Logam dan paduan yang digunakan dalam pembuatan produk seni. Mendapatkan logam kemurnian tinggi

Umat manusia mulai aktif menggunakan logam sejak 3000-4000 SM. Kemudian orang berkenalan dengan yang paling umum dari mereka, ini adalah emas, perak, tembaga. Logam-logam ini sangat mudah ditemukan di permukaan bumi. Beberapa saat kemudian, mereka belajar kimia dan mulai mengisolasi dari mereka spesies seperti timah, timbal dan besi. Pada Abad Pertengahan, jenis logam yang sangat beracun mendapatkan popularitas. Arsenik umum digunakan, yang dengannya lebih dari separuh istana kerajaan di Prancis diracuni. Hal yang sama, yang membantu menyembuhkan berbagai penyakit pada masa itu, mulai dari tonsilitis hingga wabah. Sudah sebelum abad kedua puluh, lebih dari 60 logam diketahui, dan pada awal abad XXI - 90. Kemajuan tidak berhenti dan membawa umat manusia ke depan. Tetapi muncul pertanyaan, logam mana yang berat dan beratnya melebihi semua yang lain? Dan secara umum, apa saja logam terberat di dunia ini?

Banyak yang salah mengira bahwa emas dan timah adalah logam terberat. Mengapa tepatnya itu terjadi? Banyak dari kita tumbuh dengan film-film lama dan melihat bagaimana karakter utama menggunakan pelat timah untuk melindungi dirinya dari peluru ganas. Selain itu, pelat timah masih digunakan sampai sekarang di beberapa jenis pelindung tubuh. Dan pada kata emas, banyak orang memiliki gambaran dengan ingot berat dari logam ini. Tetapi untuk berpikir bahwa mereka adalah yang terberat adalah salah!

Untuk menentukan logam terberat harus diperhitungkan kerapatannya, karena semakin besar massa jenis suatu zat, maka semakin berat pula.

TOP 10 logam terberat di dunia

Osmium (22,62 g / cm 3),
Iridium (22,53 g / cm 3),
Platina (21,44 g / cm 3),
Renium (21,01 g / cm 3),
Neptunium (20,48 g / cm 3),
Plutonium (19,85 g / cm 3),
Emas (19,85 g/cm3)
Tungsten (19,21 g / cm 3),
Uranium (18,92 g / cm 3),
Tantalum (16,64 g/cm3).

Dan di mana memimpin? Dan itu terletak jauh lebih rendah dalam daftar ini, di tengah sepuluh kedua.

Osmium dan iridium adalah logam terberat di dunia

Pertimbangkan kelas berat utama yang berbagi tempat 1 dan 2. Mari kita mulai dengan iridium dan pada saat yang sama mengucapkan terima kasih kepada ilmuwan Inggris Smithson Tennat, yang pada tahun 1803 memperoleh unsur kimia ini dari platinum, di mana ia hadir bersama dengan osmium sebagai pengotor. Iridium dari bahasa Yunani kuno dapat diterjemahkan sebagai "pelangi". Logam memiliki warna putih dengan warna perak dan bisa disebut tidak hanya berat, tetapi juga yang paling tahan lama. Jumlahnya sangat sedikit di planet kita dan hanya 10.000 kg yang ditambang per tahun. Diketahui bahwa sebagian besar endapan iridium dapat ditemukan di lokasi tumbukan meteorit. Beberapa ilmuwan sampai pada kesimpulan bahwa logam ini sebelumnya tersebar luas di planet kita, namun, karena beratnya, ia terus-menerus menekan dirinya lebih dekat ke pusat Bumi. Iridium sekarang banyak diminati di industri dan digunakan untuk menghasilkan energi listrik. Ahli paleontologi juga suka menggunakannya, dan dengan bantuan iridium mereka menentukan usia banyak penemuan. Selain itu, logam ini dapat digunakan untuk melapisi beberapa permukaan. Tapi sulit untuk melakukannya.

Selanjutnya, pertimbangkan osmium. Ini adalah yang terberat dalam tabel periodik Mendeleev, masing-masing, dan logam terberat di dunia. Osmium berwarna putih timah dengan warna biru dan juga ditemukan oleh Smithson Tennat pada saat yang sama dengan iridium. Osmium hampir tidak mungkin untuk diproses dan terutama ditemukan di lokasi tumbukan meteorit. Baunya tidak sedap, baunya mirip dengan campuran kaporit dan bawang putih. Dan dari bahasa Yunani kuno diterjemahkan sebagai "bau". Logam ini cukup tahan api dan digunakan dalam bola lampu dan peralatan lain dengan logam tahan api. Untuk hanya satu gram elemen ini, Anda harus membayar lebih dari 10.000 dolar, dari mana jelas bahwa logam itu sangat langka.

Osmium

Suka atau tidak suka, logam terberat sangat langka dan karena itu harganya mahal. Dan kita harus ingat untuk masa depan bahwa baik emas maupun timah bukanlah logam terberat di dunia! Iridium dan osmium adalah pemenang dalam berat!

Terdiri dari atom-atom dari satu unsur kimia. Dalam tabel periodik, sifat logam unsur meningkat dari kanan ke kiri. Semua logam murni (sebagai unsur) adalah zat sederhana.

Silikon kristal - semikonduktor

efek fotoelektrik

Bedakan antara fisika dan kimia sifat logam. Secara umum, sifat-sifat logam cukup beragam. membedakan logam basa, alkali tanah, hitam, berwarna, lantanida(atau tanah jarang - dekat dalam sifat kimia untuk alkali tanah), aktinida(kebanyakan dari mereka adalah unsur radioaktif), bangsawan dan platinum logam. Selain itu, masing-masing logam menunjukkan sifat logam dan non-logam. Logam semacam itu bersifat amfoter (atau, seperti yang mereka katakan, transisi).

Hampir semua logam memiliki beberapa sifat umum: kilau logam, struktur kisi kristal, kemampuan untuk menunjukkan sifat-sifat zat pereduksi dalam reaksi kimia, saat teroksidasi. Dalam reaksi kimia, ion logam terlarut, ketika berinteraksi dengan asam, membentuk garam; ketika berinteraksi dengan air (tergantung pada aktivitas logam), mereka membentuk alkali atau basa.

Mengapa Logam Bersinar?

Node kisi kristal logam mengandung atom. Elektron yang bergerak di sekitar atom membentuk "gas elektron" yang dapat bergerak bebas ke berbagai arah. Sifat ini menjelaskan konduktivitas listrik dan termal yang tinggi dari logam.

Gas elektron memantulkan hampir semua sinar cahaya. Itulah mengapa logam sangat mengkilap dan paling sering memiliki warna abu-abu atau putih. Ikatan antara lapisan logam individu kecil, yang memungkinkan untuk memindahkan lapisan ini di bawah beban ke arah yang berbeda (dengan kata lain, untuk merusak logam). Emas murni adalah logam yang unik. Dengan menempa emas murni, Anda dapat membuat foil dengan ketebalan 0,002 mm! lembaran logam tipis seperti itu tembus cahaya dan memiliki warna hijau jika Anda melihatnya di bawah sinar matahari.

Sifat elektrofisika logam dinyatakan dalam konduktivitas listriknya. Secara umum diterima bahwa semua logam memiliki tinggi konduktivitas listrik, yaitu mengalirkan arus dengan baik! Tetapi ini tidak benar, dan selain itu, semuanya tergantung pada suhu di mana arus diukur. Bayangkan kisi kristal logam, di mana arus ditransmisikan oleh pergerakan elektron. Elektron berpindah dari satu simpul kisi kristal ke simpul lainnya. Satu elektron "mendorong" elektron lain keluar dari situs kisi, yang terus bergerak menuju situs kisi lain, dan seterusnya. Artinya, konduktivitas listrik juga tergantung pada seberapa mudah elektron dapat berpindah antar lokasi kisi. Kita dapat mengatakan bahwa konduktivitas listrik logam tergantung pada struktur kristal kisi dan kepadatan partikel di dalamnya. Partikel di situs kisi memiliki osilasi, dan osilasi ini semakin besar, semakin tinggi suhu logam. Getaran tersebut secara signifikan menghambat pergerakan elektron dalam kisi kristal. Jadi, semakin rendah suhu logam, semakin tinggi kemampuannya untuk menghantarkan arus!

Dari sinilah muncul konsep superkonduktivitas, yang terjadi pada logam pada suhu mendekati nol mutlak! Pada nol mutlak (-273 0 C), getaran partikel dalam kisi kristal logam sepenuhnya teredam!

Sifat elektrofisika logam berhubungan dengan lewatnya arus disebut koefisien suhu hambatan listrik!

Sifat elektrofisika logam

Fakta menarik telah ditetapkan bahwa, misalnya, dalam timbal (Pb) dan merkuri (Hg) pada suhu yang hanya beberapa derajat di atas nol mutlak, hambatan listrik hampir sepenuhnya hilang, yaitu, kondisi superkonduktivitas terjadi.

Perak (Ag) memiliki daya hantar listrik tertinggi, diikuti oleh tembaga (Cu), diikuti oleh emas (Au) dan aluminium (Al). Konduktivitas listrik yang tinggi dari logam ini dikaitkan dengan penggunaannya dalam teknik listrik. Kadang-kadang, itu adalah emas (kontak berlapis emas) yang digunakan untuk memastikan ketahanan kimia dan sifat anti-korosi.

Perlu dicatat bahwa konduktivitas listrik logam jauh lebih tinggi daripada konduktivitas listrik non-logam. Misalnya, karbon (C - grafit) atau silikon (Si) memiliki konduktivitas listrik 1000 kali lebih kecil dari, misalnya, merkuri. Selain itu, non-logam, sebagian besar, bukan penghantar listrik. Tetapi di antara non-logam ada semikonduktor: germanium (Ge), silikon kristal, serta beberapa oksida, fosfit (senyawa kimia logam dengan fosfor) dan sulfida (senyawa kimia logam dan belerang).

Anda mungkin akrab dengan fenomena ini - ini adalah sifat logam untuk melepaskan elektron di bawah pengaruh suhu atau cahaya.

Adapun konduktivitas termal logam, dapat diperkirakan dari tabel periodik - itu didistribusikan dengan cara yang persis sama dengan elektronegativitas logam. (Logam di kiri atas memiliki keelektronegatifan tertinggi, misalnya, keelektronegatifan natrium Na adalah -2,76 V). Pada gilirannya, konduktivitas termal logam dijelaskan oleh adanya elektron bebas, yang membawa energi panas.

Edelman V. Logam // Kvant. - 1992. - No. 2. - S. 2-9.

Dengan persetujuan khusus dengan dewan redaksi dan editor jurnal "Kvant"

Apa itu logam?

“Logam adalah benda ringan yang dapat ditempa,” tulis Lomonosov pada tahun 1763. Lihatlah buku teks kimia Anda dan Anda akan melihat bahwa logam memiliki karakteristik kilau logam ("benda terang") dan merupakan konduktor panas dan listrik yang baik. Benar, di sana Anda akan membaca bahwa ada unsur-unsur yang menunjukkan sifat-sifat logam dan non-logam. Dengan kata lain, tidak ada garis yang jelas memisahkan satu dari yang lain. Ahli kimia, yang terutama tertarik pada reaksi kimia dan untuk siapa setiap elemen adalah dunianya sendiri yang khusus, tidak terlalu malu dengan ambiguitas seperti itu. Tapi fisika tidak puas. Jika fisika membagi benda menjadi logam dan non-logam, maka Anda perlu memahami apa perbedaan mendasarnya. Oleh karena itu, perlu untuk mendefinisikan apa itu logam sedemikian rupa sehingga, seperti dalam kasus lain di bidang ilmu pasti, dua persyaratan terpenuhi:

semua logam harus memiliki semua, tanpa kecuali, atribut yang dikaitkan dengannya;
objek lain tidak boleh memiliki setidaknya satu dari fitur ini.

Berbekal pertimbangan ini, mari kita lihat apakah semua logam, tanpa kecuali, memiliki semua sifat yang dikaitkan dengannya oleh buku teks. Mari kita mulai dengan "Anda dapat menempa", yaitu, dengan plastisitas, dalam istilah modern. Dan kemudian, dengan selaras, kita mengingat plastik: lagipula, bukan tanpa alasan mereka dinamai demikian, banyak dari mereka dicirikan oleh plastisitas - kemampuan untuk mengubah bentuk secara permanen tanpa kehancuran. Tentu saja, tembaga, besi, aluminium mudah ditempa, bahkan lebih mudah dengan timbal, indium adalah logam yang agak langka dan mahal - dapat dihancurkan hampir seperti lilin (dan lilin bukan logam!), logam alkali bahkan lebih lembut. Dan cobalah untuk memukul besi cor biasa - dan itu akan hancur berkeping-keping! Nah, ahli metalurgi akan berkata: ini karena besi tuang bukanlah zat yang sederhana. Ini terdiri dari kristal besi yang dipisahkan oleh lapisan karbon, yaitu grafit. Pada lapisan inilah besi cor pecah. Yah, tidak apa-apa. Hanya di sini masalahnya - grafit rapuh, ternyata, fisika modern mengacu pada logam! Ya, dan lebih dari satu grafit: misalnya, arsenik, antimon dan bismut terdaftar di antara logam, tetapi mereka dapat ditempa dengan keberhasilan yang sama seperti kaca - mereka pecah menjadi potongan-potongan kecil!

Lakukan percobaan sederhana ini: pecahkan balon lampu yang terbakar, lepaskan kumparan tungsten dari sana dan coba putar. Tidak ada yang akan datang darinya, itu akan hancur menjadi debu! Tapi entah bagaimana mereka berhasil memutarnya di pabrik? Ini berarti bisa jadi seperti ini - bisa berubah bentuk, atau tidak, tergantung pada apa yang terjadi pada sampel di masa lalu. Nah, tampaknya perlu untuk berpisah dengan tanda ini - plastisitas. Selain itu, ia melekat pada banyak non-logam; lagi pula, gelas yang sama - panaskan, dan itu akan menjadi lunak dan lentur.

Jadi, kami mempersingkat kata-katanya dan melanjutkan.

Baris berikutnya adalah "kecemerlangan", atau, dalam istilah ilmiah, sifat optik. Ada banyak benda mengkilap: air, kaca, batu yang dipoles, dan Anda tidak pernah tahu apa lagi. Jadi "kecemerlangan" saja tidak cukup, begitulah kata mereka: logam dicirikan oleh kilau logam. Nah, ini cukup bagus: ternyata logam adalah logam. Benar, secara intuitif kita merasakan bahwa tembaga, emas, perak, dan besi yang dipoles berkilau dengan kilau metalik. Dan pirit mineral yang tersebar luas - bukankah itu bersinar seperti logam? Tidak perlu berbicara tentang semikonduktor khas germanium dan silikon, dalam penampilan mereka tidak dapat dibedakan dari logam. Di sisi lain, belum lama ini mereka belajar bagaimana mendapatkan kristal yang baik dari senyawa seperti molibdenum dioksida; kristal ini berwarna coklat-ungu dan memiliki sedikit kemiripan dengan logam biasa. Ternyata zat ini harus dianggap sebagai logam. Mengapa - itu akan menjadi jelas sedikit lebih jauh.

