoitumiskyky (alumiini, kromi, titaani, melkein kaikki lantanidit);

Diamagneettiset eivät vedä magneettia, edes hieman hylkivät sitä (tina, säikeinen, vismutti).

Muista, että tarkasteltaessa metallien elektronirakennetta jaoimme metallit pääalaryhmien metalleihin (k- ja p-elementit) ja toissijaisten alaryhmien metalleihin.

Tekniikassa on tapana luokitella metallit erilaisten fysikaalisten ominaisuuksien mukaan:

a) tiheys - valo (s< 5 г/см3) и тяжелые (все остальные);

b) sulamispiste - sulava ja tulenkestävä.

Metalleille on olemassa luokituksia kemiallisten ominaisuuksien mukaan.
Metalleja, joilla on alhainen kemiallinen aktiivisuus, kutsutaan jaloiksi (hopea, kulta, platina ja sen analogit - osmium, iridium, rutenium, palladium, rodium).
Kemiallisten ominaisuuksien läheisyyden mukaan alkalit (pääalaryhmän I ryhmän metallit), maa-alkalimetallit (kalsium, strontium, barium, radium) sekä harvinaiset maametallit (skandium, yttrium, lantaani ja lantanidit, aktinium ja aktinidit) erotetaan.

Metallien yleiset kemialliset ominaisuudet
Metalliatomit luovuttavat valenssielektroneja suhteellisen helposti ja siirtyvät positiivisesti varautuneiksi non-osiksi, eli ne hapettuvat. Tämä, kuten tiedätte, on sekä atomien että yksinkertaisten metalliaineiden tärkein yhteinen ominaisuus.

Metallit kemiallisissa reaktioissa ovat aina pelkistäviä aineita. Yksinkertaisten aineiden - metallien - atomien pelkistyskyky, jonka muodostavat yhden ajanjakson kemialliset alkuaineet tai D. I. Mendelejevin jaksollisen järjestelmän yksi pääalaryhmä, muuttuu luonnollisesti.

Metallin pelkistävä aktiivisuus vesiliuoksissa tapahtuvissa kemiallisissa reaktioissa heijastaa sen asemaa metallin jännitteiden sähkökemiallisessa sarjassa.

1. Mitä kauempana vasemmalla metalli on tässä rivissä, sitä vahvempi pelkistysaine se on.
2. Jokainen metalli pystyy syrjäyttämään (palauttamaan) liuoksessa olevista suoloista ne metallit, jotka ovat sen jälkeen (oikealla) jännitesarjassa.
3. Metallit, jotka ovat jännitesarjassa vedyn vasemmalla puolella, pystyvät syrjäyttämään sen liuoksessa olevista hapoista.
4. Metallit, jotka ovat vahvimpia pelkistäviä aineita (alkali ja maa-alkali), ovat kaikissa vesiliuoksissa vuorovaikutuksessa ensisijaisesti veden kanssa.

Metallin sähkökemiallisesta sarjasta määritetty pelkistävä aktiivisuus ei aina vastaa sen asemaa jaksollisessa taulukossa. Tämän selittää. Että määritettäessä metallin paikkaa jännitesarjassa ei oteta huomioon vain elektronien irtautumisenergiaa yksittäisistä atomeista, vaan myös kidehilan tuhoutumiseen kuluva energia sekä sen aikana vapautuva energia. ionien hydraatio.

Otettuaan huomioon yleiset säännökset, jotka kuvaavat metallien pelkistäviä ominaisuuksia, siirrymme erityisiin kemiallisiin reaktioihin.

Vuorovaikutus yksinkertaisten ei-metallisten aineiden kanssa
1. Hapen kanssa useimmat metallit muodostavat oksideja - emäksisiä ja amfoteerisia.

Litium ja maa-alkalimetallit reagoivat ilmakehän hapen kanssa muodostaen emäksisiä oksideja.
2. Halogeenien kanssa metallit muodostavat halogeenivetyhappojen suoloja.

3. Vedyn kanssa aktiivisimmat metallit muodostavat hydridejä - ionisia suoloja, joita on tavallinen aine, jossa vedyn hapetusaste on -1, esimerkiksi: kalsiumhydridi.

4. Metallit muodostavat suoloja rikin - sulfidien kanssa.

5. Metallit reagoivat typen kanssa hieman vaikeammin, koska kemiallinen sidos typpimolekyylissä Г^r on erittäin vahva ja muodostuu nitridejä. Tavallisissa lämpötiloissa vain litium on vuorovaikutuksessa typen kanssa.
Vuorovaikutus monimutkaisten aineiden kanssa
1. Veden kanssa. Alkali- ja maa-alkalimetallit syrjäyttävät normaaliolosuhteissa vedyn vedestä ja muodostavat liukoisia alkaliemäksiä.

Muutkin metallit, jotka seisovat jännitesarjassa vetyyn asti, voivat tietyissä olosuhteissa syrjäyttää vetyä vedestä. Mutta alumiini on kiivaasti vuorovaikutuksessa veden kanssa vain, jos oksidikalvo poistetaan sen pinnalta.
Magnesium on vuorovaikutuksessa veden kanssa vain kiehuessaan, ja myös vetyä vapautuu. Jos palavaa magnesiumia lisätään veteen, palaminen jatkuu reaktion edetessä: vety palaa. Rauta on vuorovaikutuksessa veden kanssa vain kuumennettaessa.
2. Metallit, jotka ovat jännitteiden sarjassa veteen asti, ovat vuorovaikutuksessa liuoksessa olevien happojen kanssa. Tämä tuottaa suolaa ja vetyä. Mutta lyijy (ja jotkut muut metallit), huolimatta sen sijainnista jännitesarjassa (vedyn vasemmalla puolella), ei melkein liukene laimeaan rikkihappoon, koska tuloksena oleva lyijysulfaatti PbSO on liukenematon ja muodostaa suojakalvon metallin pinnalle .

3. Vähemmän aktiivisten metallien suolat liuoksessa. Tällaisen reaktion seurauksena muodostuu aktiivisemman metallin suola ja vähemmän aktiivinen metalli vapautuu vapaassa muodossa.

4. Orgaanisilla aineilla. Vuorovaikutus orgaanisten happojen kanssa on samanlainen kuin reaktio mineraalihappojen kanssa. Alkoholit voivat toisaalta osoittaa heikkoja happamia ominaisuuksia, kun ne ovat vuorovaikutuksessa alkalimetallien kanssa.
Metallit osallistuvat reaktioihin halogeenialkaanien kanssa, joita käytetään alempien sykloalkaanien saamiseksi ja synteeseihin, joiden aikana molekyylin hiilirunko monimutkaistuu (A. Wurtzin reaktio):

5. Metallit, joiden hydroksidit ovat amfoteerisia, vuorovaikuttavat liuoksessa olevien alkalien kanssa.
6. Metallit voivat muodostaa keskenään kemiallisia yhdisteitä, joita kutsutaan yhteisesti metallienvälisiksi yhdisteiksi. Ne eivät useimmiten näytä atomien hapetustiloja, jotka ovat ominaisia metallien ja ei-metallien yhdisteille.

Metallienvälisillä yhdisteillä ei yleensä ole jatkuvaa koostumusta, niiden kemiallinen sidos on pääosin metallista. Näiden yhdisteiden muodostuminen on tyypillisempää toissijaisten alaryhmien metalleille.

Metallioksidit ja -hydroksidit
Tyypillisten metallien muodostamat oksidit luokitellaan suolaa muodostaviksi, ominaisuuksiltaan emäksisiksi.

Joidenkin metallien oksidit ja hydroksidit ovat amfoteerisia, eli niillä voi olla sekä emäksisiä että happamia ominaisuuksia riippuen aineista, joiden kanssa ne ovat vuorovaikutuksessa.

Esimerkiksi:

Monet toissijaisten alaryhmien metallit, joilla on vaihteleva hapetusaste yhdisteissä, voivat muodostaa useita oksideja ja hydroksideja, joiden luonne riippuu metallin hapetusasteesta.

Esimerkiksi kromilla on yhdisteissä kolme hapetustilaa: +2, +3, +6, joten se muodostaa kolme sarjaa oksideja ja hydroksideja, ja hapetustilan kasvaessa happamuus lisääntyy ja emäksinen luonne heikkenee.

Metallien korroosio
Kun metallit ovat vuorovaikutuksessa ympäristön aineiden kanssa, niiden pinnalle muodostuu yhdisteitä, joilla on täysin erilaiset ominaisuudet kuin metallilla itsellään. Normaalisti käytämme usein sanoja "ruoste", "ruoste" nähdessämme ruskeanpunaisen pinnoitteen raudasta ja sen seoksista valmistetuissa tuotteissa. Ruostuminen on yleinen korroosion muoto.