Jadi kilau sebagai tanda "logam" murni menghilang.

Selanjutnya adalah konduktivitas termal. Mungkin tanda ini dapat segera dibuang - tanpa kecuali, semua benda menghantarkan panas. Benar, dikatakan tentang logam bahwa mereka dengan baik menghantarkan panas. Tapi, saya takut, untuk pertanyaan "apa yang baik dan apa yang buruk?" dalam hal ini, tidak ada ayah yang akan menjawab.

Apakah tembaga menghantarkan panas dengan baik? Mari kita lihat tabel dan segera dapatkan pertanyaan balasan: jenis tembaga apa dan pada suhu berapa? Jika Anda mengambil tembaga murni, misalnya, dari mana kabel untuk perangkat radio dibuat, dan memanaskannya menjadi panas merah, yaitu, menganilnya, maka pada suhu kamar, dan bahkan perak murni, akan menghantarkan panas lebih baik daripada apa pun. logam lainnya. Tetapi tekuk sampel tembaga seperti itu, pukul atau jepit di catok - dan konduktivitas termalnya akan menjadi jauh lebih buruk. Dan apa yang terjadi jika sepotong tembaga anil mulai mendingin? Pertama, konduktivitas termal akan meningkat, meningkat sepuluh kali lipat pada suhu sekitar 10 K, dan kemudian akan mulai turun dengan cepat dan, setelah mencapai nol mutlak, seharusnya menjadi nol (Gbr. 1).

Beras. 1. Ketergantungan konduktivitas termal pada suhu untuk berbagai zat. (Konduktivitas termal spesifik adalah jumlah kalor yang mengalir antara permukaan kubus yang berlawanan dengan sisi 1 cm pada perbedaan suhu antara permukaan 1 K dalam 1 s.)

Sekarang mari kita ambil logam lain - bismut. Gambar untuknya sangat mirip dengan yang kita lihat untuk tembaga, hanya konduktivitas termal maksimum yang terletak pada 3 K, dan pada suhu kamar bismut menghantarkan panas dengan buruk, tidak jauh lebih baik daripada kristal kuarsa. Tapi kuarsa bukan logam! Dan kuarsa yang sama, seperti dapat dilihat dari Gambar 1, terkadang ternyata tidak lebih buruk dari tembaga dalam hal sifat penghantar panasnya. Dan kuarsa yang menyatu, yaitu kaca kuarsa, menghantarkan panas dengan buruk, seperti baja tahan karat.

Kuarsa tidak terkecuali. Semua kristal berkualitas baik berperilaku dengan cara yang sama, hanya jumlahnya yang akan sedikit berbeda. Berlian, misalnya, sudah pada suhu kamar memiliki konduktivitas termal yang lebih baik daripada tembaga.

Kami menolak konduktivitas termal dengan hati yang murni dan kami tidak akan menyesalinya. Dan bukan hanya karena atas dasar ini tidak mudah untuk membedakan logam dari non-logam, tetapi juga karena, ternyata, fitur spesifik dalam konduktivitas termal logam (dan ada semacam itu) adalah konsekuensi darinya. konduktivitas listrik - properti terakhir yang tersisa.

Dan lagi, dalam kata-kata yang diberikan di awal artikel, klarifikasinya bukan hanya konduktivitas listrik, tetapi bagus konduktivitas listrik. Tetapi ketika sampai pada konduktivitas termal, julukan "baik" mengingatkan kami dan, ternyata, tidak sia-sia. Apa - dan properti terakhir yang dicurigai? Sangat penting untuk menyimpannya, jika tidak kita akan dibiarkan tanpa logam sama sekali, dan pada saat yang sama tanpa semikonduktor, tanpa isolator. Beginilah cara sains bekerja! Dalam kebanyakan kasus, setiap anak sekolah akan mengatakan tanpa ragu apa yang dia hadapi, tetapi mereka menggali lebih dalam - mereka berhenti dengan bingung.

Dan ada sesuatu dari. Mari kita ambil tabel besaran fisika dan lihat angkanya. Di sini, misalnya, pada suhu kamar, resistivitas ρ (Ohm cm) tembaga ~1,55 10 -6 ; di bismut ρ ~ 10 -4 ; grafit ρ ~ 10 -3 ; untuk silikon murni dan germanium ρ ~ 10 2 (tetapi dengan menambahkan pengotor, dapat dinaikkan hingga ~ 10 -3); di marmer ρ = 10 7 - 10 11; oleh kaca ρ = 10 10 ; dan di suatu tempat di akhir daftar - kuning dengan resistivitas hingga 1019. Dan di mana logam konduktor berakhir dan dielektrik dimulai? Dan kami belum menyebutkan elektrolit. Air laut biasa mengalirkan arus dengan baik. Apa - dan menganggapnya sebagai logam?

Mari kita lihat apakah suhu membantu kita. Jika Anda meningkatkan suhu, maka perbedaan antara zat akan mulai menipis: untuk tembaga, resistansi akan mulai meningkat, untuk kaca, misalnya, berkurang. Jadi, perlu untuk mengikuti apa yang terjadi selama pendinginan. Dan di sini kita akhirnya melihat perbedaan kualitatif. Lihat Gambar 2: pada suhu helium cair, mendekati nol mutlak, zat terbagi menjadi dua kelompok. Untuk beberapa, resistansi tetap kecil, untuk paduan atau untuk logam yang tidak terlalu murni ρ hampir tidak berubah pada pendinginan, dalam logam murni resistensi menurun sangat. Semakin murni dan sempurna kristal, semakin besar perubahan ini. Kadang-kadang u pada suhu mendekati nol mutlak adalah ratusan ribu kali lebih kecil daripada pada suhu kamar. Pada zat lain, seperti semikonduktor, saat suhu menurun, resistansi mulai meningkat dengan cepat, dan semakin rendah suhu, semakin besar. Jika mungkin untuk mencapai nol mutlak, maka ρ akan menjadi besar tak terhingga. Akan tetapi, hambatan tersebut sebenarnya sudah cukup menjadi begitu besar sehingga tidak dapat lagi diukur dengan instrumen modern mana pun.

Jadi, kita sampai pada jawabannya: logam adalah zat yang menghantarkan listrik pada suhu berapa pun.

Beras. 2. Ketergantungan resistansi spesifik logam murni (tembaga dan platinum) dan semikonduktor (germanium murni) pada suhu.

Sebaliknya, dielektrik berhenti menghantarkan arus ketika didinginkan hingga nol mutlak. Menggunakan definisi ini, baik grafit dan molibdenum dioksida adalah logam. Tapi di mana harus meletakkan semikonduktor? Jika sebuah kita sedang berbicara tentang murni, kristal sempurna, maka mereka, sebenarnya, dielektrik. Tetapi jika mereka mengandung banyak pengotor, maka mereka dapat menjadi logam, yaitu, mempertahankan konduktivitas pada suhu terendah.

Apa yang kita tinggalkan pada akhirnya? Kami berhasil mengidentifikasi satu-satunya fitur penting, dipandu oleh mana kita dapat, jika tidak dalam praktik sehari-hari, maka setidaknya pada prinsipnya, selalu membedakan logam dari non-logam. Dan karena tanda ini adalah satu-satunya, maka kedua kondisi secara otomatis terpenuhi, pemenuhan yang kami tuntut di awal artikel.

Mengapa logam dapat menghantarkan arus?

Telah lama diketahui bahwa beberapa unsur, seperti tembaga, emas, perak, besi, timah, timah, baik dalam bentuk murni maupun ketika menyatu satu sama lain, membentuk logam. Lainnya, seperti fosfor, belerang, klorin, nitrogen, oksigen, tidak hanya bukan logam itu sendiri, tetapi ketika digabungkan dengan logam, mereka mengubahnya menjadi dielektrik. Contohnya adalah garam biasa. NaCl . Oleh karena itu, dalam kimia, pembagian unsur menjadi logam dan non-logam muncul.

Klasifikasi seperti itu, bagaimanapun, tidak lebih dari pernyataan fakta, meskipun pada pandangan pertama mengklaim untuk menjelaskan sifat-sifat zat hanya berdasarkan struktur atom. Sebenarnya, mari kita lihat tabel periodik. Unsur-unsur yang terletak di kolom yang sama sangat mirip dalam sifat kimianya. Tetapi apakah kristal atau paduan yang terbuat darinya akan menghantarkan arus listrik? Melihat tabel, tidak mungkin untuk menjawab pertanyaan ini. Jadi, semua elemen dari kelompok pertama adalah logam, kecuali yang pertama - hidrogen. Tetapi hukum yang boleh dilanggar oleh seseorang bukan lagi hukum. Benar, segalanya lebih baik di kelompok kedua: di sini semua elemen adalah logam yang sudah dikenal; dan pada kelompok ketiga ada lagi kegagalan: boron adalah semikonduktor, dan aluminium adalah logam yang luar biasa. Lebih jauh bahkan lebih buruk. Unsur pertama dari kelompok keempat adalah karbon; kami telah menyebutkan bahwa grafit, yang disebut kristal karbon, adalah logam. Tetapi berlian juga merupakan kristal yang terdiri dari atom karbon, tetapi disusun secara berbeda dari pada grafit - isolator. Silikon dan germanium adalah semikonduktor klasik. Timah - sepertinya, logam biasa. Namun... Jika timah putih mengkilap yang sudah dikenal itu disimpan dalam waktu lama pada suhu -30 ° C, maka struktur kristalnya akan berubah, dan secara lahiriah akan berubah menjadi abu-abu. Dan timah ini - mereka menyebutnya "timah abu-abu" - adalah semikonduktor! Dan timbal selalu merupakan logam.

Jika Anda mulai mencampur elemen yang berbeda, maka gambar akan menjadi sangat rumit. Ambil, misalnya, dan gabungkan dua logam indium dan antimon - dengan perbandingan satu banding satu. Kami mendapatkan semikonduktor yang banyak digunakan dalam teknologi InSb . Di sisi lain, kami telah mengatakan bahwa molibdenum dioksida MoO 2 pada T 0 K menghantarkan arus, mis. MoO 2 - logam. (DAN WO 2 , dan Re 2 O 3 dan beberapa oksida lainnya juga logam.) Dan jika kristal yang dihasilkan dari atom dikompresi, diperas dengan kuat, maka ternyata hampir semua zat menjadi logam, bahkan metaloid khas seperti belerang. Benar, untuk itu tekanan transisi ke keadaan logam sangat tinggi - beberapa ratus ribu atmosfer (dan bahkan lebih untuk hidrogen).

Tampaknya memisahkan unsur menjadi logam dan non-logam bukanlah tugas yang mudah. Bagaimanapun, jelas bahwa, dengan mempertimbangkan atom individu, kita tidak dapat mengatakan apakah suatu zat yang terdiri dari atom-atom ini akan menghantarkan arus pada T 0 K, karena cara atom terletak relatif satu sama lain memainkan peran besar. Oleh karena itu, untuk menjawab pertanyaan “mengapa logam dapat menghantarkan arus?” perlu untuk mempelajari bagaimana atom berinteraksi satu sama lain, membentuk benda padat.

Mari kita lihat bagaimana keadaannya dengan logam yang paling sederhana - lithium. Nomor seri Li - tiga. Artinya inti atom Li mengandung tiga proton dan muatan positif inti mengkompensasi tiga elektron. Dua di antaranya membentuk kulit s terisi yang paling dekat dengan nukleus dan terikat kuat dengan nukleus. Elektron yang tersisa terletak di kulit s kedua. Itu bisa muat satu elektron lagi, tetapi lithium tidak memilikinya. Semua keadaan energi lain yang diizinkan adalah bebas, dan elektron memasukinya hanya ketika atom tereksitasi (misalnya, ketika uap litium dipanaskan dengan kuat). Skema kadar dalam atom litium ditunjukkan pada Gambar 3.

Beras. 3. Skema tingkat energi atom litium dan transformasinya menjadi zona ketika atom bergabung menjadi kristal. Status sibuk ditandai dengan warna merah.

Pertimbangkan sekarang himpunan atom litium yang terletak dalam volume terbatas. Mereka dapat membentuk gas (uap), cair atau padat. Pada suhu yang cukup rendah, gaya tarik-menarik timbal balik mencegah gerakan termal atom, dan kristal terbentuk. Ini tentu saja terjadi pada suhu nol mutlak, ketika semua zat yang diketahui, kecuali helium, adalah kristal.

Jadi, diketahui dari pengalaman bahwa pada suhu rendah, padatan adalah keadaan stabil untuk lithium. Tetapi, seperti diketahui, keadaan materi seperti itu selalu stabil, di mana energi internalnya lebih kecil daripada keadaan agregasi lain yang mungkin pada suhu yang sama. Penurunan total energi selama transisi dari satu keadaan ke keadaan lain mudah diukur - lagi pula, ini adalah panas penguapan atau pencairan.

Dari sudut pandang mikroskopis, pada suhu rendah, energi internal suatu zat, pertama-tama, adalah jumlah energi elektron atom-atom yang membentuk tubuh. Tetapi elektron dalam atom menempati tingkat energi yang ditentukan secara ketat. Ini berarti bahwa kita dapat mengharapkan bahwa ketika atom saling mendekat, tingkat energi akan berubah. Dalam hal ini, distribusi elektron pada tingkat harus berubah sedemikian rupa sehingga energi totalnya lebih kecil dari jumlah energi elektron dalam jumlah atom yang sama yang diisolasi satu sama lain.

Apa yang akan terjadi pada level-level tersebut dapat dipahami berdasarkan analogi pergerakan elektron dalam atom dengan sistem osilasi apa pun, misalnya dengan bandul. Misalkan kita memiliki dua bandul yang benar-benar identik. Selama mereka tidak berinteraksi satu sama lain, frekuensi osilasi kedua bandul adalah sama. Sekarang mari kita perkenalkan interaksi di antara mereka - kita akan menghubungkannya, misalnya, dengan pegas lunak. Dan segera, alih-alih satu frekuensi, dua akan muncul. Lihat Gambar 4: bandul yang digabungkan dapat berosilasi dalam fase, atau mereka dapat berosilasi satu sama lain. Jelas, dalam kasus terakhir, gerakan mereka akan lebih cepat, yaitu, frekuensi osilasi sistem semacam itu lebih tinggi daripada frekuensi alami osilasi satu bandul. Jadi, kopling menyebabkan pemisahan frekuensi. Jika Anda menghubungkan tiga bandul, maka akan ada tiga frekuensi alami, sistem empat pendulum yang terhubung memiliki empat frekuensi alami, dan seterusnya tanpa batas.