Korroosio- tämä on metallien ja metalliseosten spontaani tuhoutuminen ulkoisen ympäristön vaikutuksesta (lat. - korroosio).

Kuitenkin lähes kaikki metallit tuhoutuvat, minkä seurauksena monet niiden ominaisuuksista heikkenevät (tai menetetään kokonaan): lujuus, sitkeys, kiilto heikkenee, sähkönjohtavuus heikkenee ja kitka liikkuvien koneenosien välillä kasvaa, osien mitat muuttuvat, jne.

Metallien korroosio voi olla jatkuvaa ja paikallista.

Yleisimmät korroosiotyypit ovat kemiallinen ja sähkökemiallinen.

I. Kemiallista korroosiota tapahtuu sähköä johtamattomassa ympäristössä. Tämän tyyppinen korroosio ilmenee metallien vuorovaikutuksessa kuivien kaasujen tai nesteiden - ei-elektrolyyttien (bensiini, kerosiini jne.) kanssa. Moottoreiden, kaasuturbiinien ja raketinheittimien osat ja komponentit joutuvat tällaiselle tuholle. Kemiallista korroosiota havaitaan usein metallien käsittelyn aikana korkeissa lämpötiloissa.

Suurin osa metalleista hapettuu ilmakehän hapen vaikutuksesta, jolloin pintaan muodostuu oksidikalvoja. Jos tämä kalvo on vahva, tiheä, hyvin kiinnittynyt metalliin, se suojaa metallia myöhemmältä tuhoutumiselta. Raudassa se on löysää, huokoista, erottuu helposti pinnasta eikä siksi pysty suojaamaan metallia myöhemmältä tuhoutumiselta.

II. Sähkökemiallista korroosiota tapahtuu johtavassa väliaineessa (elektrolyytissä), jolloin järjestelmän sisällä näkyy sähkövirta. Yleensä metallit ja seokset ovat heterogeenisiä ja sisältävät erilaisia epäpuhtauksia. Kun ne joutuvat kosketuksiin elektrolyyttien kanssa, jotkin pinnan osat alkavat toimia anodina (luovuttaa elektroneja), kun taas toiset toimivat katodina (vastaavat elektroneja).

Yhdessä tapauksessa havaitaan kaasun kehittymistä (Hg). Toisessa - ruosteen muodostuminen.

Joten sähkökemiallinen korroosio on reaktio, joka tapahtuu väliaineissa, jotka johtavat virtaa (toisin kuin kemiallinen korroosio). Prosessi tapahtuu, kun kaksi metallia joutuvat kosketuksiin metallin pinnalla tai metallin pinnalla, joka sisältää sulkeumia, jotka ovat vähemmän aktiivisia johtimia (se voi olla myös ei-metalli).

Anodilla (aktiivisempi metalli) metalliatomit hapetetaan muodostaen kationeja (liukeneminen).

Katodilla (vähemmän aktiivinen johdin) vetyionit tai happimolekyylit pelkistyvät muodostaen vastaavasti H2- tai OH-hydroksidi-ioneja.

Vetykationit ja liuennut happi ovat tärkeimmät sähkökemiallista korroosiota aiheuttavat hapettavat aineet.

Korroosionopeus on sitä suurempi, mitä enemmän metallit (metalli ja epäpuhtaudet) eroavat toisistaan aktiivisuudeltaan (metallien osalta, mitä kauempana toisistaan ne sijaitsevat jännitesarjassa). Korroosio lisääntyy merkittävästi lämpötilan noustessa.

Elektrolyytti voi olla merivettä, jokivettä, kondensoitunutta kosteutta ja tietysti hyvin tunnettuja elektrolyyttejä - suolojen, happojen, alkalien liuoksia.

Ilmeisesti muistat, että talvella jalkakäytäviltä lumen ja jään poistamiseen käytetään teknistä suolaa (natriumkloridia, joskus kalsiumkloridia tms.) Tuloksena olevat liuokset valuvat viemäriputkiin luoden näin suotuisan ympäristön maanalaisten laitosten sähkökemialliseen korroosioon.

Korroosiosuojausmenetelmät
Jo metallirakenteiden suunnittelussa niiden valmistuksessa säädetään toimenpiteistä korroosiolta suojaamiseksi.

1. Hio tuotteen pinnat niin, ettei niihin pääse kosteutta.

2. Erikoislisäaineita sisältävien seostettujen metalliseosten käyttö: kromi, nikkeli, jotka muodostavat korkeissa lämpötiloissa vakaan oksidikerroksen metallipinnalle. Seosteräkset ovat tunnettuja - ruostumattomia teräksiä, joista valmistetaan taloustavaroita (vaipalliset haarukat, lusikat), koneenosat ja työkalut.

3. Suojapinnoitteiden levitys. Harkitse niiden tyyppejä.

Ei-metalliset - hapettamattomat öljyt, erikoislakat, maalit. Totta, ne ovat lyhytikäisiä, mutta ne ovat halpoja.

Kemialliset - keinotekoisesti luodut pintakalvot: oksidi, sitruuna, silisidi, polymeeri jne. Esimerkiksi kaikki pienaseet Monien tarkkuusinstrumenttien yksityiskohdat kiillotetaan - tämä on prosessi, jolla saadaan ohuin rautaoksidikalvo teräksen pinnalle tuote. Syntynyt keinotekoinen oksidikalvo on erittäin kestävä ja antaa tuotteelle kauniin mustan värin ja sinisen sävyn. Polymeeripinnoitteet valmistetaan polyeteenistä, polyvinyylikloridista ja polyamidihartseista. Niitä levitetään kahdella tavalla: kuumennettu tuote asetetaan polymeerijauheeseen, joka sulaa ja hitsautuu metalliin, tai metallipinta käsitellään polymeeriliuoksella matalalämpötilaisessa liuottimessa, joka haihtuu nopeasti, ja polymeerikalvo. jää tuotteeseen.

Metalliset pinnoitteet ovat muiden metallien kanssa tehtyjä pinnoitteita, joiden pinnalle muodostuu stabiileja suojakalvoja hapettavien aineiden vaikutuksesta.

Kromin levitys pintaan - kromaus, nikkeli - nikkelipinnoitus, sinkki - sinkkipinnoitus, tinaus - tinaus jne. Pinnoite voi toimia myös kemiallisesti passiivisena metallina - kulta, hopea, kupari.

4. Sähkökemialliset suojausmenetelmät.

Suojaava (anodinen) - suojattuun metallirakenteeseen on kiinnitetty pala aktiivisempaa metallia (suoja), joka toimii anodina ja tuhoutuu elektrolyytin läsnä ollessa. Magnesiumia, alumiinia, sinkkiä käytetään suojana suojattaessa laivojen runkoja, putkia, kaapeleita ja muita tyylikkäitä tuotteita;

Katodi - metallirakenne on kytketty ulkoisen virtalähteen katodiin, mikä eliminoi sen anodin tuhoutumisen mahdollisuuden

5. Elektrolyytin tai ympäristön, jossa suojattu metallirakenne sijaitsee, erikoiskäsittely.

Tiedetään, että Damaskoksen käsityöläiset kalkinpoistoon ja
ruosteessa käytettiin rikkihappoliuoksia, joihin on lisätty panimohiivaa, jauhoja, tärkkelystä. Nämä toivat ja olivat ensimmäisten estäjien joukossa. He eivät antaneet hapon vaikuttaa asemetalliin, minkä seurauksena vain hilsettä ja ruostetta liukenivat. Ural-asesepät käyttivät tähän tarkoitukseen peittauskeittoja - rikkihappoliuoksia, joihin oli lisätty jauholeseitä.

Esimerkkejä nykyaikaisten inhibiittoreiden käytöstä: kuljetuksen ja varastoinnin aikana kloorivetyhappo "kesyttää" täydellisesti butyyliamiinijohdannaisilla. ja rikkihappo - typpihappo; haihtuvaa dietyyliamiinia ruiskutetaan erilaisiin astioihin. Huomaa, että inhibiittorit vaikuttavat vain metalliin, mikä tekee siitä passiivisen väliaineen, esimerkiksi happoliuoksen, suhteen. Tieteen tiedossa on yli 5 tuhatta korroosionestoainetta.

Veteen liuenneen hapen poisto (ilmanpoisto). Tätä prosessia käytetään kattilalaitoksiin tulevan veden valmistukseen.

Menetelmät metallien saamiseksi
Metallien merkittävä kemiallinen aktiivisuus (vuorovaikutus ilmakehän hapen, muiden epämetallien, veden, suolaliuosten, happojen kanssa) johtaa siihen, että niitä esiintyy maankuoressa pääasiassa yhdisteiden muodossa: oksideja, sulfideja, sulfaatteja, klorideja, karbonaatit jne.
Vapaassa muodossa vedyn oikealla puolella olevassa jännitesarjassa on metalleja, vaikka paljon useammin kuparia ja elohopeaa löytyy luonnosta yhdisteiden muodossa.