Beras. 4. Osilasi bandul berpasangan.

Perilaku sistem osilasi lainnya serupa. Jika kita mengganti pendulum, misalnya, dengan sirkuit osilasi listrik, maka, seperti yang sangat disadari oleh amatir radio, ketika koneksi diperkenalkan di antara mereka, frekuensi alami mereka juga terbagi. Elektron dalam atom juga merupakan sejenis sistem osilasi. Seperti bandul, elektron memiliki massa, ada gaya Coulomb yang mengembalikannya ke posisi setimbangnya; dan ini menentukan gerakan elektron dalam atom, yang menurut mekanika kuantum, dicirikan oleh frekuensinya sendiri. Untuk elektron, masuknya interaksi selama pendekatan timbal balik mengarah pada fakta bahwa frekuensi yang sebelumnya sama menjadi sedikit berbeda.

Dalam mekanika kuantum, ada hubungan langsung antara energi dan frekuensi osilasi, yang dinyatakan dengan rumus \(~E = h \nu\), di mana h\u003d 6.6 10 -34 J s - konstanta Planck, dan ν - frekuensi osilasi. Oleh karena itu, diharapkan ketika dua atom litium mendekati masing-masing level yang ditunjukkan pada Gambar 3, itu akan terpecah menjadi dua. Setiap tingkat energi baru akan sesuai dengan kulit elektronnya sendiri, sekarang bukan dari atom tunggal, tetapi dari "molekul". Kulit diisi dengan elektron sesuai dengan aturan yang sama seperti untuk atom - dua elektron per kulit. Sepasang kulit itu, yang ternyata dari tingkat terendah, akan terisi penuh dengan elektron. Memang, empat elektron dapat ditempatkan pada mereka, dan dua atom lithium memiliki enam di antaranya. Dua elektron tersisa, yang sekarang akan ditempatkan pada tingkat yang lebih rendah dari pasangan kedua. Perhatikan lompatan kualitatif yang telah terjadi: sebelumnya, dua elektron ini menempati dua dari empat keadaan yang memiliki energi yang sama. Sekarang mereka memiliki kesempatan untuk memilih, dan mereka memposisikan diri sehingga total energi mereka lebih kecil. Tidak sulit membayangkan apa yang akan terjadi jika atom-atom berikut ditambahkan: untuk tiga atom, setiap tingkat awal akan terpecah menjadi tiga (lihat Gambar 3). Sembilan elektron akan ditempatkan sebagai berikut: enam di tingkat tiga serangkai yang lebih rendah yang muncul dari tingkat kulit terdalam atom yang paling dekat dengan nukleus; dua elektron lagi - di tingkat yang lebih rendah dari triad berikutnya; elektron yang tersisa berada di tingkat tengah dari triad yang sama. Satu tempat lagi di tingkat ini tetap gratis, dan tingkat atas benar-benar kosong. Jika Anda mengambil n atom (\(~n \gg 1\)), maka setiap level dibagi menjadi n tingkat jarak dekat membentuk, seperti yang mereka katakan, pita atau zona nilai energi yang diizinkan. Di pita bawah, semua keadaan ditempati, dan di bagian kedua - hanya setengah, dan tepatnya mereka yang energinya lebih rendah. Jalur berikutnya benar-benar kosong.

Jarak antara tingkat yang berdekatan di zona mudah diperkirakan. Wajar untuk mengasumsikan bahwa ketika atom saling mendekat, perubahan energi elektron atom kira-kira sama dengan panas penguapan zat, dihitung ulang per satu atom. Biasanya beberapa elektronvolt untuk logam, dan karenanya lebar pita total E, ditentukan oleh interaksi atom tetangga, harus memiliki skala yang sama, yaitu, E~ 1 eV 10 -19 J. Untuk jarak antar level diperoleh \(~\delta E \sim \dfrac(\Delta E)(n)\), dimana n adalah jumlah atom dalam sampel. Jumlah ini sangat besar: jarak antar atom hanya beberapa angstrom, dan volume per atom hanya ~ 10 -22 cm 3 . Jika sampel kami memiliki, untuk kepastian, volume 1 cm 3, maka untuk itu n 10 22 . Oleh karena itu, secara numerik ternyata E 10 -22 E 10 -41 J. Nilai ini sangat kecil sehingga seseorang selalu dapat mengabaikan kuantisasi energi di dalam zona dan menganggap bahwa nilai energi apa pun diperbolehkan di dalam zona.

Jadi, dalam kristal, tingkat energi dioleskan ke zona yang memiliki lebar yang sebanding dengan jarak di antara mereka. Elektron yang diperbolehkan adalah keadaan di dalam pita, dan di sini elektron dapat memiliki hampir semua energi (tentu saja, dalam lebar pita). Tetapi sangat penting bahwa jumlah tempat di setiap zona dibatasi secara ketat dan sama dengan dua kali jumlah atom yang menyusun kristal. Dan keadaan ini, bersama dengan prinsip energi minimum, menentukan distribusi elektron di atas zona. Sekarang kita siap untuk akhirnya memahami mengapa lithium menghantarkan arus. Mari kita lihat lagi Gambar 3. Apa yang terjadi? Sementara atom berada pada dirinya sendiri, semua elektron berada dalam keadaan yang terdefinisi dengan baik, benar-benar sama untuk semua atom. Sekarang atom telah bergabung menjadi kristal. Atom-atom itu sendiri dalam kristal tidak hanya sama, tetapi juga terletak persis sama relatif terhadap tetangganya (dengan pengecualian, tentu saja, atom yang menabrak permukaan kristal). Dan semua elektron sekarang memiliki energi yang berbeda. Ini hanya dapat terjadi jika elektron tidak lagi menjadi milik atom individu, tetapi setiap elektron telah "dibagi" di antara semua atom. Dengan kata lain, elektron bergerak bebas di dalam kristal ideal, seolah-olah membentuk cairan yang mengisi seluruh volume sampel. Dan arus listrik adalah aliran searah dari cairan ini, mirip dengan air yang mengalir melalui pipa.

Untuk memaksa air mengalir melalui pipa, perbedaan tekanan harus dibuat di ujung pipa. Kemudian, di bawah aksi gaya eksternal, molekul akan memperoleh kecepatan terarah - air akan mengalir. Munculnya kecepatan terarah sangat penting di sini, karena molekul itu sendiri bergerak secara kacau dengan kecepatan luar biasa - pada suhu kamar, kecepatan rata-rata gerakan termal molekul adalah sekitar 10 3 m/s. Jadi energi tambahan yang diperoleh molekul dalam aliran kecil dibandingkan dengan energi gerak termal.

Energi tambahan yang harus diberikan kepada sebuah elektron agar dapat berpartisipasi dalam gerakan terarah umum elektron dalam kristal (dan ini adalah arusnya) juga kecil dibandingkan dengan energi mandiri elektron. Ini mudah untuk diverifikasi. Kami telah mengatakan bahwa energi elektron sama dalam urutan besarnya menjadi 1 eV = 1,6 10 -19 J. Jika kita ingat bahwa untuk elektron bebas \(~E = \dfrac(m \upsilon^2)(2 )\) dan m\u003d 9,1 10 -31 kg, maka mudah untuk menemukan kecepatannya: υ ~ 10 6 m/s. Misalkan semua elektron berpartisipasi dalam arus, dan mereka berada dalam 1 m 3 konduktor n ~ 10 28 Z (Z adalah muatan inti). Kemudian di kawat dengan penampang S\u003d 10 -6 m 2 saat ini Saya 10 A (pada arus yang lebih tinggi kawat akan meleleh) kecepatan arah elektron adalah \(~\upsilon_H = \dfrac(I)(neS) \kira-kira 10^(-2) - 10^(-3)\ ) MS. Ini berarti bahwa energi elektron yang berpartisipasi dalam arus lebih besar daripada energi E elektron bebas hanya dengan 10 -8 E, yaitu sebesar 1,6 10 -27 J.

Dan di sini kita dihadapkan pada fakta yang mengejutkan: ternyata elektron yang terletak di pita bawah, yang biasa disebut pita valensi, tidak dapat mengubah energinya dalam jumlah kecil. Lagi pula, jika beberapa elektron meningkatkan energinya, ini berarti ia harus pindah ke tingkat lain, dan semua tingkat tetangga di pita valensi sudah terisi. Hanya ada lowongan di zona berikutnya. Tetapi untuk sampai ke sana, elektron harus mengubah energinya beberapa volt elektron sekaligus. Beginilah cara elektron duduk di pita valensi dan menunggu kue di langit - kuantum energik. Dan kuanta energi yang dibutuhkan ada dalam cahaya tampak atau ultraviolet.

Jadi, ada cairan, tetapi tidak bisa mengalir. Dan jika litium hanya memiliki dua elektron dalam satu atom, yaitu, jika kita membuat gambar untuk atom litium, maka kita akan mendapatkan isolator. Tetapi helium padat memang isolator, jadi kita sudah dapat mengucapkan selamat kepada diri kita sendiri atas beberapa keberhasilan: kita belum menjelaskan mengapa arus dapat mengalir dalam logam, tetapi kita memahami mengapa dielektrik, di mana ada banyak elektron dan semuanya "diolesi" seluruh kristal, tidak menghantarkan arus.

Tapi bagaimana dengan litium? Mengapa, dia memiliki zona kedua, yang hanya terisi setengahnya. Energi yang memisahkan tingkat terisi dan tingkat bebas dalam pita ini disebut energi Fermi E f. Seperti yang telah kami katakan, perbedaan energi antara tingkat dalam pita sangat kecil. Cukup bagi elektron yang terletak di zona dekat tingkat Fermi untuk sedikit meningkatkan energinya - dan itu gratis, di mana keadaan tidak ditempati. Tidak ada yang mencegah elektron dari garis batas meningkatkan energinya di bawah aksi medan listrik dan memperoleh kecepatan yang terarah. Tapi ini adalah saat ini! Tetapi elektron ini mudah kehilangan kecepatan arahnya ketika mereka bertabrakan dengan atom pengotor (yang selalu ada) atau dengan pelanggaran lain dari struktur kristal ideal. Ini menjelaskan hambatan saat ini.

Tampaknya jelas mengapa helium adalah isolator dan lithium adalah konduktor. Mari kita coba menerapkan ide-ide kita ke elemen berikutnya - berilium. Dan di sini - macet, modelnya tidak berfungsi. Berilium memiliki empat elektron, dan tampaknya zona pertama dan kedua harus terisi penuh, dan zona ketiga harus kosong. Ternyata isolator, sedangkan berilium adalah logam.

Intinya adalah ini. Jika lebar zona cukup besar, maka mereka dapat saling tumpang tindih. Tentang fenomena seperti itu mereka mengatakan bahwa zona itu tumpang tindih. Inilah yang terjadi pada berilium: energi minimum elektron di zona ketiga kurang dari energi maksimum di zona kedua. Oleh karena itu, ternyata secara energetik menguntungkan bagi elektron untuk meninggalkan bagian kosong dari pita kedua dan menempati keadaan di bagian bawah pita ketiga. Di sinilah logam masuk.

Apa yang akan terjadi pada elemen lainnya? Apakah zona tumpang tindih atau tidak, tidak mungkin untuk mengatakan sebelumnya, ini membutuhkan perhitungan komputer yang rumit, dan tidak selalu mungkin untuk mendapatkan jawaban yang andal. Tapi inilah yang luar biasa: dari skema kami, jika kita mengambil elemen dengan jumlah elektron ganjil, maka logam harus selalu diperoleh, jika hanya satu atom yang merupakan unit struktural dalam kristal. Tetapi hidrogen, misalnya, nitrogen dan fluor, tidak ingin mengkristal menjadi kisi seperti itu. Mereka lebih suka bersatu terlebih dahulu secara berpasangan, dan molekul yang mengandung jumlah elektron genap berbaris dalam kristal. Dan hukum mekanika kuantum tidak mencegahnya menjadi dielektrik.

Jadi, sekarang kita tahu apa itu logam dari sudut pandang fisika, dan menemukan esensi dari fenomena tersebut, memahami mengapa isolator dan konduktor ada pada prinsipnya. Kita telah melihat bahwa tidak ada cara mudah untuk menjelaskan mengapa zat tertentu merupakan isolator atau logam. Ini hanya dapat dilakukan dengan dipersenjatai dengan semua kekuatan peralatan mekanika kuantum modern dan teknologi komputer, tetapi ini sudah menjadi tugas spesialis.

Anda tahu bahwa sebagian besar unsur kimia diklasifikasikan sebagai logam - 92 dari 114 unsur yang diketahui.

logam - ini adalah unsur kimia, atom yang menyumbangkan elektron dari lapisan elektron terluar (dan beberapa pra-luar), berubah menjadi ion positif.

Sifat atom logam ini, seperti yang Anda ketahui, ditentukan oleh fakta bahwa mereka memiliki jari-jari yang relatif besar dan sejumlah kecil elektron (terutama dari 1 hingga 3) pada lapisan terluar.

Satu-satunya pengecualian adalah 6 logam: atom germanium, timah, timbal pada lapisan luar memiliki 4 elektron, atom antimon, bismut -5, atom polonium - 6.

Atom logam dicirikan oleh nilai elektronegativitas rendah (dari 0,7 hingga 1,9) dan sifat pereduksi eksklusif, yaitu kemampuan untuk menyumbangkan elektron.

Anda sudah tahu bahwa dalam Tabel Periodik Unsur Kimia D. I. Mendeleev, logam berada di bawah diagonal boron-astatin, saya juga di atasnya dalam subkelompok samping. Dalam subkelompok periode dan tanah liat, ada keteraturan yang Anda ketahui dalam mengubah logam, dan karenanya sifat pereduksi atom-atom unsur.

Unsur-unsur kimia yang terletak di dekat diagonal boron-astat memiliki sifat ganda: dalam beberapa senyawanya mereka berperilaku seperti logam, di lain mereka menunjukkan sifat-sifat non-logam.

Dalam subkelompok sekunder, sifat pereduksi logam paling sering menurun dengan meningkatnya nomor seri. Bandingkan aktivitas logam golongan I dari subkelompok samping yang Anda kenal: Cu, Ag, Au; Kelompok II dari subkelompok sekunder - dan Anda akan melihatnya sendiri.

Misalnya, ion natrium mengatur kadar air dalam tubuh, transmisi impuls saraf. Kekurangannya menyebabkan sakit kepala, kelemahan, ingatan yang buruk, kehilangan nafsu makan, dan kelebihannya menyebabkan peningkatan tekanan darah, hipertensi, dan penyakit jantung. Pakar nutrisi merekomendasikan untuk mengonsumsi tidak lebih dari 5 g (1 sendok teh) garam meja (NaCl) per orang dewasa per hari. Pengaruh logam terhadap kondisi hewan dan tumbuhan dapat dilihat pada Tabel 16.

Zat sederhana - logam
Dengan perkembangan produksi logam (zat sederhana) dan paduan, munculnya peradaban ("Zaman Perunggu", Zaman Besi) terhubung.

Gambar 38 menunjukkan diagram kisi kristal logam natrium. Di dalamnya, setiap atom natrium dikelilingi oleh delapan atom tetangga. Atom natrium, seperti semua logam, memiliki banyak orbital valensi bebas dan sedikit elektron valensi.

Satu-satunya elektron valensi atom natrium Zs 1 dapat menempati salah satu dari sembilan orbital bebas, karena tingkat energinya tidak jauh berbeda. Ketika atom saling mendekat, ketika kisi kristal terbentuk, orbital valensi atom tetangga tumpang tindih, karena elektron bergerak bebas dari satu orbital ke orbital lain, membuat hubungan antara semua atom kristal logam.

Jenis ikatan kimia ini disebut ikatan logam. Ikatan logam terbentuk oleh unsur-unsur yang atom-atomnya pada lapisan terluarnya memiliki sedikit elektron valensi dibandingkan dengan sejumlah besar orbital yang dekat secara energetik. Elektron valensi mereka terikat lemah di dalam atom. Elektron yang melakukan koneksi disosialisasikan dan bergerak di seluruh kisi kristal logam netral secara keseluruhan.

Zat dengan ikatan logam dicirikan oleh kisi kristal logam, yang biasanya digambarkan secara skematis sebagai tanda centang, seperti yang ditunjukkan pada gambar, simpulnya adalah kation dan atom logam. Elektron bersama secara elektrostatik menarik kation logam yang terletak di simpul kisi kristalnya, memastikan stabilitas dan kekuatannya (elektron bersama digambarkan sebagai bola hitam kecil).
Ikatan logam adalah ikatan dalam logam dan paduan antara ion-atom logam yang terletak di simpul kisi kristal, yang dilakukan oleh elektron valensi yang disosialisasikan.

Beberapa logam mengkristal dalam dua atau lebih bentuk kristal. Sifat zat ini - ada dalam beberapa modifikasi kristal - disebut polimorfisme. Polimorfisme untuk zat sederhana dikenal sebagai alotropi.

Timah memiliki dua modifikasi kristal:
. alpha - stabil di bawah 13,2 dengan kepadatan - 5,74 g/cm3. Ini timah abu-abu. Ini memiliki kisi kristal seperti berlian (atom):
. cupang - stabil di atas 13,2 dengan kepadatan p - 6,55 g/cm3. Ini timah putih.

Timah putih adalah logam yang sangat lunak. Ketika didinginkan di bawah 13,2 , ia hancur menjadi bubuk abu-abu, karena pada transisi | 1 » n volume spesifiknya meningkat secara signifikan. Fenomena ini disebut wabah timah. Tentu saja, jenis ikatan kimia khusus dan jenis kisi kristal logam harus menentukan dan menjelaskannya. properti fisik.

Apakah mereka? Ini adalah kilau logam, plastisitas, konduktivitas listrik dan konduktivitas termal yang tinggi, peningkatan hambatan listrik dengan meningkatnya suhu, serta sifat-sifat praktis yang signifikan seperti kerapatan, titik leleh dan titik didih, kekerasan, dan sifat magnetik.
Mari kita coba jelaskan alasan yang menentukan sifat fisik dasar logam. Mengapa logam termasuk plastik?

Tindakan mekanis pada kristal dengan kisi kristal logam menyebabkan lapisan ion-atom bergeser relatif satu sama lain, karena elektron bergerak di seluruh kristal, ikatan tidak terputus, oleh karena itu, logam dicirikan oleh plastisitas yang lebih besar.

Efek serupa pada zat padat dengan ikatan kovalen (kisi kristal atom) mengarah pada pemutusan ikatan kovalen. Putusnya ikatan dalam kisi ionik menyebabkan tolakan timbal balik dari ion bermuatan serupa (Gbr. 40). Oleh karena itu, zat dengan kisi kristal atom dan ionik bersifat rapuh.

Logam plastis yang paling banyak adalah Au, Af, Cu, Sn, Pb, Zn. Mereka mudah ditarik menjadi kawat, dapat ditempa, ditekan, digulung menjadi lembaran. Misalnya, kertas emas setebal 0,008 nm dapat dibuat dari emas, dan benang sepanjang 1 km dapat dibuat dari 0,5 g logam ini.

Bahkan merkuri, yang, seperti yang Anda ketahui, berbentuk cair pada suhu kamar, menjadi dapat ditempa seperti timah pada suhu rendah dalam bentuk padat. Hanya Bi dan Mn tidak memiliki plastisitas, mereka rapuh.

Mengapa logam memiliki kilau yang khas dan juga buram?
Elektron yang mengisi ruang interatomik memantulkan sinar cahaya (dan tidak mentransmisikan, seperti kaca), dan sebagian besar logam secara merata menyebarkan semua sinar dari bagian spektrum yang terlihat. Karena itu, mereka memiliki warna putih keperakan atau abu-abu. Strontium, emas dan tembaga menyerap panjang gelombang pendek (mendekati ungu) ke tingkat yang lebih besar dan mencerminkan panjang gelombang panjang dari spektrum cahaya, oleh karena itu mereka memiliki warna kuning muda, kuning dan tembaga, masing-masing.

Meskipun dalam praktiknya, Anda tahu, logam tidak selalu tampak bagi kita sebagai benda yang ringan. Pertama, permukaannya dapat teroksidasi dan kehilangan kilaunya. Karena itu, tembaga asli terlihat seperti batu kehijauan. Dan kedua, bahkan logam murni pun mungkin tidak bersinar. Lembaran perak dan emas yang sangat tipis memiliki penampilan yang sama sekali tidak terduga - mereka memiliki warna hijau kebiruan. Dan serbuk logam halus tampak abu-abu gelap, bahkan hitam.

Perak, aluminium, paladium memiliki reflektifitas tertinggi. Mereka digunakan dalam pembuatan cermin, termasuk lampu sorot.
Mengapa logam memiliki konduktivitas listrik dan konduktivitas termal yang tinggi?

Elektron yang bergerak secara kacau dalam logam di bawah pengaruh tegangan listrik yang diterapkan memperoleh gerakan terarah, yaitu, mereka menghantarkan arus listrik. Dengan peningkatan suhu meta-kutu, amplitudo getaran atom dan ion yang terletak di simpul kisi kristal meningkat. Hal ini membuat elektron sulit untuk bergerak, dan konduktivitas listrik logam menurun. Pada suhu rendah, gerakan osilasi, sebaliknya, sangat berkurang dan konduktivitas listrik logam meningkat tajam. Mendekati nol mutlak, praktis tidak ada hambatan dalam logam, dan superkonduktivitas muncul di sebagian besar logam.

Perlu dicatat bahwa non-logam dengan konduktivitas listrik (misalnya, grafit), pada suhu rendah, sebaliknya, tidak menghantarkan arus listrik karena tidak adanya elektron bebas. Dan hanya dengan peningkatan suhu dan penghancuran beberapa ikatan kovalen, konduktivitas listriknya mulai meningkat.

Perak, tembaga, serta emas, aluminium memiliki konduktivitas listrik tertinggi, mangan, timbal, dan merkuri terendah.

Paling sering, dengan keteraturan yang sama dengan konduktivitas listrik, konduktivitas termal logam berubah.

Mereka disebabkan oleh mobilitas elektron bebas yang tinggi, yang, bertabrakan dengan ion dan atom yang bergetar, bertukar energi dengan mereka. Oleh karena itu, ada pemerataan suhu di seluruh bagian logam.

Kekuatan mekanik, kepadatan, titik leleh logam sangat berbeda. Selain itu, dengan peningkatan jumlah elektron yang mengikat ion-atom, dan penurunan jarak antar atom dalam kristal, indikator sifat ini meningkat.

Jadi, logam alkali, yang atomnya memiliki satu elektron valensi, lunak (dipotong dengan pisau), dengan kepadatan rendah (lithium adalah logam paling ringan dengan p - 0,53 g / cm3) dan meleleh pada suhu rendah (misalnya, titik leleh cesium adalah 29 "C) Satu-satunya logam yang cair dalam kondisi normal - merkuri - memiliki titik leleh 38,9 "C.

Kalsium, yang memiliki dua elektron di tingkat energi terluar atom, jauh lebih keras dan meleleh pada suhu yang lebih tinggi (842º C).

Bahkan lebih melengkung adalah kisi kristal yang dibentuk oleh atom skandium, yang memiliki tiga elektron valensi.

Tetapi kisi kristal terkuat, kepadatan tinggi, dan titik leleh diamati pada logam dari subkelompok sekunder kelompok V, VI, VII, VIII. Hal ini dijelaskan oleh. bahwa untuk logam dari subkelompok samping yang memiliki elektron valensi yang tidak tersimpan pada sublevel d, pembentukan ikatan kovalen yang sangat kuat antara atom adalah karakteristik, selain ikatan logam, yang dilakukan oleh elektron lapisan terluar dari orbital s.

Ingatlah bahwa logam terberat adalah osmium (komponen paduan superhard dan tahan aus), logam yang paling tahan api adalah tungsten (digunakan untuk membuat filamen lampu), logam terkeras adalah kromium Cr (goresan kaca). Mereka adalah bagian dari bahan dari mana alat pemotong logam, bantalan rem mesin berat, dll. dibuat.

Logam berbeda sehubungan dengan medan magnet. Tetapi tanda ini mereka dibagi menjadi tiga kelompok:
. feromagnetik Mampu menjadi magnet di bawah pengaruh medan magnet yang lemah sekalipun (besi - bentuk alfa, kobalt, nikel, gadolinium);

Paramagnetik menunjukkan kemampuan magnetisasi yang lemah (aluminium, kromium, titanium, hampir semua lantanida);

Diamagnetik tidak tertarik pada magnet, bahkan sedikit menolaknya (timah, terdampar, bismut).

Ingatlah bahwa ketika mempertimbangkan struktur elektronik logam, kami membagi logam menjadi logam dari subkelompok utama (elemen k dan p) dan logam dari subkelompok sekunder.

Dalam rekayasa, merupakan kebiasaan untuk mengklasifikasikan logam menurut berbagai sifat fisik:

a) kepadatan - cahaya (p< 5 г/см3) и тяжелые (все остальные);

b) titik leleh - melebur dan tahan api.

Ada klasifikasi logam menurut sifat kimianya.
Logam dengan aktivitas kimia rendah disebut mulia (perak, emas, platinum dan analognya - osmium, iridium, rutenium, paladium, rhodium).
Menurut kedekatan sifat kimia, alkali (logam golongan I dari subkelompok utama), alkali tanah (kalsium, strontium, barium, radium), serta logam tanah jarang (skandium, itrium, lantanum dan lantanida, aktinium dan aktinida) dibedakan.

Sifat kimia umum logam
Atom logam melepaskan elektron valensi relatif mudah dan masuk ke nons bermuatan positif, yaitu, mereka teroksidasi. Ini, seperti yang Anda ketahui, adalah sifat umum utama dari atom dan zat logam sederhana.

Logam dalam reaksi kimia selalu merupakan zat pereduksi. Kemampuan mereduksi atom zat sederhana - logam, yang dibentuk oleh unsur-unsur kimia dari satu periode atau satu subkelompok utama dari sistem periodik D. I. Mendeleev, berubah secara alami.

Aktivitas pereduksi logam dalam reaksi kimia yang terjadi dalam larutan air mencerminkan posisinya dalam deret elektrokimia tegangan logam.

1. Semakin ke kiri logam pada baris ini, semakin kuat zat pereduksinya.
2. Setiap logam dapat menggantikan (memulihkan) dari garam dalam larutan logam-logam yang mengikutinya (ke kanan) dalam serangkaian tegangan.
3. Logam yang berada dalam rangkaian tegangan di sebelah kiri hidrogen mampu menggantikannya dari asam dalam larutan.
4. Logam, yang merupakan zat pereduksi terkuat (basa dan alkali tanah), dalam larutan berair berinteraksi terutama dengan air.

Aktivitas reduksi suatu logam, yang ditentukan dari deret elektrokimia, tidak selalu sesuai dengan posisinya dalam Tabel Periodik. Hal ini dijelaskan oleh. Bahwa ketika menentukan posisi logam dalam serangkaian tegangan, tidak hanya energi pelepasan elektron dari atom individu yang diperhitungkan, tetapi juga energi yang dikeluarkan untuk penghancuran kisi kristal, serta energi yang dilepaskan selama hidrasi ion.

Setelah mempertimbangkan ketentuan umum yang mencirikan sifat pereduksi logam, kita beralih ke reaksi kimia spesifik.

Interaksi dengan zat non-logam sederhana
1. Dengan oksigen, sebagian besar logam membentuk oksida - basa dan amfoter.

Litium dan logam alkali tanah bereaksi dengan oksigen atmosfer untuk membentuk oksida basa.
2. Dengan halogen, logam membentuk garam dari asam hidrohalat.

3. Dengan hidrogen, logam yang paling aktif membentuk hidrida - garam ionik, salah satu zat umum di mana hidrogen memiliki tingkat oksidasi -1, misalnya: kalsium hidrida.

4. Logam membentuk garam dengan belerang - sulfida.

5. Logam bereaksi dengan nitrogen agak lebih sulit, karena ikatan kimia dalam molekul nitrogen ^r sangat kuat, dan nitrida terbentuk. Pada suhu biasa, hanya litium yang berinteraksi dengan nitrogen.
Interaksi dengan zat kompleks
1. Dengan air. Logam alkali dan alkali tanah dalam kondisi normal menggantikan hidrogen dari air dan membentuk basa alkali yang larut.

Logam lain, berdiri dalam serangkaian tegangan hingga hidrogen, juga dapat, dalam kondisi tertentu, menggantikan hidrogen dari air. Tapi aluminium berinteraksi keras dengan air hanya jika film oksida dihilangkan dari permukaannya.
Magnesium berinteraksi dengan air hanya ketika mendidih, dan hidrogen juga dilepaskan. Jika magnesium yang terbakar ditambahkan ke air, maka pembakaran berlanjut, saat reaksi berlangsung: hidrogen terbakar. Besi berinteraksi dengan air hanya ketika dipanaskan.
2. Logam yang berada dalam rangkaian tegangan hingga hidrogen berinteraksi dengan asam dalam larutan. Ini menghasilkan garam dan hidrogen. Tetapi timbal (dan beberapa logam lainnya), meskipun posisinya dalam rangkaian tegangan (di sebelah kiri hidrogen), hampir tidak larut dalam asam sulfat encer, karena timbal sulfat PbSO yang dihasilkan tidak larut dan menciptakan lapisan pelindung pada permukaan logam. .