Metalleja ja niiden yhdisteitä sisältäviä mineraaleja ja kiviä, joista puhtaiden metallien erottaminen on teknisesti mahdollista ja taloudellisesti mahdollista, kutsutaan malmeiksi.

Metallien saaminen malmeista on metallurgian tehtävä.
Metallurgia on myös tiedettä teollisista menetelmistä metallien saamiseksi malmeista. ja teollisuussektorilla.
Mikä tahansa metallurginen prosessi on metalli-ionien pelkistysprosessi erilaisten pelkistysaineiden avulla.

Tämän prosessin toteuttamiseksi on otettava huomioon metallin aktiivisuus, valittava pelkistävä aine, otettava huomioon tekninen toteutettavuus, taloudelliset ja ympäristötekijät. Tämän mukaisesti metallien saamiseksi on olemassa seuraavat menetelmät: pyrometallurginen. hydrometallurginen, sähkömetallurginen.

Pyrometallurgia- metallien talteenotto malmeista korkeissa lämpötiloissa käyttämällä hiiltä, hiilimonoksidia (II). vety, metallit - alumiini, magnesium.

Esimerkiksi tina pelkistetään kasiteriitista ja kupari kupriitista kalsinoimalla hiilellä (koksi). Sulfidimalmit paahdetaan alustavasti ilmalla, minkä jälkeen muodostuva oksidi pelkistetään hiilellä. Metalleja eristetään myös karbonaattimalmeista pumppaamalla hiilen kanssa, koska karbonaatit hajoavat kuumennettaessa oksideiksi, jotka pelkistyvät hiilen vaikutuksesta.
Hydrometallurgia on metallien pelkistymistä niihin niiden suolojen vaikutuksesta liuoksessa. Prosessi tapahtuu kahdessa vaiheessa: 1) luonnollinen yhdiste liuotetaan sopivaan reagenssiin tämän metallin suolan liuoksen saamiseksi; 2) tuloksena olevasta liuoksesta tämä metalli syrjäytetään aktiivisemmalla tai palautetaan elektrolyysillä. Esimerkiksi kuparin saamiseksi malmeista, jotka sisältävät kuparioksidia, CuO, sitä käsitellään laimealla rikkihapolla.

Kupari uutetaan suolaliuoksesta joko elektrolyysillä tai syrjäytetään sulfaatista raudalla. Tällä tavalla saadaan hopeaa, sinkkiä, molybdeeniä, kultaa, uraania.

Elektrometallurgia— metallien talteenotto niiden yhdisteiden liuosten tai sulatteiden elektrolyysiprosessissa.

Elektrolyysi
Jos elektrodit lasketaan elektrolyyttiliuokseen tai sulaan ja läpi johdetaan vakio sähkövirta, ionit liikkuvat suuntaan: kationit - katodille (negatiivisesti varautunut elektrodi), anionit - anodille (positiivisesti varautunut elektrodi) .

Katodilla kationit hyväksyvät elektroneja ja pelkistyvät anodilla, anionit luovuttavat elektroneja ja hapettuvat. Tätä prosessia kutsutaan elektrolyysiksi.
Elektrolyysi on redox-prosessi, joka tapahtuu elektrodeissa, kun sähkövirta kulkee elektrolyyttiliuoksen tai -liuoksen läpi.

Yksinkertaisin esimerkki tällaisista prosesseista on sulien suolojen elektrolyysi. Harkitse natriumkloridisulan elektrolyysiprosessia. Lämpödissosiaatioprosessi tapahtuu sulassa. Sähkövirran vaikutuksesta kationit liikkuvat kohti katodia ja vastaanottavat siitä elektroneja.
Katodilla muodostuu natriummetallia ja anodilla kloorikaasua.

Tärkeintä on muistaa, että elektrolyysiprosessissa tapahtuu sähköenergian vuoksi kemiallinen reaktio, joka ei voi jatkua spontaanisti.

Tilanne on monimutkaisempi elektrolyyttiliuosten elektrolyysin tapauksessa.

Suolaliuoksessa on metalli-ionien ja happaman jäännöksen lisäksi vesimolekyylejä. Siksi, kun harkitaan elektrodien prosesseja, on tarpeen ottaa huomioon niiden osallistuminen elektrolyysiin.

Seuraavat säännöt ovat olemassa elektrolyyttien vesiliuosten elektrolyysituotteiden määrittämiseksi.

1. Katodin prosessi ei riipu katodin materiaalista, jolle se on valmistettu, vaan metallin (elektrolyyttikationin) sijainnista sähkökemiallisessa jännitesarjassa, ja jos:
1.1. Elektrolyyttikationi sijaitsee jännitesarjassa sarjan alussa (Al inclusiven kanssa), sitten katodilla tapahtuu veden pelkistysprosessi (vetyä vapautuu). Metallikationit eivät pelkisty, ne jäävät liuokseen.
1.2. Elektrolyyttikationi on sarjassa alumiinin ja vedyn välistä jännitettä, jolloin katodilla pelkistetään sekä metallien nooneja että vesimolekyylit.

1.3. Elektrolyyttikationi on sarjassa jännitettä vedyn jälkeen, sitten metallikationit pelkistyvät katodissa.
1.4 Liuos sisältää eri metallien kationeja, jonka jälkeen ladattu metallikationi palautetaan, seisoen sarjassa jännitteitä
Nämä säännöt näkyvät kuvassa 10.

2. Anodin prosessi riippuu anodin materiaalista ja anodin luonteesta (kaavio 11).
2.1. Jos anodi on liuennut (rauta, sinkki, kupari, hopea ja kaikki metallit, jotka hapettavat elektrolyysin aikana), anodimetalli hapettuu riippumatta anionin luonteesta. 2. Jos anodi ei liukene (se kutsutaan inertiksi - grafiitti, kulta, platina), niin:
a) hapettomien happojen suolojen (promefluoridien) liuosten elektrolyysin aikana anioni hapetetaan anodilla;
b) happea sisältävän hapon ja fluoridien suolojen liuosten elektrolyysin aikana anodilla tapahtuu veden hapetusprosessi. Anionit eivät hapetu, ne pysyvät liuoksessa;

Aineiden sulatteiden ja liuosten elektrolyysiä käytetään laajalti teollisuudessa:
1. Metallien saamiseksi (alumiinia, magnesiumia, natriumia, kadmiumia saadaan vain elektrolyysillä).
2. Vedyn, halogeenien, alkalien saamiseksi.
3. Metallien puhdistamiseen - jalostus (kuparin, nikkelin, lyijyn puhdistus suoritetaan sähkökemiallisella menetelmällä).
4. Metallien suojaaminen korroosiolta - suojapinnoitteiden levittäminen ohuen kerroksen muodossa toista korroosiota kestävää metallia (kromi, nikkeli, kupari, hopea, kulta) - galvanointi.

5. Metallikopioiden, levyjen hankkiminen - galvanointi.
1. Miten metallien rakenne liittyy niiden sijaintiin D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollisen järjestelmän pää- ja toissijaisissa alaryhmissä?
2. Miksi alkali- ja maa-alkalimetallilla on yksi hapetusaste yhdisteissä: (+1) ja (+2), vastaavasti, kun taas toissijaisten alaryhmien metalleilla on yleensä erilaiset hapetusasteet yhdisteissä? 8. Mitä hapetustiloja mangaanilla voi olla? Mitkä oksidit ja hydroksidit vastaavat mangaania näissä hapetustiloissa? Mikä on heidän luonteensa?
4. Vertaa ryhmän VII alkuaineiden atomien elektronirakennetta: mangaani ja kloori. Selitä niiden kemiallisten ominaisuuksien ero ja atomien eri hapettumisasteet molemmissa alkuaineissa.
5. Miksi metallien sijainti sähkökemiallisessa jännitesarjassa ei aina vastaa niiden asemaa D. I. Mendelejevin jaksollisessa järjestelmässä?
9. Tee yhtälöt natriumin ja magnesiumin reaktioista etikkahapon kanssa. Missä tapauksessa ja miksi reaktionopeus on nopeampi?
11. Mitä menetelmiä metallien saamiseksi tiedät? Mikä on kaikkien menetelmien ydin?
14. Mitä korroosio on? Millaisia korroosiotyyppejä tiedät? Kumpi on fysikaalinen ja kemiallinen prosessi?
15. Voidaanko seuraavia prosesseja pitää korroosiona: a) raudan hapettuminen sähköhitsauksen aikana, b) sinkin vuorovaikutus suolahapon kanssa syövytetyn hapon saamiseksi juotettaviksi? Anna perusteltu vastaus.
17. Mangaanituote on vedessä eikä joudu kosketuksiin kuparituotteen kanssa. Pysyvätkö molemmat ennallaan?
18. Suojautuuko rautarakenne sähkökemialliselta korroosiolta vedessä, jos siihen vahvistetaan toista metallia oleva levy: a) magnesium, b) lyijy, c) nikkeli?

19. Mihin tarkoitukseen öljytuotteiden (bensiini, kerosiini) varastointisäiliöiden pinta on maalattu hopealla - alumiinijauheen ja jonkin kasviöljyn seoksella?

Yleistä tietoa metalleista

Tiedät, että suurin osa kemiallisista alkuaineista on luokiteltu metalleiksi - 92 tunnetusta 114 alkuaineesta.

Metallit ovat kemiallisia alkuaineita, joiden atomit luovuttavat elektroneja ulommasta (ja osa ulommasta) elektronikerroksesta muuttuen positiivisiksi ioneiksi.

Tämä metalliatomien ominaisuus, kuten tiedätte, määräytyy sen perusteella, että niillä on suhteellisen suuret säteet ja pieni määrä elektroneja (pääasiassa 1 - 3) ulkokerroksessa.

Ainoat poikkeukset ovat 6 metallia: germanium-, tina-, lyijy-atomeissa ulkokerroksessa on 4 elektronia, antimoniatomeja, vismutti-5, poloniumatomeja - 6.

Metalliatomeille on ominaista alhaiset elektronegatiivisuusarvot (0,7 - 1,9) ja yksinomaan pelkistävät ominaisuudet, eli kyky luovuttaa elektroneja.

Tiedät jo, että D. I. Mendelejevin kemiallisten elementtien jaksollisessa taulukossa metallit ovat boori-astatiini-diagonaalin alapuolella, minä olen myös sen yläpuolella toissijaisissa alaryhmissä. Periodeissa ja savialaryhmissä on sinulle tiedossa olevia säännönmukaisuuksia metallin muuttamisessa ja siten alkuaineiden atomien pelkistävissä ominaisuuksissa.

Boori-astatiini-diagonaalin lähellä sijaitsevilla kemiallisilla alkuaineilla on kaksinkertainen ominaisuus: joissakin yhdisteissään ne käyttäytyvät kuten metallit, toisissa ne osoittavat ei-metallin ominaisuuksia.

Tämä voidaan selittää sillä, että valenssielektronien sidoksen vahvuuteen näiden metallien atomien ytimeen vaikuttaa enemmän ytimen varauksen arvo, ei atomin säde. Ytimen varauksen arvo kasvaa merkittävästi, elektronien vetovoima ytimeen kasvaa. Tässä tapauksessa, vaikka atomin säde kasvaa, se ei ole yhtä merkittävä kuin pääalaryhmien metallien säde.

Kemiallisten alkuaineiden - metallien - muodostamilla yksinkertaisilla aineilla ja monimutkaisilla metallia sisältävillä aineilla on tärkeä rooli maapallon mineraali- ja orgaanisessa "elämässä". Riittää, kun muistutetaan, että metallialkuaineiden atomit (ei mitään) ovat olennainen osa yhdisteitä, jotka määräävät aineenvaihdunnan ihmisten, eläinten ja kasvien kehossa. Esimerkiksi ihmisen verestä löydettiin 76 alkuainetta, ja vain 14 niistä ei ole metalleja. Ihmiskehossa joitain metallielementtejä (kalsiumia, kaliumia, natriumia, magnesiumia) on suuria määriä, eli ne ovat makroravinteita. Ja metalleja, kuten kromi, mangaani, rauta, koboltti, kupari, sinkki, molybdeeni, on läsnä pieniä määriä, eli nämä ovat hivenaineita. Jos ihminen painaa 70 kg, niin hänen kehonsa sisältää (grammoina): kalsiumia - 1700, kaliumia - 250, natriumia - 70, magnesiumia - 42, rautaa - 5. sinkki - 3. Kaikki metallit ovat erittäin tärkeitä, terveysongelmia syntyy ja niiden puutteessa ja ylimäärässä.

Yksinkertaiset aineet - metallit

Metallien (yksinkertaisten aineiden) ja metalliseosten tuotannon kehittymiseen liittyi sivilisaation ilmaantuminen ("pronssikausi", rautakausi).

Noin 100 vuotta sitten alkanut tieteellinen ja teknologinen vallankumous, joka kosketti sekä teollisuutta että yhteiskuntaa, liittyy läheisesti myös metallien tuotantoon. Volframin, molybdeenin, titaanin ja muiden metallien pohjalta alettiin luoda korroosionkestäviä, superkovia, tulenkestäviä seoksia, joiden käyttö laajensi huomattavasti koneenrakennuksen mahdollisuuksia. Ydin- ja avaruusteknologiassa volframia ja reniumseoksia käytetään jopa 3000 ºС lämpötiloissa toimivien osien valmistukseen. lääketieteessä käytetään kirurgisia instrumentteja, jotka on valmistettu tantaali- ja platinaseoksista, ainutlaatuista titaani- ja zirkoniumoksidipohjaista keramiikkaa.

Eikä tietenkään pidä unohtaa, että useimmissa seoksissa käytetään pitkään tunnettua rautametallia (kuva 37), ja monien kevytmetalliseosten perustana ovat suhteellisen "nuoret" metallit: alumiini ja magnesium.

Supernovat ovat komposiittimateriaaleja, jotka edustavat esimerkiksi polymeeriä tai keramiikkaa, joiden sisällä (kuten rautatangoilla varustettu betoni) on vahvistettu metallikuiduilla, jotka voidaan valmistaa volframista, molybdeenistä, teräksestä ja muista metalleista ja seoksista - kaikki riippuu materiaaliominaisuuksien saavuttamiseksi tarvittava tavoite.

Sinulla on jo käsitys metallikiteiden kemiallisen sidoksen luonteesta. Muista yhden niistä - natriumin - esimerkkiä käyttäen, kuinka se muodostuu.
Kuva 38 esittää kaavion natriummetallin kidehilasta. Siinä jokaista natriumatomia ympäröi kahdeksan naapuriatomia. Natriumatomeilla, kuten kaikilla metalleilla, on monia vapaita valenssikiertoradoja ja vähän valenssielektroneja.

Natriumatomin Zs 1 ainoa valenssielektroni voi miehittää minkä tahansa yhdeksästä vapaasta orbitaalista, koska ne eivät eroa paljon energiatasoltaan. Kun atomit lähestyvät toisiaan, kun muodostuu kidehila, viereisten atomien valenssiorbitaalit menevät päällekkäin, minkä vuoksi elektronit eivät liiku vapaasti kiertoradalta toiselle muodostaen yhteyden metallikiteen kaikkien atomien välille.

Aineille, joilla on metallisidos, on tunnusomaista metalliset kidehilat, jotka on yleensä kuvattu kaavamaisesti tikkuna, kuten kuvassa näkyy, solmut ovat kationeja ja metalliatomeja. Jaetut elektronit vetävät sähköstaattisesti puoleensa metallikationeja, jotka sijaitsevat niiden kidehilan läheisyydessä ja varmistavat sen vakauden ja lujuuden (jaetut elektronit on kuvattu mustina pieninä palloina).

Metallisidos on metallien ja metalliseosten välinen sidos kidehilassa olevien metalliatomi-ionien välillä, jonka toteuttavat sosiaalistuneet valenssielektronit.

Tinassa on kaksi kiteistä muunnelmaa:
alfa - stabiili alle 13,2 ºС tiheydellä р - 5,74 g/cm3. Tämä on harmaata tinaa. Siinä on almaav (atomi)kidehila:
betta - vakaa yli 13,2 ºС tiheydellä p - 6,55 g/cm3. Tämä on valkoista tinaa.

Valkoinen tina on erittäin pehmeä metalli. Jäähdytettynä alle 13,2 ºС, se murenee harmaaksi jauheeksi, koska siirtymävaiheessa | 1 » n sen ominaistilavuus kasvaa merkittävästi. Tätä ilmiötä kutsutaan tinaruttoksi. Tietenkin metallien kemiallisen sidoksen erikoistyypin ja kidehilan tyypin tulisi määrittää ja selittää niiden fysikaaliset ominaisuudet.

Yritetään selittää syitä, jotka määräävät metallien fysikaaliset perusominaisuudet. Miksi metallit ovat muovia?

Samanlainen vaikutus kiinteään aineeseen, jossa on ketjusidoksia (atomikidehila), johtaa kovalenttisten sidosten katkeamiseen. Sidosten katkeaminen ionihilassa johtaa samalla tavalla varautuneiden ionien keskinäiseen hylkimiseen (kuva 40). Siksi aineet, joissa on atomi- ja ionikidehilat, ovat hauraita.

Muokattavimmat metallit ovat Au, Af, Cu, Sn, Pb, Zn. Ne vedetään helposti langaksi, soveltuvat takomiseen, puristamiseen, rullaamiseen levyiksi.Kullasta voidaan valmistaa esimerkiksi 0,008 nm:n paksuinen kultakalvo ja 0,5 g:sta tätä metallia voidaan vetää 1 km pitkä lanka.