3. Dengan garam dari logam yang kurang aktif dalam larutan. Sebagai hasil dari reaksi tersebut, garam dari logam yang lebih aktif terbentuk dan logam yang kurang aktif dilepaskan dalam bentuk bebas.

4. Dengan zat organik. Interaksi dengan asam organik mirip dengan reaksi dengan asam mineral. Alkohol, di sisi lain, dapat menunjukkan sifat asam lemah ketika berinteraksi dengan logam alkali.
Logam berpartisipasi dalam reaksi dengan haloalkana, yang digunakan untuk memperoleh sikloalkana yang lebih rendah dan untuk sintesis, di mana kerangka karbon molekul menjadi lebih kompleks (reaksi A. Wurtz):

5. Logam yang hidroksidanya bersifat amfoter berinteraksi dengan basa dalam larutan.
6. Logam dapat membentuk senyawa kimia satu sama lain, yang secara kolektif disebut senyawa intermetalik. Mereka paling sering tidak menunjukkan keadaan oksidasi atom, yang merupakan karakteristik senyawa logam dengan non-logam.

Senyawa intermetalik biasanya tidak memiliki komposisi yang konstan, ikatan kimia di dalamnya terutama logam. Pembentukan senyawa ini lebih khas untuk logam subkelompok sekunder.

Oksida logam dan hidroksida
Oksida yang dibentuk oleh logam khas diklasifikasikan sebagai pembentuk garam, bersifat basa.

Oksida dan hidroksida dari beberapa logam bersifat amfoter, yaitu, mereka dapat menunjukkan sifat dasar dan asam, tergantung pada zat yang berinteraksi dengannya.

Sebagai contoh:

Banyak logam dari subkelompok sekunder, yang memiliki keadaan oksidasi variabel dalam senyawa, dapat membentuk beberapa oksida dan hidroksida, yang sifatnya tergantung pada keadaan oksidasi logam.

Misalnya, kromium dalam senyawa menunjukkan tiga keadaan oksidasi: +2, +3, +6, oleh karena itu ia membentuk tiga rangkaian oksida dan hidroksida, dan dengan peningkatan bilangan oksidasi, karakter asam meningkat dan karakter basa melemah.

Korosi logam
Ketika logam berinteraksi dengan zat lingkungan, senyawa terbentuk di permukaannya yang memiliki sifat yang sama sekali berbeda dari logam itu sendiri. Dalam nada normal, kita sering menggunakan kata "karat", "berkarat", melihat lapisan coklat-merah pada produk yang terbuat dari besi dan paduannya. Karat adalah bentuk umum dari korosi.

Korosi- ini adalah proses penghancuran spontan logam dan paduan di bawah pengaruh lingkungan eksternal (dari lat. - korosi).

Namun, hampir semua logam mengalami kehancuran, akibatnya banyak propertinya memburuk (atau hilang sama sekali): kekuatan, keuletan, kilap berkurang, konduktivitas listrik berkurang, dan gesekan antara bagian-bagian mesin yang bergerak meningkat, dimensi bagian-bagian berubah, dll.

Korosi logam dapat berlangsung terus menerus dan lokal.

Jenis korosi yang paling umum adalah kimia dan elektrokimia.

I. Korosi kimia terjadi di lingkungan non-konduktif. Jenis korosi ini memanifestasikan dirinya dalam kasus interaksi logam dengan gas atau cairan kering - non-elektrolit (bensin, minyak tanah, dll.). Bagian dan komponen mesin, turbin gas, peluncur roket mengalami kehancuran seperti itu. Korosi kimia sering diamati selama pemrosesan logam pada suhu tinggi.

Sebagian besar logam dioksidasi oleh oksigen atmosfer, membentuk film oksida di permukaan. Jika film ini kuat, padat, terikat dengan baik pada logam, maka itu melindungi logam dari kehancuran lebih lanjut. Dalam besi, itu longgar, keropos, mudah dipisahkan dari permukaan dan karena itu tidak mampu melindungi logam dari kehancuran lebih lanjut.

II. Korosi elektrokimia terjadi pada media konduktif (elektrolit) dengan munculnya arus listrik di dalam sistem. Biasanya, logam dan paduan bersifat heterogen dan mengandung inklusi berbagai pengotor. Ketika mereka bersentuhan dengan elektrolit, beberapa bagian permukaan mulai memainkan peran anoda (menyumbangkan elektron), sementara yang lain memainkan peran katoda (menerima elektron).

Dalam satu kasus, evolusi gas (Hg) akan diamati. Di sisi lain - pembentukan karat.

Jadi, korosi elektrokimia adalah reaksi yang terjadi pada media yang menghantarkan arus (berbeda dengan korosi kimia). Proses terjadi ketika dua logam bersentuhan atau pada permukaan logam yang mengandung inklusi yang konduktor kurang aktif (mungkin juga non-logam).

Pada anoda (logam yang lebih aktif), atom logam dioksidasi membentuk kation (larutan).

Pada katoda (konduktor kurang aktif), ion hidrogen atau molekul oksigen direduksi dengan pembentukan ion H2 atau OH-hidroksida, masing-masing.

Kation hidrogen dan oksigen terlarut adalah oksidator paling penting yang menyebabkan korosi elektrokimia.

Laju korosi semakin besar, semakin banyak logam (logam dan pengotor) berbeda dalam aktivitasnya (untuk logam, semakin jauh jaraknya dalam rangkaian tegangan). Korosi meningkat secara signifikan dengan meningkatnya suhu.

Elektrolitnya bisa berupa air laut, air sungai, uap air kental dan, tentu saja, elektrolit terkenal - larutan garam, asam, alkali.

Anda jelas ingat bahwa di musim dingin, garam teknis (natrium klorida, kadang-kadang kalsium klorida, dll.) Digunakan untuk menghilangkan salju dan es dari trotoar. Solusi yang dihasilkan mengalir ke saluran pipa saluran pembuangan, sehingga menciptakan lingkungan yang menguntungkan untuk korosi elektrokimia dari utilitas bawah tanah.

Metode perlindungan korosi
Sudah dalam desain struktur logam, pembuatannya menyediakan langkah-langkah untuk melindungi dari korosi.

1. Mengamplas permukaan produk agar kelembapan tidak tertinggal di atasnya.

2. Penggunaan paduan paduan yang mengandung aditif khusus: kromium, nikel, yang pada suhu tinggi membentuk lapisan oksida yang stabil pada permukaan logam. Baja paduan terkenal - baja tahan karat, dari mana barang-barang rumah tangga (garpu berselubung, sendok), bagian-bagian mesin, dan peralatan dibuat.

3. Aplikasi lapisan pelindung. Pertimbangkan jenisnya.

Non-logam - minyak non-pengoksidasi, pernis khusus, cat. Benar, mereka berumur pendek, tetapi harganya murah.

Kimia - film permukaan yang dibuat secara artifisial: oksida, sitrat, silisida, polimer, dll. Misalnya, semua senjata kecil Detail dari banyak instrumen presisi dipoles - ini adalah proses mendapatkan film oksida besi tertipis pada permukaan baja produk. Film oksida buatan yang dihasilkan sangat tahan lama dan memberikan produk warna hitam dan warna biru yang indah. Lapisan polimer terbuat dari polietilen, polivinil klorida, resin poliamida. Mereka diterapkan dalam dua cara: produk yang dipanaskan ditempatkan dalam bubuk polimer, yang meleleh dan dilas ke logam, atau permukaan logam diperlakukan dengan larutan polimer dalam pelarut suhu rendah, yang dengan cepat menguap, dan film polimer tetap pada produk.

Pelapis logam adalah pelapis dengan logam lain, di mana permukaan film pelindung yang stabil terbentuk di bawah aksi zat pengoksidasi.

Aplikasi kromium ke permukaan - pelapisan krom, pelapisan nikel - nikel, pelapisan seng - seng, timah - timah, dll. Pelapisan juga dapat berfungsi sebagai logam pasif kimia - emas, perak, tembaga.

4. Metode perlindungan elektrokimia.

Pelindung (anodik) - sepotong logam yang lebih aktif (pelindung) melekat pada struktur logam yang dilindungi, yang berfungsi sebagai anoda dan dihancurkan dengan adanya elektrolit. Magnesium, aluminium, seng digunakan sebagai pelindung saat melindungi lambung kapal, saluran pipa, kabel, dan produk bergaya lainnya;

Katoda - struktur logam terhubung ke katoda dari sumber arus eksternal, yang menghilangkan kemungkinan penghancuran anodanya

5. Perlakuan khusus terhadap elektrolit atau lingkungan di mana struktur logam yang dilindungi berada.

Diketahui bahwa pengrajin Damaskus untuk kerak dan
karat menggunakan larutan asam sulfat dengan penambahan ragi, tepung, pati. Ini membawa dan berada di antara penghambat pertama. Mereka tidak membiarkan asam bekerja pada logam senjata, akibatnya, hanya kerak dan karat yang larut. Tukang senjata Ural menggunakan sup acar untuk tujuan ini - larutan asam sulfat dengan penambahan dedak tepung.

Contoh penggunaan inhibitor modern: selama transportasi dan penyimpanan, asam klorida "dijinakkan" dengan sempurna oleh turunan butilamina. dan asam sulfat - asam nitrat; dietilamina yang mudah menguap disuntikkan ke dalam berbagai wadah. Perhatikan bahwa inhibitor hanya bekerja pada logam, membuatnya pasif terhadap media, misalnya, ke larutan asam. Lebih dari 5 ribu inhibitor korosi diketahui sains.

Penghapusan oksigen terlarut dalam air (deaerasi). Proses ini digunakan dalam persiapan air yang masuk ke pabrik boiler.

Metode untuk mendapatkan logam
Aktivitas kimia logam yang signifikan (interaksi dengan oksigen atmosfer, non-logam lainnya, air, larutan garam, asam) mengarah pada fakta bahwa mereka ditemukan di kerak bumi terutama dalam bentuk senyawa: oksida, sulfida, sulfat, klorida, karbonat, dll.
Dalam bentuk bebas, ada logam yang terletak dalam rangkaian tegangan di sebelah kanan hidrogen, meskipun lebih sering tembaga dan merkuri dapat ditemukan di alam dalam bentuk senyawa.

Mineral dan batuan yang mengandung logam dan senyawanya, dari mana ekstraksi logam murni dimungkinkan secara teknis dan ekonomis, disebut bijih.

Mendapatkan logam dari bijih adalah tugas metalurgi.
Metalurgi juga merupakan ilmu metode industri untuk memperoleh logam dari bijih. dan sektor industri.
Setiap proses metalurgi adalah proses reduksi ion logam dengan bantuan berbagai zat pereduksi.

Untuk menerapkan proses ini, perlu mempertimbangkan aktivitas logam, memilih agen pereduksi, mempertimbangkan kelayakan teknologi, faktor ekonomi dan lingkungan. Sesuai dengan ini, ada metode berikut untuk mendapatkan logam: pirometalurgi. hidrometalurgi, elektrometalurgi.

pirometalurgi- pemulihan logam dari bijih pada suhu tinggi menggunakan karbon, karbon monoksida (II). hidrogen, logam - aluminium, magnesium.

Misalnya, timah direduksi dari kasiterit, dan tembaga dari kuprit melalui kalsinasi dengan batu bara (kokas). Bijih sulfida terlebih dahulu dipanggang dengan akses udara, dan kemudian oksida yang dihasilkan direduksi dengan batubara. Logam juga diisolasi dari bijih karbonat dengan memompa a dengan batu bara, karena karbonat terurai ketika dipanaskan, berubah menjadi oksida, dan yang terakhir direduksi oleh batu bara.
Hidrometalurgi adalah reduksi logam menjadi mereka oleh garamnya dalam larutan. Proses berlangsung dalam 2 tahap: 1) senyawa alami dilarutkan dalam reagen yang sesuai untuk mendapatkan larutan garam dari logam ini; 2) dari larutan yang dihasilkan, logam ini digantikan oleh yang lebih aktif atau dipulihkan dengan elektrolisis. Misalnya, untuk mendapatkan tembaga dari bijih yang mengandung oksida tembaga, CuO, diperlakukan dengan asam sulfat encer.

Tembaga diekstraksi dari larutan garam baik dengan elektrolisis atau dipindahkan dari sulfat dengan besi. Perak, seng, molibdenum, emas, uranium diperoleh dengan cara ini.

Elektrometalurgi— pemulihan logam dalam proses elektrolisis larutan atau lelehan senyawanya.

Elektrolisa
Jika elektroda diturunkan ke dalam larutan elektrolit atau meleleh dan arus listrik searah dilewatkan, maka ion akan bergerak ke arah: kation - ke katoda (elektroda bermuatan negatif), anion - ke anoda (elektroda bermuatan positif) .

Di katoda, kation menerima elektron dan direduksi di anoda, anion menyumbangkan elektron dan dioksidasi. Proses ini disebut elektrolisis.
Elektrolisis adalah proses redoks yang terjadi pada elektroda ketika arus listrik melewati larutan atau larutan elektrolit.

Contoh paling sederhana dari proses tersebut adalah elektrolisis garam cair. Pertimbangkan proses elektrolisis lelehan natrium klorida. Proses disosiasi termal terjadi di dalam lelehan. Di bawah aksi arus listrik, kation bergerak menuju katoda dan menerima elektron darinya.
Logam natrium terbentuk di katoda, dan gas klorin terbentuk di anoda.

Hal utama yang harus diingat adalah bahwa dalam proses elektrolisis, reaksi kimia terjadi karena energi listrik, yang tidak dapat berlangsung secara spontan.

Situasinya lebih rumit dalam kasus elektrolisis larutan elektrolit.

Dalam larutan garam, selain ion logam dan residu asam, ada molekul air. Oleh karena itu, ketika mempertimbangkan proses pada elektroda, perlu untuk memperhitungkan partisipasi mereka dalam elektrolisis.

Aturan berikut ada untuk menentukan produk elektrolisis larutan elektrolit.