Miksi metalleille on ominaista kiilto ja ne ovat myös läpinäkymättömiä?

Atomien välisen tilan täyttävät elektronit heijastavat valonsäteitä (eivätkä läpäise, kuten lasi), ja useimmat metallit hajottavat yhtä paljon spektrin näkyvän osan säteet. Siksi niillä on hopeanvalkoinen tai harmaa väri. Strontium, kulta ja kupari absorboivat lyhyitä aallonpituuksia (lähellä violettia) enemmän ja heijastavat valospektrin pitkiä aallonpituuksia, joten niillä on vastaavasti vaaleankeltainen, keltainen ja kupariväri.

Hopealla, alumiinilla ja palladiumilla on paras heijastavuus. Niitä käytetään peilien valmistukseen, mukaan lukien kohdevalot.

Miksi metalleilla on korkea sähkönjohtavuus ja lämmönjohtavuus?

Kaoottisesti liikkuvat elektronit metallissa käytetyn sähköjännitteen vaikutuksesta saavat suunnatun liikkeen, eli ne johtavat sähkövirtaa. Metakirvojen lämpötilan noustessa kidehilan solmukohdissa olevien atomien ja ionien värähtelyamplitudit kasvavat. Tämä vaikeuttaa elektronien liikkumista ja metallin sähkönjohtavuus heikkenee. Alhaisissa lämpötiloissa värähtelevä liike päinvastoin vähenee suuresti ja metallien sähkönjohtavuus kasvaa jyrkästi. Lähellä absoluuttista nollaa metalleissa ei käytännössä ole vastusta, ja suprajohtavuus esiintyy useimmissa metalleissa.

Hopealla, kuparilla, samoin kuin kullalla, alumiinilla on korkein sähkönjohtavuus, mangaanilla, lyijyllä ja elohopealla alhaisin.

Useimmiten metallien lämmönjohtavuus muuttuu samalla säännöllisyydellä kuin sähkönjohtavuus.

Metallien mekaaninen lujuus, tiheys ja sulamispiste ovat hyvin erilaisia. Lisäksi oekgronien määrän lisääntyessä. sitovat ioniatomeja ja pienentämällä kiteiden atomien välistä etäisyyttä näiden ominaisuuksien indikaattorit lisääntyvät.

Joten alkalimetallit, joiden atomeissa on yksi valenssielektroni, ovat pehmeitä (leikattu veitsellä), matalatiheyksisiä (litium on kevyin metalli, jonka p - 0,53 g / cm3) ja sulavat matalissa lämpötiloissa (esimerkiksi sulamispiste cesiumin piste on 29 "C) Ainoalla tavallisissa olosuhteissa nestemäisen metallin - elohopean - sulamispiste on 38,9 "C.

Kalsium, jolla on kaksi elektronia atomien ulkoenergiatasolla, on paljon kovempaa ja sulaa korkeammassa lämpötilassa (842ºC).

Vielä kaarevampi on skandiumatomien muodostama kidehila, joissa on kolme valenssielektronia.

Mutta vahvimmat kidehilat, korkeat tiheydet ja sulamispisteet havaitaan toissijaisten alaryhmien V, VI, VII, MP-ryhmien metalleissa. Tämän selittää. että sivualaryhmien metalleille, joissa on tallentamattomia valenssielektroneja d-alatasolla, on ominaista metallisen lisäksi erittäin voimakkaiden kovalenttisten sidosten muodostuminen atomien välille, jonka ulomman kerroksen elektronit suorittavat s-orbitaaleista.

Metallit eroavat toisistaan magneettikenttien suhteen. Mutta tämä merkki ne on jaettu kolmeen ryhmään:

Ferromagneettinen Voidaan magnetisoida jopa heikkojen magneettikenttien vaikutuksesta (rauta - alfa-muoto, koboltti, nikkeli, gadolinium);

Paramagneettisilla on heikko magnetisoitumiskyky (alumiini, kromi, titaani, melkein kaikki lantanidit);

Diamagneettiset eivät vedä magneettia, edes hieman hylkivät sitä (tina, säikeinen, vismutti).

Muista, että tarkasteltaessa metallien elektronirakennetta jaoimme metallit pääalaryhmien metalleihin (k- ja p-elementit) ja toissijaisten alaryhmien metalleihin.

Tekniikassa on tapana luokitella metallit erilaisten fysikaalisten ominaisuuksien mukaan:

a) tiheys - valo (s< 5 г/см3) и тяжелые (все остальные);
b) sulamispiste - sulava ja tulenkestävä.

Metallien luokitukset kemiallisten ominaisuuksien mukaan

Metalleja, joilla on alhainen kemiallinen aktiivisuus, kutsutaan jaloiksi (hopea, kulta, platina ja sen analogit - osmium, iridium, rutenium, palladium, rodium).
Kemiallisten ominaisuuksien läheisyyden mukaan alkalit (pääalaryhmän I ryhmän metallit), maa-alkalimetallit (kalsium, strontium, barium, radium) sekä harvinaiset maametallit (skandium, yttrium, lantaani ja lantanidit, aktinium ja aktinidit) erotetaan.

Metallien yleiset kemialliset ominaisuudet

Metalliatomit luovuttavat valenssielektroneja suhteellisen helposti ja siirtyvät positiivisesti varautuneiksi non-osiksi, eli ne hapettuvat. Tämä, kuten tiedätte, on sekä atomien että yksinkertaisten metalliaineiden tärkein yhteinen ominaisuus.

Metallin pelkistävä aktiivisuus vesiliuoksissa tapahtuvissa kemiallisissa reaktioissa heijastaa sen asemaa metallin jännitteiden sähkökemiallisessa sarjassa.

1. Mitä kauempana vasemmalla metalli on tässä rivissä, sitä vahvempi pelkistysaine se on.
2. Jokainen metalli pystyy syrjäyttämään (palauttamaan) ja on suolainen liuoksessa ne metallit, jotka ovat sen jälkeen (oikealla) jännitesarjassa.
3. Metallit, jotka ovat jännitesarjassa vedyn vasemmalla puolella, pystyvät syrjäyttämään sen liuoksessa olevista hapoista.
4. Metallit, jotka ovat vahvimpia pelkistäviä aineita (alkali ja maa-alkali), ovat kaikissa vesiliuoksissa vuorovaikutuksessa ensisijaisesti veden kanssa.

Esimerkiksi litium on aktiivisempi vesiliuoksissa kuin natrium (vaikka Na on aktiivisempi metalli asemansa perusteella jaksollisessa taulukossa). Tosiasia on, että Li+-ionien hydraatioenergia on paljon suurempi kuin Na+-ionien hydraatioenergia. siksi ensimmäinen prosessi on energeettisesti edullisempi.
Otettuaan huomioon yleiset säännökset, jotka kuvaavat metallien pelkistäviä ominaisuuksia, siirrymme erityisiin kemiallisiin reaktioihin.

Vuorovaikutus yksinkertaisten ei-metallisten aineiden kanssa

1. Hapen kanssa useimmat metallit muodostavat oksideja - emäksisiä ja amfoterpia. Happamia siirtymämetallioksideja, kuten kromioksidia tai mangaanioksidia, ei muodostu metallin suoralla hapetuksella hapella. Niitä saadaan epäsuorasti.

Alkalimetallit Na, K reagoivat aktiivisesti ilmakehän hapen kanssa muodostaen peroksideja.

Natriumoksidia saadaan epäsuorasti kalsinoimalla peroksideja vastaavien metallien kanssa:

Litium ja maa-alkalimetallit reagoivat ilmakehän hapen kanssa muodostaen emäksisiä oksideja.

Muut metallit, paitsi kulta ja platinametallit, joita ilmakehän happi ei hapeta lainkaan, vuorovaikuttavat sen kanssa vähemmän aktiivisesti tai kuumennettaessa.

2. Halogeenien kanssa metallit muodostavat halogeenivetyhappojen suoloja.

3. Vedyn kanssa aktiivisimmat metallit muodostavat hydridejä - ionisia suoloja, yksi yleinen aine, jossa vedyn hapetusaste on -1, esimerkiksi:
kalsiumhydridi.

Monet siirtymämetallit muodostavat vedyn kanssa erityistyyppisiä hydridejä - atomien ja ionien väliseen metallien kidehilaan tapahtuu jonkinlainen vety liukeneminen tai sisääntulo, kun taas metalli säilyttää ulkomuoto, mutta äänenvoimakkuus kasvaa. Absorboitunut vety on metallissa, ilmeisesti atomimuodossa. On myös välimetallihydridejä.

4. Metallit muodostavat suoloja rikin - sulfidien kanssa.

Vuorovaikutus monimutkaisten aineiden kanssa

1. Veden kanssa. Alkali- ja maa-alkalimetallit syrjäyttävät normaaliolosuhteissa vedyn vedestä ja muodostavat liukoisia alkaliemäksiä.

Magnesium on vuorovaikutuksessa veden kanssa vain kiehuessaan, ja myös vetyä vapautuu. Jos palavaa magnesiumia lisätään veteen, palaminen jatkuu reaktion edetessä: vety palaa. Rauta on vuorovaikutuksessa veden kanssa vain kuumennettaessa.

2. Metallit, jotka ovat jännitteiden sarjassa veteen asti, ovat vuorovaikutuksessa liuoksessa olevien happojen kanssa. Tämä tuottaa suolaa ja vetyä. Mutta lyijy (ja jotkut muut metallit), huolimatta sen sijainnista jännitesarjassa (vedyn vasemmalla puolella), ei melkein liukene laimeaan rikkihappoon, koska tuloksena oleva lyijysulfaatti PbSO on liukenematon ja muodostaa suojakalvon metallin pinnalle .

3. Vähemmän aktiivisten metallien suolat liuoksessa. Tällaisen reaktion seurauksena muodostuu aktiivisemman metallin suola ja vähemmän aktiivinen metalli vapautuu vapaassa muodossa.

On muistettava, että reaktio etenee tapauksissa, joissa tuloksena oleva suola on liukoinen. Metallien syrjäyttämistä niiden yhdisteistä muiden metallien toimesta tutki ensin N. N. Beketov, tunnettu venäläinen fysikaalinen kemisti. Hän järjesti metallit niiden kemiallisen aktiivisuuden mukaan "ekspressiosarjaan", josta tuli metallijännityssarjan prototyyppi.

Metallit osallistuvat reaktioihin halogeenialkaanien kanssa, joita käytetään alempien sykloalkaanien saamiseksi ja synteeseihin, joiden aikana molekyylin hiilirunko monimutkaistuu (A. Wurtzin reaktio):

5. Metallit, joiden hydroksidit ovat amfoteerisia, vuorovaikuttavat liuoksessa olevien alkalien kanssa.

6. Metallit voivat muodostaa keskenään kemiallisia yhdisteitä, joita kutsutaan yhteisesti metallienvälisiksi yhdisteiksi. Ne eivät useimmiten näytä atomien hapetustiloja, jotka ovat ominaisia metallien ja ei-metallien yhdisteille.

Metallioksidit ja -hydroksidit

Tyypillisten metallien muodostamat oksidit luokitellaan suolaa muodostaviksi, ominaisuuksiltaan emäksisiksi. Kuten tiedät, ne vastaavat hydroksideja. jotka ovat emäksiä, jotka alkali- ja maa-alkalimetallien tapauksessa liukenevat veteen, ovat vahvoja elektrolyyttejä ja niitä kutsutaan alkaleiksi.

Joidenkin metallien oksidit ja hydroksidit ovat amfoteerisia, eli niillä voi olla sekä emäksisiä että happamia ominaisuuksia riippuen aineista, joiden kanssa ne ovat vuorovaikutuksessa.

Esimerkiksi:

Monet toissijaisten alaryhmien metallit, joilla on vaihteleva hapetusaste yhdisteissä, voivat muodostaa useita oksideja ja hydroksideja, joiden luonne riippuu metallin hapetusasteesta.

Esimerkiksi kromilla on yhdisteissä kolme hapetustilaa: +2, +3, +6, joten se muodostaa kolme sarjaa oksideja ja hydroksideja, ja hapetusasteen kasvaessa happamuus kasvaa ja emäksinen luonne heikkenee.

Metallien korroosio

Kun metallit ovat vuorovaikutuksessa ympäristön aineiden kanssa, niiden pinnoille ilmaantuu yhdisteitä, joilla on täysin erilaiset ominaisuudet kuin metallilla itsellään. Normaalisti käytämme usein sanoja "ruoste", "ruoste" nähdessämme ruskeanpunaisen pinnoitteen raudasta ja sen seoksista valmistetuissa tuotteissa. Ruostuminen on yleinen korroosion muoto.

Korroosio on prosessi, jossa metallit tuhoutuvat itse ja sulautuvat nykyiseen ympäristöön (lat. - korroosio).

Kuitenkin lähes kaikki metallit tuhoutuvat, minkä seurauksena monet niiden ominaisuuksista heikkenevät (tai menetetään kokonaan): lujuus, sitkeys, kiilto heikkenee, sähkönjohtavuus vähenee, kitka myös koneen liikkuvien osien välillä kasvaa, osien mitat vaihtaa jne.

Metallien korroosio voi olla jatkuvaa ja paikallista.

Nerven ei ole yhtä vaarallinen kuin toinen, sen ilmenemismuodot voidaan ottaa huomioon rakenteita ja laitteita suunniteltaessa. Paikallinen korroosio on paljon vaarallisempaa, vaikka metallihäviöt voivat olla pieniä. Yksi sen vaarallisimmista tyypeistä on piste. Ne koostuvat läpikulkuvaurioiden eli pisteonteloiden muodostumisesta - pistesyöpymisestä, kun taas yksittäisten osien lujuus laskee, rakenteiden, laitteiden ja rakenteiden luotettavuus heikkenee.

Metallien korroosio aiheuttaa suuria taloudellisia haittoja. Ihmiskunta kärsii valtavia aineellisia menetyksiä putkilinjojen, koneenosien, laivojen, siltojen ja erilaisten laitteiden tuhoutumisen jälkeen.

Korroosio johtaa metallirakenteiden luotettavuuden heikkenemiseen.Mahdolliset tuhot huomioon ottaen joidenkin tuotteiden (esim. lentokoneiden osien, turbiinien siivet) lujuus on yliarvioitava, mikä tarkoittaa metallin kulutuksen lisääntymistä, mikä vaatii lisätaloudellista kustannuksia.

Korroosio johtaa tuotantokatkoihin epäonnistuneiden laitteiden vaihdon vuoksi sekä raaka-aineiden ja tuotteiden menetykseen halo-, öljy- ja vesiputkien tuhoutumisen seurauksena. On mahdotonta olla ottamatta huomioon öljytuotteiden ja muiden kemikaalien vuotojen aiheuttamia vahinkoja luonnolle ja siten ihmisten terveydelle. Korroosio voi johtaa tuotteiden saastumiseen) ja sen seurauksena niiden laadun heikkenemiseen. Korroosioon liittyvien tappioiden korvaamisesta aiheutuvat kustannukset ovat valtavat. Niiden osuus metallien vuotuisesta tuotannosta maailmanlaajuisesti on noin 30 prosenttia.

Kaikesta sanotusta seuraa, että erittäin tärkeä ongelma on löytää tapoja suojata metalleja ja metalliseoksia korroosiolta.

Ne ovat hyvin erilaisia. Mutta niiden valinnassa on tiedettävä ja otettava huomioon korroosioprosessien kemiallinen olemus.

Mutta korroosion kemiallinen luonne on redox-prosessi. Riippuen ympäristöstä, jossa se esiintyy, korroosiota on useita tyyppejä.

Yleisimmät korroosiotyypit ovat kemiallinen ja sähkökemiallinen.

Yhdessä tapauksessa havaitaan kaasun kehittymistä (Hg). Toisessa - ruosteen muodostuminen.

Anodilla (aktiivisempi metalli) metalliatomit hapetetaan muodostaen kationeja (liukeneminen).

Katodilla (vähemmän aktiivinen johdin) vetyionit tai happimolekyylit pelkistyvät muodostaen vastaavasti H2- tai OH-hydroksidi-ioneja.

Vetykationit ja liuennut happi ovat tärkeimmät sähkökemiallista korroosiota aiheuttavat hapettavat aineet.

Elektrolyytti voi olla merivettä, jokivettä, kondensoitunutta kosteutta ja tietysti hyvin tunnettuja elektrolyyttejä - suolojen, happojen, alkalien liuoksia.

Korroosiosuojausmenetelmät

Jo metallirakenteiden suunnittelussa niiden valmistuksessa säädetään toimenpiteistä korroosiolta suojaamiseksi.

1. Hio tuotteen pinnat niin, ettei niihin pääse kosteutta.
2. Erikoislisäaineita sisältävien seostettujen metalliseosten käyttö: kromi, nikkeli, jotka muodostavat korkeissa lämpötiloissa vakaan oksidikerroksen metallipinnalle. Seosteräkset ovat tunnettuja - ruostumattomat teräkset, joista valmistetaan taloustavaroita (vaipalliset haarukat, lusikat), koneenosat, työkalut.
3. Suojapinnoitteiden levitys.

Harkitse niiden tyyppejä.

Ei-metalliset - hapettamattomat öljyt, erikoislakat, maalit. Totta, ne ovat lyhytikäisiä, mutta ne ovat halpoja.