1. Proses di katoda tidak tergantung pada bahan katoda yang membuatnya, tetapi pada posisi logam (kation elektrolit) dalam rangkaian tegangan elektrokimia, dan jika:
1.1. Kation elektrolit terletak pada rangkaian tegangan di awal rangkaian (bersama dengan Al termasuk), kemudian proses reduksi air berlangsung di katoda (dilepaskan hidrogen). Kation logam tidak berkurang, mereka tetap dalam larutan.
1.2. Kation elektrolit berada dalam rangkaian tegangan antara aluminium dan hidrogen, kemudian kedua non-logam dan molekul air di katoda direduksi.

1.3. Kation elektrolit berada dalam rangkaian tegangan setelah hidrogen, kemudian kation logam direduksi di katoda.
1.4. Solusinya mengandung kation dari logam yang berbeda, kemudian kation logam yang diunduh dipulihkan, berdiri dalam serangkaian tegangan
Aturan-aturan ini ditunjukkan pada Gambar 10.

2. Proses di anoda tergantung pada bahan anoda dan pada sifat anoda (Skema 11).
2.1. Jika anoda dilarutkan (besi, seng, tembaga, perak dan semua logam yang teroksidasi selama elektrolisis), maka logam anoda teroksidasi, terlepas dari sifat anionnya. 2. Jika anoda tidak larut (disebut inert - grafit, emas, platinum), maka:
a) selama elektrolisis larutan garam asam anoksik (prome fluorida), anion dioksidasi di anoda;
b) selama elektrolisis larutan garam asam yang mengandung oksigen dan fluorida di anoda, terjadi proses oksidasi air. Anion tidak teroksidasi, mereka tetap dalam larutan;

Elektrolisis lelehan dan larutan zat banyak digunakan dalam industri:
1. Untuk mendapatkan logam (aluminium, magnesium, natrium, kadmium hanya diperoleh dengan elektrolisis).
2. Untuk mendapatkan hidrogen, halogen, alkali.
3. Untuk pemurnian logam - pemurnian (pemurnian tembaga, nikel, timbal dilakukan dengan metode elektrokimia).
4. Untuk melindungi logam dari korosi - menerapkan lapisan pelindung berupa lapisan tipis logam lain yang tahan terhadap korosi (kromium, nikel, tembaga, perak, emas) - elektroplating.

5. Memperoleh salinan logam, catatan - pelapisan listrik.
1. Bagaimana struktur logam terkait dengan lokasinya dalam subkelompok utama dan sekunder dari Tabel Periodik Unsur Kimia D. I. Mendeleev?
2. Mengapa logam alkali dan alkali tanah memiliki tingkat oksidasi tunggal dalam senyawa: (+1) dan (+2), masing-masing, sedangkan logam dari subkelompok sekunder, biasanya, menunjukkan keadaan oksidasi yang berbeda dalam senyawa? 8. Apa keadaan oksidasi yang dapat ditunjukkan mangan? Oksida dan hidroksida apa yang sesuai dengan mangan dalam keadaan oksidasi ini? Apa karakter mereka?
4. Bandingkan struktur elektron atom unsur golongan VII: mangan dan klorin. Jelaskan perbedaan sifat kimianya dan adanya perbedaan derajat oksidasi atom pada kedua unsur tersebut.
5. Mengapa posisi logam dalam deret tegangan elektrokimia tidak selalu sesuai dengan posisinya dalam sistem periodik D. I. Mendeleev?
9. Buatlah persamaan reaksi natrium dan magnesium dengan asam asetat. Dalam hal apa dan mengapa laju reaksi akan lebih cepat?
11. Metode apa untuk mendapatkan logam yang Anda ketahui? Apa inti dari semua metode?
14. Apa itu korosi? Jenis korosi apa yang Anda ketahui? Manakah yang termasuk proses fisika dan kimia?
15. Dapatkah proses berikut dianggap korosi: a) oksidasi besi selama pengelasan listrik, b) interaksi seng dengan asam klorida dalam memperoleh asam tergores untuk penyolderan? Berikan jawaban yang masuk akal.
17. Produk mangan berada di dalam air dan tidak bersentuhan dengan produk tembaga. Akankah keduanya tetap tidak berubah?
18. Apakah struktur besi akan terlindung dari korosi elektrokimia dalam air jika pelat logam lain diperkuat di atasnya: a) magnesium, b) timbal, c) nikel?

19. Untuk tujuan apa permukaan tangki penyimpanan produk minyak bumi (bensin, minyak tanah) dicat dengan perak - campuran bubuk aluminium dengan salah satu minyak nabati?

Informasi umum tentang logam

Anda tahu bahwa sebagian besar unsur kimia diklasifikasikan sebagai logam - 92 dari 114 unsur yang diketahui.

Logam adalah unsur kimia yang atom-atomnya menyumbangkan elektron dari lapisan elektron terluar (dan beberapa dari lapisan terluar), berubah menjadi ion positif.

Sifat atom logam ini, seperti yang Anda ketahui, ditentukan oleh fakta bahwa mereka memiliki jari-jari yang relatif besar dan sejumlah kecil elektron (terutama dari 1 hingga 3) pada lapisan terluar.

Satu-satunya pengecualian adalah 6 logam: atom germanium, timah, timbal pada lapisan luar memiliki 4 elektron, atom antimon, bismut -5, atom polonium - 6.

Atom logam dicirikan oleh nilai elektronegativitas rendah (dari 0,7 hingga 1,9) dan sifat pereduksi eksklusif, yaitu kemampuan untuk menyumbangkan elektron.

Anda sudah tahu bahwa dalam Tabel Periodik Unsur Kimia D. I. Mendeleev, logam berada di bawah diagonal boron-astatin, saya juga di atasnya dalam subkelompok sekunder. Dalam subkelompok periode dan tanah liat, ada keteraturan yang Anda ketahui dalam mengubah logam, dan karenanya sifat pereduksi atom-atom unsur.

Unsur-unsur kimia yang terletak di dekat diagonal boron-astat memiliki sifat ganda: dalam beberapa senyawanya mereka berperilaku seperti logam, di lain mereka menunjukkan sifat-sifat non-logam.

Hal ini dapat dijelaskan dengan fakta bahwa kekuatan ikatan elektron valensi dengan inti atom logam-logam tersebut lebih dipengaruhi oleh nilai muatan inti, dan bukan oleh jari-jari atom. Nilai muatan inti meningkat secara signifikan, daya tarik elektron ke inti meningkat. Dalam hal ini, meskipun jari-jari atom meningkat, itu tidak sepenting logam dari subkelompok utama.

Zat sederhana yang dibentuk oleh unsur kimia - logam, dan zat kompleks yang mengandung logam memainkan peran penting dalam "kehidupan" mineral dan organik Bumi. Cukuplah diingat bahwa atom (non) unsur logam merupakan bagian integral dari senyawa yang menentukan metabolisme dalam tubuh manusia, hewan, dan tumbuhan. Misalnya, 76 elemen ditemukan dalam darah manusia, dan hanya 14 di antaranya yang bukan logam. Dalam tubuh manusia, beberapa unsur logam (kalsium, kalium, natrium, magnesium) hadir dalam jumlah besar, yaitu makronutrien. Dan logam seperti kromium, mangan, besi, kobalt, tembaga, seng, molibdenum hadir dalam jumlah kecil, yaitu, ini adalah elemen jejak. Jika seseorang memiliki berat 70 kg, maka tubuhnya mengandung (dalam gram): kalsium - 1700, kalium - 250, natrium - 70, magnesium - 42, zat besi - 5. seng - 3. Semua logam sangat penting, masalah kesehatan muncul dan dalam kekurangan dan kelebihannya.

Zat sederhana - logam

Dengan perkembangan produksi logam (zat sederhana) dan paduan, munculnya peradaban ("Zaman Perunggu", Zaman Besi) terhubung.

Revolusi ilmiah dan teknologi yang dimulai sekitar 100 tahun yang lalu, yang mempengaruhi baik industri maupun lingkungan sosial, juga terkait erat dengan produksi logam. Atas dasar tungsten, molibdenum, titanium dan logam lainnya, mereka mulai membuat paduan tahan korosi, superhard, tahan api, yang penggunaannya sangat memperluas kemungkinan teknik mesin. Dalam teknologi nuklir dan luar angkasa, paduan tungsten dan renium digunakan untuk membuat suku cadang yang beroperasi pada suhu hingga 3000 . dalam kedokteran, instrumen bedah yang terbuat dari paduan tantalum dan platinum, keramik unik berdasarkan titanium dan zirkonium oksida digunakan.

Dan tentu saja, kita tidak boleh lupa bahwa di sebagian besar paduan logam besi yang sudah lama dikenal digunakan (Gbr. 37), dan dasar dari banyak paduan ringan adalah logam yang relatif "muda": aluminium dan magnesium.

Supernova adalah bahan komposit yang mewakili, misalnya, polimer atau keramik, yang di dalamnya (seperti beton dengan batang besi) diperkuat dengan serat logam, yang dapat dibuat dari tungsten, molibdenum, baja dan logam serta paduan lainnya - semuanya tergantung pada tujuan yang diperlukan untuk mencapai sifat materialnya.

Anda sudah memiliki gambaran tentang sifat ikatan kimia dalam kristal logam. Ingat, menggunakan contoh salah satunya - natrium, bagaimana ia terbentuk.
Gambar 38 menunjukkan diagram kisi kristal logam natrium. Di dalamnya, setiap atom natrium dikelilingi oleh delapan atom tetangga. Atom natrium, seperti semua logam, memiliki banyak orbital valensi bebas dan sedikit elektron valensi.

Satu-satunya elektron valensi atom natrium Zs 1 dapat menempati salah satu dari sembilan orbital bebas, karena tingkat energinya tidak jauh berbeda. Ketika atom saling mendekat, ketika kisi kristal terbentuk, orbital valensi atom tetangga tumpang tindih, karena elektron tidak bergerak bebas dari satu orbital ke orbital lain, membuat hubungan antara semua atom kristal logam.

Zat dengan ikatan logam dicirikan oleh kisi kristal logam, yang biasanya digambarkan secara skematis sebagai tanda centang, seperti yang ditunjukkan pada gambar, simpulnya adalah kation dan atom logam. Elektron bersama secara elektrostatik menarik kation logam yang terletak di sekitar kisi kristalnya, memastikan stabilitas dan kekuatannya (elektron bersama digambarkan sebagai bola kecil hitam).

Ikatan logam adalah ikatan dalam logam dan paduan antara atom-ion logam yang terletak di kisi kristal, yang dilakukan oleh elektron valensi yang disosialisasikan.

Timah memiliki dua modifikasi kristal:
alpha - stabil di bawah 13,2 dengan kepadatan - 5,74 g/cm3. Ini timah abu-abu. Ia memiliki kisi kristal almaav (atom):
cupang - stabil di atas 13,2 dengan kepadatan p - 6,55 g/cm3. Ini timah putih.

Mari kita coba jelaskan alasan yang menentukan sifat fisik dasar logam. Mengapa logam termasuk plastik?

Efek serupa pada padatan dengan ikatan penghubung (kisi kristal atom) mengarah pada pemutusan ikatan kovalen. Putusnya ikatan dalam kisi ionik menyebabkan tolakan timbal balik dari ion bermuatan serupa (Gbr. 40). Oleh karena itu, zat dengan kisi kristal atom dan ionik bersifat rapuh.

Logam yang paling ulet adalah Au, Af, Cu, Sn, Pb, Zn. Mereka mudah ditarik menjadi kawat, dapat ditempa, ditekan, digulung menjadi lembaran. Misalnya, kertas emas setebal 0,008 nm dapat dibuat dari emas, dan benang sepanjang 1 km dapat dibuat dari 0,5 g logam ini.

Mengapa logam memiliki kilau yang khas dan juga buram?

Elektron yang mengisi ruang interatomik memantulkan sinar cahaya (dan tidak mentransmisikan, seperti kaca), dan sebagian besar logam secara merata menyebarkan semua sinar dari bagian spektrum yang terlihat. Karena itu, mereka memiliki warna putih keperakan atau abu-abu. Strontium, emas dan tembaga menyerap panjang gelombang pendek (mendekati ungu) ke tingkat yang lebih besar dan mencerminkan panjang gelombang panjang dari spektrum cahaya, oleh karena itu mereka memiliki warna kuning muda, kuning dan tembaga, masing-masing.

Perak, aluminium, paladium memiliki reflektifitas tertinggi. Mereka digunakan dalam pembuatan cermin, termasuk lampu sorot.

Mengapa logam memiliki konduktivitas listrik dan konduktivitas termal yang tinggi?

Elektron yang bergerak secara kacau dalam logam di bawah pengaruh tegangan listrik yang diberikan memperoleh gerakan terarah, yaitu, mereka menghantarkan arus listrik. Dengan peningkatan suhu meta-kutu, amplitudo getaran atom dan ion yang terletak di simpul kisi kristal meningkat. Hal ini membuat elektron sulit untuk bergerak, dan konduktivitas listrik logam menurun. Pada suhu rendah, gerakan osilasi, sebaliknya, sangat berkurang dan konduktivitas listrik logam meningkat tajam. Mendekati nol mutlak, praktis tidak ada hambatan dalam logam, dan superkonduktivitas muncul di sebagian besar logam.

Perak, tembaga, serta emas, aluminium memiliki konduktivitas listrik tertinggi, mangan, timbal, dan merkuri terendah.

Paling sering, dengan keteraturan yang sama dengan konduktivitas listrik, konduktivitas termal logam berubah.

Kekuatan mekanik, kepadatan, titik leleh logam sangat berbeda. Apalagi dengan peningkatan jumlah oekgron. mengikat ion-atom, dan dengan mengurangi jarak antar atom dalam kristal, indikator sifat ini meningkat.

Jadi, logam alkali, yang atomnya memiliki satu elektron valensi, lunak (dipotong dengan pisau), dengan kepadatan rendah (lithium adalah logam paling ringan dengan p - 0,53 g / cm3) dan meleleh pada suhu rendah (misalnya, leleh titik cesium adalah 29 "C) Satu-satunya logam yang cair dalam kondisi biasa - merkuri - memiliki titik leleh 38,9 "C.

Kalsium, yang memiliki dua elektron di tingkat energi terluar atom, jauh lebih keras dan meleleh pada suhu yang lebih tinggi (842º C).

Bahkan lebih melengkung adalah kisi kristal yang dibentuk oleh atom skandium, yang memiliki tiga elektron valensi.

Tetapi kisi kristal terkuat, kepadatan tinggi, dan titik leleh diamati pada logam dari subkelompok sekunder V, VI, VII, kelompok MP. Hal ini dijelaskan oleh. bahwa untuk logam dari subkelompok samping yang memiliki elektron valensi yang tidak tersimpan pada sublevel d, pembentukan ikatan kovalen yang sangat kuat antara atom adalah karakteristik, selain ikatan logam, yang dilakukan oleh elektron lapisan terluar dari orbital s.