Kemialliset - keinotekoisesti luodut pintakalvot: oksidi, sitruuna, silidi, polymeeri jne. Esimerkiksi kaikki pienaseet Monien tarkkuusinstrumenttien osat kiillotetaan - tämä on prosessi, jolla saadaan ohuin rautaoksidikalvo teräksen pinnalle tuote. Syntynyt keinotekoinen oksidikalvo on erittäin kestävä ja antaa tuotteelle kauniin mustan värin ja sinisen sävyn. Polymeeripinnoitteet valmistetaan polyeteenistä, polyvinyylikloridista ja polyamidihartseista. Niitä levitetään kahdella tavalla: kuumennettu tuote asetetaan polymeerijauheeseen, joka sulaa ja hitsautuu metalliin, tai metallipinta käsitellään polymeeriliuoksella matalalämpötilaisessa liuottimessa, joka haihtuu nopeasti, ja polymeerikalvo. jää tuotteeseen.

Metalliset pinnoitteet ovat muiden metallien kanssa tehtyjä pinnoitteita, joiden pinnalle muodostuu stabiileja suojakalvoja hapettavien aineiden vaikutuksesta.

Kromin levitys pintaan - kromaus, nikkeli - nikkelipinnoitus, sinkki - sinkkipinnoitus, tina - tinaus jne. Pinnoitteena voi toimia myös kemiallisesti passiivinen metalli - kulta, hopea, kupari.

4. Sähkökemialliset suojausmenetelmät.

Katodi - metallirakenne on kytketty ulkoisen virtalähteen katodiin, mikä eliminoi sen anodin tuhoutumisen mahdollisuuden

5. Elektrolyytin tai ympäristön, jossa suojattu metallirakenne sijaitsee, erikoiskäsittely.

Tiedetään, että Damaskoksen käsityöläiset kalkinpoistoon ja
ruosteessa käytettiin rikkihappoliuoksia, joihin on lisätty panimohiivaa, jauhoja, tärkkelystä. Nämä toivat ja olivat ensimmäisten estäjien joukossa. He eivät antaneet hapon vaikuttaa asemetalliin, minkä seurauksena vain hilsettä ja ruostetta liukenivat. Ural-asesepät käyttivät näihin tarkoituksiin peittauskeittoja - rikkihappoliuoksia, joihin oli lisätty jauholeseitä.

Veteen liuenneen hapen poisto (ilmanpoisto). Tätä prosessia käytetään kattilalaitoksiin tulevan veden valmistukseen.

Menetelmät metallien saamiseksi

Metallien merkittävä kemiallinen aktiivisuus (vuorovaikutus ilmakehän hapen, muiden epämetallien, veden, suolaliuosten, happojen kanssa) johtaa siihen, että niitä esiintyy maankuoressa pääasiassa yhdisteiden muodossa: oksideja, sulfideja, sulfaatteja, klorideja, karbonaatit jne.

Vapaassa muodossa vedyn oikealla puolella olevassa jännitesarjassa on metalleja, vaikka paljon useammin kuparia ja elohopeaa löytyy luonnosta yhdisteiden muodossa.

Metalleja ja niiden yhdisteitä sisältäviä mineraaleja ja kiviä, joista puhtaiden metallien erottaminen on teknisesti mahdollista ja taloudellisesti mahdollista, kutsutaan malmeiksi.

Pyrometallurgia on metallien talteenotto malmeista korkeissa lämpötiloissa käyttämällä hiiltä, hiilimonoksidia (II). vety, metallit - alumiini, magnesium.

Hydrometallurgia on metallien pelkistämistä suoloiksi liuoksessa. Prosessi tapahtuu kahdessa vaiheessa:

1) luonnollinen yhdiste liuotetaan sopivaan reagenssiin tuon metallin suolaliuoksen saamiseksi;
2) tämä metalli syrjäytetään saadusta liuoksesta aktiivisemmalla tai palautetaan elektrolyysillä. Esimerkiksi kuparin saamiseksi kuparioksidia (CuO) sisältäville malmeille se käsitellään laimealla rikkihapolla.

Sitten kupari poistetaan suolaliuoksesta joko elektrolyysillä tai korvaamalla sulfaatti raudalla. Tällä tavalla saadaan hopeaa, sinkkiä, molybdeeniä, kultaa, uraania.

Elektrometallurgia on metallien pelkistämistä niiden yhdisteiden liuosten tai sulatteiden elektrolyysiprosessissa.

Elektrolyysi

Jos elektrodit lasketaan elektrolyyttiliuokseen tai sulaan ja läpi johdetaan vakio sähkövirta, ionit liikkuvat suuntaan: kationit - katodille (negatiivisesti varautunut elektrodi), anionit - anodille (positiivisesti varautunut elektrodi) .

Katodilla kationit hyväksyvät elektroneja ja pelkistyvät anodilla, anionit luovuttavat elektroneja ja hapettuvat. Tätä prosessia kutsutaan elektrolyysiksi.
Elektrolyysi on hapetus-pelkistysprosessi, joka tapahtuu sähköjärjestelmässä sähkövirran kulkiessa kuuman langan tai elektrolyyttiliuoksen läpi.

Tärkeintä on muistaa, että elektrolyysiprosessissa tapahtuu sähköenergian vuoksi kemiallinen reaktio, joka ei voi jatkua spontaanisti.

Tilanne on monimutkaisempi elektrolyyttiliuosten elektrolyysin tapauksessa.

Suolaliuoksessa on metalli-ionien ja happaman jäännöksen lisäksi vesimolekyylejä. Siksi, kun harkitaan elektrodien prosesseja, on tarpeen ottaa huomioon niiden osallistuminen elektrolyysiin.

Elektrolyyttien vesiliuosten elektrolyysituotteiden määrittämiseksi on olemassa seuraavat säännöt.

1. Katodin prosessi ei riipu katodin materiaalista, jolle se on valmistettu, vaan metallin (elektrolyyttikationin) sijainnista sähkökemiallisessa jännitesarjassa, ja jos:

1.1. Elektrolyyttikationi sijaitsee jännitesarjassa sarjan alussa (Al inclusiven kanssa), sitten katodilla tapahtuu veden pelkistysprosessi (vetyä vapautuu). Metallikationit eivät pelkisty, ne jäävät liuokseen.
1.2. Elektrolyyttikationi on sarjassa alumiinin ja vedyn välistä jännitettä, jolloin katodilla pelkistetään sekä metallien nooneja että vesimolekyylit.
1.3. Elektrolyyttikationi on sarjassa jännitettä vedyn jälkeen, sitten metallikationit pelkistyvät katodissa.
1.4 Liuos sisältää eri metallien kationeja, jonka jälkeen ladattu metallikationi palautetaan, seisoen sarjassa jännitteitä

Nämä säännöt näkyvät kuvassa 10.

2. Anodin prosessi riippuu anodin materiaalista ja annonin luonteesta (kaavio 11).

2.1. Jos anodi on liuennut (rauta, sinkki, kupari, hopea ja kaikki metallit, jotka hapettavat elektrolyysin aikana), anodimetalli hapettuu riippumatta anionin luonteesta. 2.2. Jos anodi ei liukene (se kutsutaan inertiksi - grafiitti, kulta, platina), niin:
a) hapettomien happojen suolojen (promefluoridien) liuosten elektrolyysin aikana anioni hapetetaan anodilla;
b) happea sisältävän hapon ja fluoridien suolojen liuosten elektrolyysin aikana anodilla tapahtuu veden hapetusprosessi. Anionit eivät hapetu, ne pysyvät liuoksessa;

Aineiden sulatteiden ja liuosten elektrolyysiä käytetään laajalti teollisuudessa:

1. Metallien saamiseksi (alumiinia, magnesiumia, natriumia, kadmiumia saadaan vain elektrolyysillä).
2. Vedyn, halogeenien, alkalien saamiseksi.
3. Metallien puhdistamiseen - jalostus (kuparin, nikkelin, lyijyn puhdistus suoritetaan sähkökemiallisella menetelmällä).
4. Metallien suojaaminen korroosiolta - suojapinnoitteiden levittäminen ohuen kerroksen muodossa toista korroosiota kestävää metallia (kromi, nikkeli, kupari, hopea, kulta) - galvanointi.
5. Metallikopioiden, levyjen hankkiminen - galvanointi.