Logam berbeda sehubungan dengan medan magnet. Tetapi tanda ini mereka dibagi menjadi tiga kelompok:

Ferromagnetik Mampu menjadi magnet di bawah pengaruh medan magnet yang lemah sekalipun (besi - bentuk alfa, kobalt, nikel, gadolinium);

Paramagnetik menunjukkan kemampuan magnetisasi yang lemah (aluminium, kromium, titanium, hampir semua lantanida);

Diamagnetik tidak tertarik pada magnet, bahkan sedikit menolaknya (timah, terdampar, bismut).

Ingatlah bahwa ketika mempertimbangkan struktur elektronik logam, kami membagi logam menjadi logam dari subkelompok utama (elemen k dan p) dan logam dari subkelompok sekunder.

Dalam rekayasa, merupakan kebiasaan untuk mengklasifikasikan logam menurut berbagai sifat fisik:

a) kepadatan - cahaya (p< 5 г/см3) и тяжелые (все остальные);
b) titik leleh - melebur dan tahan api.

Klasifikasi logam berdasarkan sifat kimia

Logam dengan aktivitas kimia rendah disebut mulia (perak, emas, platinum dan analognya - osmium, iridium, rutenium, paladium, rhodium).
Menurut kedekatan sifat kimia, alkali (logam golongan I dari subkelompok utama), alkali tanah (kalsium, strontium, barium, radium), serta logam tanah jarang (skandium, itrium, lantanum dan lantanida, aktinium dan aktinida) dibedakan.

Sifat kimia umum logam

Atom logam melepaskan elektron valensi relatif mudah dan masuk ke nons bermuatan positif, yaitu, mereka teroksidasi. Ini, seperti yang Anda ketahui, adalah sifat umum utama dari atom dan zat logam sederhana.

Aktivitas pereduksi logam dalam reaksi kimia yang terjadi dalam larutan air mencerminkan posisinya dalam deret elektrokimia tegangan logam.

1. Semakin ke kiri logam pada baris ini, semakin kuat zat pereduksinya.
2. Setiap logam dapat menggantikan (mengembalikan) dan menjadi asin dalam larutan logam-logam yang mengikutinya (ke kanan) dalam serangkaian tegangan.
3. Logam yang berada dalam rangkaian tegangan di sebelah kiri hidrogen mampu menggantikannya dari asam dalam larutan.
4. Logam, yang merupakan zat pereduksi terkuat (basa dan alkali tanah), dalam larutan berair berinteraksi terutama dengan air.

Misalnya, litium lebih aktif dalam larutan berair daripada natrium (walaupun Na adalah logam yang lebih aktif dalam hal posisinya dalam Tabel Periodik). Faktanya adalah bahwa energi hidrasi ion Li+ jauh lebih besar daripada energi hidrasi ion Na+. oleh karena itu, proses pertama dengan penuh semangat lebih menguntungkan.
Setelah mempertimbangkan ketentuan umum yang mencirikan sifat pereduksi logam, kita beralih ke reaksi kimia spesifik.

Interaksi dengan zat non-logam sederhana

1. Dengan oksigen, sebagian besar logam membentuk oksida - basa dan amfoterpi. Oksida logam transisi asam, seperti kromium oksida atau oksida mangan, tidak dibentuk oleh oksidasi langsung logam dengan oksigen. Mereka diperoleh secara tidak langsung.

Logam alkali Na, K secara aktif bereaksi dengan oksigen atmosfer, membentuk peroksida.

Natrium oksida diperoleh secara tidak langsung, dengan mengkalsinasi peroksida dengan logam yang sesuai:

Litium dan logam alkali tanah bereaksi dengan oksigen atmosfer untuk membentuk oksida basa.

Logam lain, kecuali logam emas dan platinum, yang tidak teroksidasi sama sekali oleh oksigen atmosfer, kurang aktif berinteraksi dengannya atau ketika dipanaskan.

2. Dengan halogen, logam membentuk garam dari asam hidrohalat.

3. Dengan hidrogen, logam yang paling aktif membentuk hidrida - garam ionik, salah satu zat umum di mana hidrogen memiliki keadaan oksidasi -1, misalnya:
kalsium hidrida.

Banyak logam transisi membentuk hidrida dari jenis khusus dengan hidrogen - ada semacam pelarutan atau pengenalan hidrogen ke dalam kisi kristal logam antara atom dan ion, sementara logam mempertahankannya penampilan, tetapi volumenya meningkat. Hidrogen yang diserap ada di dalam logam, tampaknya dalam bentuk atom. Ada juga hidrida logam menengah.

4. Logam membentuk garam dengan belerang - sulfida.

5. Logam bereaksi dengan nitrogen agak lebih sulit, karena ikatan kimia dalam molekul nitrogen ^r sangat kuat, dan nitrida terbentuk. Pada suhu biasa, hanya litium yang berinteraksi dengan nitrogen.

Interaksi dengan zat kompleks

1. Dengan air. Logam alkali dan alkali tanah dalam kondisi normal menggantikan hidrogen dari air dan membentuk basa alkali yang larut.

Magnesium berinteraksi dengan air hanya ketika mendidih, dan hidrogen juga dilepaskan. Jika magnesium yang terbakar ditambahkan ke air, maka pembakaran berlanjut, saat reaksi berlangsung: hidrogen terbakar. Besi berinteraksi dengan air hanya ketika dipanaskan.

2. Logam yang berada dalam rangkaian tegangan hingga hidrogen berinteraksi dengan asam dalam larutan. Ini menghasilkan garam dan hidrogen. Tetapi timbal (dan beberapa logam lainnya), meskipun posisinya dalam rangkaian tegangan (di sebelah kiri hidrogen), hampir tidak larut dalam asam sulfat encer, karena timbal sulfat PbSO yang dihasilkan tidak larut dan menciptakan lapisan pelindung pada permukaan logam. .

3. Dengan garam dari logam yang kurang aktif dalam larutan. Sebagai hasil dari reaksi tersebut, garam dari logam yang lebih aktif terbentuk dan logam yang kurang aktif dilepaskan dalam bentuk bebas.

Harus diingat bahwa reaksi berlangsung dalam kasus di mana garam yang dihasilkan larut. Perpindahan logam dari senyawanya oleh logam lain pertama kali dipelajari secara rinci oleh N. N. Beketov, seorang ahli kimia fisik terkemuka Rusia. Dia mengatur logam menurut aktivitas kimianya dalam "deret ekspresif", yang menjadi prototipe dari rangkaian tegangan logam.

4. Dengan zat organik. Interaksi dengan asam organik mirip dengan reaksi dengan asam mineral. Alkohol, di sisi lain, dapat menunjukkan sifat asam lemah ketika berinteraksi dengan logam alkali.

Logam berpartisipasi dalam reaksi dengan haloalkana, yang digunakan untuk memperoleh sikloalkana yang lebih rendah dan untuk sintesis, di mana kerangka karbon molekul menjadi lebih kompleks (reaksi A. Wurtz):

5. Logam yang hidroksidanya bersifat amfoter berinteraksi dengan basa dalam larutan.

6. Logam dapat membentuk senyawa kimia satu sama lain, yang secara kolektif disebut senyawa intermetalik. Mereka paling sering tidak menunjukkan keadaan oksidasi atom, yang merupakan karakteristik senyawa logam dengan non-logam.

Senyawa intermetalik biasanya tidak memiliki komposisi yang konstan, ikatan kimia di dalamnya terutama logam. Pembentukan senyawa ini lebih khas untuk logam subkelompok sekunder.

Oksida logam dan hidroksida

Oksida yang dibentuk oleh logam khas diklasifikasikan sebagai pembentuk garam, bersifat basa. Seperti yang Anda ketahui, mereka sesuai dengan hidroksida. yang merupakan basa, yang dalam kasus alkali dan logam alkali tanah larut dalam air, adalah elektrolit kuat dan disebut alkali.

Oksida dan hidroksida dari beberapa logam bersifat amfoter, yaitu, mereka dapat menunjukkan sifat dasar dan asam, tergantung pada zat yang berinteraksi dengannya.

Sebagai contoh:

Banyak logam dari subkelompok sekunder, yang memiliki keadaan oksidasi variabel dalam senyawa, dapat membentuk beberapa oksida dan hidroksida, yang sifatnya tergantung pada keadaan oksidasi logam.

Misalnya, kromium dalam senyawa menunjukkan tiga keadaan oksidasi: +2, +3, +6, sehingga membentuk tiga rangkaian oksida dan hidroksida, dan dengan peningkatan derajat oksidasi, sifat asam meningkat dan sifat basa melemah.

Korosi logam

Ketika logam berinteraksi dengan zat lingkungan, senyawa muncul di permukaannya yang memiliki sifat yang sama sekali berbeda dari logam itu sendiri. Dalam nada normal, kita sering menggunakan kata "karat", "berkarat", melihat lapisan coklat-merah pada produk yang terbuat dari besi dan paduannya. Karat adalah bentuk umum dari korosi.

Korosi adalah proses penghancuran spontan logam dan percikan tidak) alias lingkungan saat ini (dari lat. - korosif).

Namun, hampir semua logam mengalami kehancuran, akibatnya banyak propertinya memburuk (atau hilang sama sekali): kekuatan, keuletan, kilap berkurang, konduktivitas listrik berkurang, gesekan antara bagian mesin yang bergerak juga meningkat, dimensi bagian perubahan, dll.

Korosi logam dapat berlangsung terus menerus dan lokal.

Saraf tidak berbahaya seperti yang kedua, manifestasinya dapat diperhitungkan saat merancang struktur dan peralatan. Korosi lokal jauh lebih berbahaya, meskipun kehilangan logam di sini bisa kecil. Salah satu jenisnya yang paling berbahaya adalah titik. Mereka terdiri dari pembentukan luka tembus, yaitu rongga titik - lubang, sementara kekuatan masing-masing bagian berkurang, keandalan struktur, peralatan, dan struktur berkurang.

Korosi logam menyebabkan kerugian ekonomi yang besar. Umat manusia menanggung kerugian materi yang sangat besar setelah penghancuran jaringan pipa, suku cadang mesin, kapal, jembatan, dan berbagai peralatan.

Korosi menyebabkan penurunan keandalan struktur logam.Dengan mempertimbangkan kemungkinan kerusakan, perlu untuk melebih-lebihkan kekuatan beberapa produk (misalnya, suku cadang pesawat, bilah turbin), yang berarti meningkatkan konsumsi logam, dan ini membutuhkan ekonomi tambahan biaya.

Korosi menyebabkan penghentian produksi karena penggantian peralatan yang gagal, hingga hilangnya bahan baku dan produk sebagai akibat dari kerusakan pipa halo, minyak dan air. Tidak mungkin untuk tidak memperhitungkan kerusakan alam, dan juga kesehatan manusia, yang disebabkan oleh kebocoran produk minyak dan bahan kimia lainnya. Korosi dapat menyebabkan kontaminasi) produk, dan akibatnya, penurunan kualitasnya. Biaya kompensasi kerugian yang terkait dengan korosi sangat besar. Mereka membuat sekitar 30% dari produksi tahunan logam di seluruh dunia.

Dari semua yang telah dikatakan, dapat disimpulkan bahwa masalah yang sangat penting adalah menemukan cara untuk melindungi logam dan paduan dari korosi.

Mereka sangat bervariasi. Tetapi untuk pemilihannya perlu diketahui dan diperhitungkan esensi kimia dari proses korosi.

Tetapi sifat kimia korosi adalah proses redoks. Tergantung pada lingkungan di mana itu terjadi, ada beberapa jenis korosi.

Jenis korosi yang paling umum adalah kimia dan elektrokimia.

II. Korosi elektrokimia terjadi pada media konduktif (elektrolit) dengan munculnya arus listrik di dalam sistem. Biasanya, logam dan paduan bersifat heterogen dan mengandung inklusi berbagai pengotor. Ketika mereka bersentuhan dengan elektrolit, beberapa bagian permukaan mulai memainkan peran sebagai anoda (menyumbangkan elektron), sementara yang lain bertindak sebagai katoda (menerima elektron).

Dalam satu kasus, evolusi gas (Hg) akan diamati. Di sisi lain - pembentukan karat.

Jadi, korosi elektrokimia adalah reaksi yang terjadi pada media yang menghantarkan arus (berlawanan dengan korosi kimia). Proses terjadi ketika dua logam bersentuhan atau pada permukaan logam yang mengandung inklusi yang konduktor kurang aktif (mungkin juga non-logam).

Pada anoda (logam yang lebih aktif), atom logam dioksidasi membentuk kation (larutan).

Pada katoda (konduktor kurang aktif), ion hidrogen atau molekul oksigen direduksi dengan pembentukan ion H2 atau OH-hidroksida, masing-masing.

Kation hidrogen dan oksigen terlarut adalah oksidator paling penting yang menyebabkan korosi elektrokimia.

Elektrolitnya bisa berupa air laut, air sungai, uap air kental dan, tentu saja, elektrolit terkenal - larutan garam, asam, alkali.

Metode perlindungan korosi

Sudah dalam desain struktur logam, pembuatannya menyediakan langkah-langkah untuk melindungi dari korosi.

1. Mengamplas permukaan produk agar kelembapan tidak tertinggal di atasnya.
2. Penggunaan paduan paduan yang mengandung aditif khusus: kromium, nikel, yang pada suhu tinggi membentuk lapisan oksida yang stabil pada permukaan logam. Baja paduan terkenal - baja tahan karat, dari mana barang-barang rumah tangga (garpu berselubung, sendok), bagian-bagian mesin, peralatan dibuat.
3. Aplikasi lapisan pelindung.

Pertimbangkan jenisnya.

Non-logam - minyak non-pengoksidasi, pernis khusus, cat. Benar, mereka berumur pendek, tetapi harganya murah.

Kimia - film permukaan yang dibuat secara artifisial: oksida, sitrat, silisida, polimer, dll. Misalnya, semua senjata kecil Bagian-bagian dari banyak instrumen presisi dipoles - ini adalah proses mendapatkan film oksida besi tertipis pada permukaan baja produk. Film oksida buatan yang dihasilkan sangat tahan lama dan memberikan produk warna hitam dan warna biru yang indah. Lapisan polimer terbuat dari polietilen, polivinil klorida, resin poliamida. Mereka diterapkan dalam dua cara: produk yang dipanaskan ditempatkan dalam bubuk polimer, yang meleleh dan dilas ke logam, atau permukaan logam diperlakukan dengan larutan polimer dalam pelarut suhu rendah, yang dengan cepat menguap, dan film polimer tetap pada produk.

Pelapis logam adalah pelapis dengan logam lain, di mana permukaan film pelindung yang stabil terbentuk di bawah aksi zat pengoksidasi.