Käytännön tehtävä

1. Miten metallien rakenne liittyy niiden sijaintiin D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollisen järjestelmän pää- ja toissijaisissa alaryhmissä?
2. Miksi alkali- ja maa-alkalimetallilla on yksi hapetusaste yhdisteissä: (+1) ja (+2), vastaavasti, kun taas toissijaisten alaryhmien metalleilla on yleensä erilaiset hapetusasteet yhdisteissä?
3. Mitä hapetustiloja mangaani voi osoittaa? Mitkä hydrokendan oksidit vastaavat mangaania näissä hapetustiloissa? Mikä on heidän luonteensa?
4. Vertaa ryhmän VII alkuaineiden atomien elektronirakennetta: mangaani ja kloori. Selitä niiden kemiallisten ominaisuuksien ero ja atomien eri hapettumisasteet molemmissa alkuaineissa.
5. Miksi metallien sijainti sähkökemiallisessa jännitesarjassa ei aina vastaa niiden asemaa D. I. Mendelejevin jaksollisessa järjestelmässä?
9. Tee yhtälöt natriumin ja magnesiumin reaktioista etikkahapon kanssa. Missä tapauksessa ja miksi reaktionopeus on nopeampi?
11. Mitä menetelmiä metallien saamiseksi tiedät? Mikä on kaikkien menetelmien ydin?
14. Mitä korroosio on? Millaisia korroosiotyyppejä tiedät? Mikä niistä on fysikaalinen ja kemiallinen prosessi?
15. Voidaanko seuraavia prosesseja pitää korroosiona: a) raudan hapettuminen sähköhitsauksen aikana, b) sinkin vuorovaikutus suolahapon kanssa syövytetyn hapon saamiseksi juotettaviksi? Anna perusteltu vastaus.
17. Mangaanituote on vedessä eikä joudu kosketuksiin kuparituotteen kanssa. Pysyvätkö molemmat ennallaan?
18. Suojautuuko rautarakenne sähkökemialliselta korroosiolta vedessä, jos sen päälle varastetaan levyä toisesta metallista: a) magnesiumia, b) lyijyä, c) nikkeliä?
19. Mihin tarkoitukseen öljytuotteiden (bensiini, kerosiini) varastointisäiliöiden pinta on maalattu hopealla - alumiinijauheen ja jonkin kasviöljyn seoksella?
20. Puutarhatontin happaman maan pinnalla on rautaputket, joissa on messinkihanat. Mikä syöpyy: putken yiyang-hana? Missä tuho on selkein?
21. Mitä eroa on sulatteiden elektrolyysillä ja vesiliuosten elektrolyysillä?
22*. Mitä metalleja voidaan saada elektrolyysillä niiden suoloista ja joita ei voida saada näiden aineiden vesiliuosten elektrolyysillä?
23*. Tee yhtälöt bariumkloridin elektrolyysille: a) sulassa, b) liuoksessa
28. Liuokseen, joka sisälsi 27 g kupari(II)kloridia, lisättiin 1-4 g rautaviilaa. Mikä massa kuparia vapautui tämän reaktion seurauksena?
Vastaus: 12,8 g.
29. Minkä massan sinkkisulfaattia saadaan saattamalla ylimääräinen sinkki reagoimaan 500 ml:n kanssa 20-prosenttista rikkihappoliuosta, jonka tiheys on 1,14 g/ml?
Vastaus: 187.3
31. Käsiteltäessä 8 g magnesium- ja magnesiumoksidiseosta suolahapolla vapautui 5,6 litraa vetyä (n, w.). Mikä on kesäkuun massaosuus (%) alkuperäisessä seoksessa?
Vastaus: 75%.
34. Määritä hiilen massaosuus (prosentteina) teräksessä (raudan ja hiilen seos), jos sen 10 g painavan näytteen palamisen aikana happivirrassa kerättiin 0,28 l hiilimonoksidia (IV) (n.a.) .
Vastaus: 1,5%.
35. Natriumnäyte, joka painoi 0,5 g, laitettiin veteen. Tuloksena olevan liuoksen neutralointi ei myöskään käyttänyt 29,2 g 1,5-prosenttista suolahappoa. Mikä on natriumin massaosuus (prosentteina) näytteessä?
Vastaus: 55,2 %.
36. Kuparin ja alumiinin seos käsiteltiin ylimäärällä natriumhydroksidiliuosta ja vapautui kaasua, jonka tilavuus oli 1,344 litraa (n.a.), reaktion jälkeinen jäännös liuotettiin typpihappoon, sitten liuos haihdutettiin ja kalsinoitu vakiomassaksi, joka osoittautui 0,4 g:n seoskoostumukseksi? Vastaus: 1,08 g Al 0,32 g Cu tai 77,14 % Al 22,86 % Cu.
37. Mikä massa 94 % rautaa sisältävää valurautaa saadaan 1 tonnista 20 % epäpuhtauksia sisältävää punaista rautamalmia (Fe2O3)?
Vastaus: 595,74 kg.

Metallit luonnossa

Jos olet opiskellut huolellisesti kemiaa aiemmilla luokilla, tiedät, että jaksollisessa taulukossa on yli yhdeksänkymmentä metallityyppiä, ja noin kuusikymmentä niistä löytyy luonnosta.

Luonnossa esiintyvät metallit voidaan karkeasti jakaa seuraaviin ryhmiin:

Metallit, joita löytyy luonnosta vapaassa muodossa;
yhdisteiden muodossa esiintyvät metallit;
metallit, joita löytyy sekamuodossa, eli ne voivat olla sekä vapaassa muodossa että yhdisteiden muodossa.

Toisin kuin muut kemialliset alkuaineet, metallit ovat melko usein luonnossa yksinkertaisina aineina. Heillä on yleensä syntyperäinen osavaltio. Tällaisia metalleja, jotka esitetään yksinkertaisten aineiden muodossa, ovat kulta, hopea, kupari, platina, elohopea ja muut.

Mutta kaikki luonnollisessa ympäristössä esiintyvät metallit eivät ole alkuperäisessä tilassa. Jotkut metallit löytyvät yhdisteiden muodossa ja niitä kutsutaan mineraaleiksi.

Lisäksi kemiallisia alkuaineita, kuten hopeaa, elohopeaa ja kuparia, löytyy sekä luonnollisessa tilassa että tilassa, jossa on yhdisteiden muotoa.

Kaikkia niitä mineraaleja, joista myöhemmin voidaan saada metalleja, kutsutaan malmeiksi. Luonnossa on malmia, joka sisältää rautaa. Tätä yhdistettä kutsutaan rautamalmiksi. Ja jos koostumus sisältää kuparia, mutta vastaavasti, tällaista yhdistettä kutsutaan kuparimalmiksi.

Tietenkin yleisimpiä luonnossa ovat metallit, jotka ovat aktiivisesti vuorovaikutuksessa hapen ja rikin kanssa. Niitä kutsutaan metallioksideiksi ja sulfideiksi.

Yksi tällainen yleinen elementti, joka muodostaa metallin, on alumiini. Alumiinia löytyy savesta ja sitä löytyy myös jalokivistä, kuten safiirista ja rubiinista.

Toiseksi suosituin ja yleisin metalli on rauta. Se esiintyy luonnossa yleensä yhdisteiden muodossa, ja alkuperäisessä muodossaan se löytyy vain meteoriittikivien koostumuksesta.

Seuraavaksi yleisimmät luonnollisessa ympäristössä tai pikemminkin maankuoressa ovat metallit, kuten magnesium, kalsium, natrium, kalium.

Pidät kolikoita kädessäsi, luultavasti huomasit, että niistä tulee tyypillinen haju. Mutta käy ilmi, että tämä ei ole metallin haju, vaan haju, joka tulee yhdisteistä, joita muodostuu metallin joutuessa kosketuksiin ihmisen hien kanssa.

Tiesitkö, että Sveitsissä valmistetaan kultalevyjä suklaapatukkana, joka voidaan pilkkoa viipaleiksi ja käyttää lahjana tai maksuvälineenä? Yritys valmistaa tällaisia suklaapatukoita kullasta, hopeasta, platinasta ja palladiumista. Jos tällainen laatta jaetaan viipaleiksi, jokainen niistä painaa vain yhden gramman.

Ja silti sellaisella metalliseoksella kuin nitinolilla on melko mielenkiintoinen ominaisuus. Se on ainutlaatuinen siinä mielessä, että sillä on muistiefekti ja kuumennettaessa tästä seoksesta valmistettu epämuodostunut tuote pystyy palaamaan alkuperäiseen muotoonsa. Tällaisia omituisia materiaaleja, joissa on niin sanottu muisti, käytetään holkkien valmistukseen. Niillä on kyky kutistua matalissa lämpötiloissa, ja huoneenlämmössä nämä holkit suoristuvat ja tämä liitos on jopa hitsausta luotettavampi. Ja tämä ilmiö johtuu siitä, että näillä seoksilla on termoelastinen rakenne.

Oletko koskaan miettinyt, miksi kultakoruihin on tapana lisätä hopeaa tai kuparia? Osoittautuu, että tämä johtuu siitä, että puhdas kulta on erittäin pehmeää ja sitä on helppo naarmuttaa jopa kynsillä.

Portaali opiskelijalle. Itseharjoittelu