Aplikasi kromium ke permukaan - pelapisan krom, pelapisan nikel - nikel, pelapisan seng - seng, timah - timah, dll. Logam pasif kimia - emas, perak, tembaga juga dapat berfungsi sebagai pelapis.

4. Metode perlindungan elektrokimia.

Katoda - struktur logam terhubung ke katoda dari sumber arus eksternal, yang menghilangkan kemungkinan penghancuran anodanya

5. Perlakuan khusus terhadap elektrolit atau lingkungan di mana struktur logam yang dilindungi berada.

Diketahui bahwa pengrajin Damaskus untuk kerak dan
karat menggunakan larutan asam sulfat dengan penambahan ragi, tepung, pati. Ini membawa dan berada di antara penghambat pertama. Mereka tidak membiarkan asam bekerja pada logam senjata, akibatnya, hanya kerak dan karat yang larut. Tukang senjata Ural menggunakan sup acar untuk keperluan ini - larutan asam sulfat dengan penambahan dedak tepung.

Penghapusan oksigen terlarut dalam air (deaerasi). Proses ini digunakan dalam persiapan air yang masuk ke pabrik boiler.

Metode untuk mendapatkan logam

Aktivitas kimia logam yang signifikan (interaksi dengan oksigen atmosfer, non-logam lainnya, air, larutan garam, asam) mengarah pada fakta bahwa mereka ditemukan di kerak bumi terutama dalam bentuk senyawa: oksida, sulfida, sulfat, klorida, karbonat, dll.

Dalam bentuk bebas, ada logam yang terletak dalam rangkaian tegangan di sebelah kanan hidrogen, meskipun lebih sering tembaga dan merkuri dapat ditemukan di alam dalam bentuk senyawa.

Mineral dan batuan yang mengandung logam dan senyawanya, dari mana ekstraksi logam murni dimungkinkan secara teknis dan ekonomis, disebut bijih.

Pirometalurgi adalah pemulihan logam dari bijih pada suhu tinggi menggunakan karbon, karbon monoksida (II). hidrogen, logam - aluminium, magnesium.

Hidrometalurgi adalah reduksi logam menjadi garamnya dalam larutan. Prosesnya berlangsung dalam 2 tahap:

1) senyawa alam dilarutkan dalam pereaksi yang sesuai untuk memperoleh larutan garam dari logam tersebut;
2) logam ini dipindahkan dari larutan yang diperoleh dengan yang lebih aktif atau dipulihkan dengan elektrolisis. Misalnya, untuk mendapatkan tembaga untuk bijih yang mengandung oksida tembaga, CuO, diperlakukan dengan asam sulfat encer.

Tembaga kemudian dihilangkan dari larutan garam baik dengan elektrolisis atau dengan menggantikan sulfat dengan besi. Perak, seng, molibdenum, emas, uranium diperoleh dengan cara ini.

Elektrometalurgi adalah reduksi logam dalam proses elektrolisis larutan atau peleburan senyawanya.

Elektrolisa

Jika elektroda diturunkan ke dalam larutan elektrolit atau meleleh dan arus listrik konstan dilewatkan, maka ion akan bergerak ke arah: kation - ke katoda (elektroda bermuatan negatif), anion - ke anoda (elektroda bermuatan positif) .

Di katoda, kation menerima elektron dan direduksi di anoda, anion menyumbangkan elektron dan dioksidasi. Proses ini disebut elektrolisis.
Elektrolisis adalah proses oksidasi-reduksi yang terjadi pada sistem kelistrikan selama mengalirnya arus listrik, chsrse, atau larutan elektrolit.

Hal utama yang harus diingat adalah bahwa dalam proses elektrolisis, reaksi kimia terjadi karena energi listrik, yang tidak dapat berlangsung secara spontan.

Situasinya lebih rumit dalam kasus elektrolisis larutan elektrolit.

Untuk menentukan produk elektrolisis larutan elektrolit, ada aturan berikut.

1. Proses di katoda tidak tergantung pada bahan katoda yang membuatnya, tetapi pada posisi logam (kation elektrolit) dalam rangkaian tegangan elektrokimia, dan jika:

1.1. Kation elektrolit terletak pada rangkaian tegangan di awal rangkaian (bersama dengan Al termasuk), kemudian proses reduksi air berlangsung di katoda (dilepaskan hidrogen). Kation logam tidak berkurang, mereka tetap dalam larutan.
1.2. Kation elektrolit berada dalam rangkaian tegangan antara aluminium dan hidrogen, kemudian kedua non-logam dan molekul air di katoda direduksi.
1.3. Kation elektrolit berada dalam rangkaian tegangan setelah hidrogen, kemudian kation logam direduksi di katoda.
1.4. Solusinya mengandung kation dari logam yang berbeda, kemudian kation logam yang diunduh dipulihkan, berdiri dalam serangkaian tegangan

Aturan-aturan ini ditunjukkan pada Gambar 10.

2. Proses di anoda tergantung pada bahan anoda dan pada sifat annon (Skema 11).

2.1. Jika anoda dilarutkan (besi, seng, tembaga, perak dan semua logam yang teroksidasi selama elektrolisis), maka logam anoda teroksidasi, terlepas dari sifat anionnya. 2.2. Jika anoda tidak larut (disebut inert - grafit, emas, platinum), maka:
a) selama elektrolisis larutan garam asam anoksik (prome fluorida), anion dioksidasi di anoda;
b) selama elektrolisis larutan garam asam yang mengandung oksigen dan fluorida di anoda, terjadi proses oksidasi air. Anion tidak teroksidasi, mereka tetap dalam larutan;

Elektrolisis lelehan dan larutan zat banyak digunakan dalam industri:

1. Untuk mendapatkan logam (aluminium, magnesium, natrium, kadmium hanya diperoleh dengan elektrolisis).
2. Untuk mendapatkan hidrogen, halogen, alkali.
3. Untuk pemurnian logam - pemurnian (pemurnian tembaga, nikel, timbal dilakukan dengan metode elektrokimia).
4. Untuk melindungi logam dari korosi - menerapkan lapisan pelindung berupa lapisan tipis logam lain yang tahan terhadap korosi (kromium, nikel, tembaga, perak, emas) - elektroplating.
5. Memperoleh salinan logam, catatan - pelapisan listrik.

Tugas praktis

1. Bagaimana struktur logam terkait dengan lokasinya dalam subkelompok utama dan sekunder dari Tabel Periodik Unsur Kimia D. I. Mendeleev?
2. Mengapa logam alkali dan alkali tanah memiliki tingkat oksidasi tunggal dalam senyawa: (+1) dan (+2), masing-masing, sedangkan logam dari subkelompok sekunder, biasanya, menunjukkan keadaan oksidasi yang berbeda dalam senyawa?
3. Apa keadaan oksidasi yang dapat ditunjukkan mangan? Oksida hidrokenda apa yang sesuai dengan mangan dalam keadaan oksidasi ini? Apa karakter mereka?
4. Bandingkan struktur elektron atom unsur golongan VII: mangan dan klorin. Jelaskan perbedaan sifat kimianya dan adanya perbedaan derajat oksidasi atom pada kedua unsur tersebut.
5. Mengapa posisi logam dalam deret tegangan elektrokimia tidak selalu sesuai dengan posisinya dalam sistem periodik D. I. Mendeleev?
9. Buatlah persamaan reaksi natrium dan magnesium dengan asam asetat. Dalam hal apa dan mengapa laju reaksi akan lebih cepat?
11. Metode apa untuk mendapatkan logam yang Anda ketahui? Apa inti dari semua metode?
14. Apa itu korosi? Jenis korosi apa yang Anda ketahui? Manakah yang termasuk proses fisika dan kimia?
15. Dapatkah proses berikut dianggap korosi: a) oksidasi besi selama pengelasan listrik, b) interaksi seng dengan asam klorida dalam memperoleh asam tergores untuk penyolderan? Berikan jawaban yang masuk akal.
17. Produk mangan berada di dalam air dan tidak bersentuhan dengan produk tembaga. Akankah keduanya tetap tidak berubah?
18. Akankah struktur besi terlindung dari korosi elektrokimia dalam air jika pelat logam lain dicuri di atasnya: a) magnesium, b) timah, c) nikel?
19. Untuk tujuan apa permukaan tangki penyimpanan produk minyak bumi (bensin, minyak tanah) dicat dengan perak - campuran bubuk aluminium dengan salah satu minyak nabati?
20. Di permukaan tanah yang diasamkan dari petak kebun ada pipa besi dengan keran kuningan yang dimasukkan. Apa yang akan menimbulkan korosi: keran pipa yiyang? Di mana kehancuran yang paling menonjol?
21. Apa perbedaan antara elektrolisis lelehan dan elektrolisis larutan berair?
22*. Logam apa yang dapat diperoleh dengan elektrolisis lelehan garamnya dan tidak dapat diperoleh dengan elektrolisis larutan berair zat ini?
23*. Buatlah persamaan untuk elektrolisis barium klorida dalam: a) lelehan, b) larutan
28. Ke dalam larutan yang mengandung 27 g tembaga (II) klorida, 1-4 g serbuk besi ditambahkan. Berapa massa tembaga yang dilepaskan sebagai akibat dari reaksi ini?
Jawaban: 12.8g.
29. Berapa massa seng sulfat yang dapat diperoleh dengan mereaksikan kelebihan seng dengan 500 ml larutan asam sulfat 20% dengan massa jenis 1,14 g/ml?
Jawaban: 187.3
31. Ketika mengolah 8 g campuran magnesium dan magnesium oksida dengan asam klorida, 5,6 liter hidrogen (n, w.) dilepaskan. Berapa fraksi massa (dalam %) JUNI dalam campuran awal?
Jawab: 75%.
34. Tentukan fraksi massa (dalam persen) karbon dalam baja (paduan besi dengan karbon), jika 0,28 l karbon monoksida (IV) (n.a.) dikumpulkan selama pembakaran sampelnya dengan berat 10 g dalam aliran oksigen .
Jawaban: 1,5%.
35. Sampel natrium seberat 0,5 g ditempatkan dalam air. Baik netralisasi larutan yang dihasilkan menghabiskan 29,2 g asam klorida 1,5%. Berapa fraksi massa (dalam persen) natrium dalam sampel?
Jawaban: 55,2%.
36. Paduan tembaga dan aluminium diperlakukan dengan larutan natrium hidroksida berlebih, dan gas dengan volume 1,344 liter (n.a.) dilepaskan, residu setelah reaksi dilarutkan dalam asam nitrat, kemudian larutan diuapkan dan dikalsinasi menjadi massa konstan, yang ternyata komposisi paduannya 0,4 g? Jawab : 1,08 g Al 0,32 g Cu atau 77,14% Al 22,86% Cu.
37. Berapa massa besi tuang yang mengandung besi 94% yang dapat diperoleh dari 1 ton bijih besi merah (Fe2O3) yang mengandung 20% pengotor?
Jawaban: 595,74 kg.

Logam di alam

Jika Anda mempelajari kimia dengan cermat di kelas sebelumnya, maka Anda tahu bahwa tabel periodik memiliki lebih dari sembilan puluh jenis logam, dan sekitar enam puluh di antaranya dapat ditemukan di lingkungan alami.

Logam yang terjadi secara alami dapat secara kasar dibagi menjadi kelompok-kelompok berikut:

Logam yang dapat ditemukan di alam dalam bentuk bebas;
logam yang terjadi dalam bentuk senyawa;
logam yang dapat ditemukan dalam bentuk campuran, yaitu dapat dalam bentuk bebas dan dalam bentuk senyawa.

Tidak seperti unsur kimia lainnya, logam cukup sering ditemukan di alam dalam bentuk zat sederhana. Mereka biasanya memiliki negara bagian. Logam-logam tersebut, yang disajikan dalam bentuk zat sederhana, antara lain emas, perak, tembaga, platina, merkuri, dan lain-lain.

Tetapi tidak semua logam yang ditemukan di lingkungan alam disajikan dalam keadaan asli. Beberapa logam dapat ditemukan dalam bentuk senyawa dan disebut mineral.

Selain itu, unsur-unsur kimia seperti perak, merkuri, dan tembaga dapat ditemukan baik dalam keadaan asli maupun dalam bentuk senyawa.

Semua mineral dari mana logam nantinya dapat diperoleh disebut bijih. Di alam, ada bijih, yang termasuk besi. Senyawa ini disebut bijih besi. Dan jika komposisinya mengandung tembaga, tetapi senyawa seperti itu disebut bijih tembaga.

Tentu saja, yang paling umum di alam adalah logam yang secara aktif berinteraksi dengan oksigen dan belerang. Mereka disebut oksida logam dan sulfida.

Salah satu elemen umum yang membentuk logam adalah aluminium. Aluminium ditemukan di tanah liat dan juga ditemukan di batu permata seperti safir dan ruby.

Logam kedua yang paling populer dan tersebar luas adalah besi. Biasanya ditemukan di alam dalam bentuk senyawa, dan dalam bentuk aslinya hanya dapat ditemukan dalam komposisi batu meteorit.

Yang paling umum berikutnya di lingkungan alam, atau lebih tepatnya di kerak bumi, adalah logam seperti magnesium, kalsium, natrium, kalium.

Memegang koin di tangan Anda, Anda mungkin memperhatikan bahwa bau khas terpancar darinya. Tapi, ternyata ini bukan bau logam, melainkan bau yang berasal dari senyawa yang terbentuk saat logam bersentuhan dengan keringat manusia.

Tahukah Anda bahwa di Swiss ada produksi emas batangan dalam bentuk cokelat batangan, yang dapat dipecah menjadi irisan dan digunakan sebagai hadiah atau alat pembayaran? Perusahaan ini memproduksi cokelat batangan dari emas, perak, platinum, dan paladium. Jika ubin seperti itu dipecah menjadi irisan, maka masing-masing beratnya hanya satu gram.

Namun, paduan logam seperti nitinol memiliki sifat yang agak menarik. Ini unik karena memiliki efek memori dan ketika dipanaskan, produk cacat yang terbuat dari paduan ini dapat kembali ke bentuk aslinya. Bahan aneh seperti itu dengan apa yang disebut memori digunakan untuk pembuatan busing. Mereka memiliki kemampuan untuk menyusut pada suhu rendah, dan pada suhu kamar, busing ini menjadi lurus dan koneksi ini bahkan lebih andal daripada pengelasan. Dan fenomena ini terjadi karena fakta bahwa paduan ini memiliki struktur termoelastik.

Pernahkah Anda bertanya-tanya mengapa biasanya menambahkan paduan perak atau tembaga ke perhiasan emas? Ternyata ini karena emas murni sangat lembut dan mudah tergores meski dengan kuku.