Mga metal at haluang metal na ginagamit sa paggawa ng mga produktong sining. Pagkuha ng mataas na kadalisayan ng mga metal

Ang sangkatauhan ay nagsimulang aktibong gumamit ng mga metal noong 3000-4000 BC. Pagkatapos ay nakilala ng mga tao ang pinakakaraniwan sa kanila, ito ay ginto, pilak, tanso. Ang mga metal na ito ay napakadaling mahanap sa ibabaw ng lupa. Maya-maya, natutunan nila ang kimika at nagsimulang ihiwalay mula sa kanila ang mga species tulad ng lata, tingga at bakal. Sa Middle Ages, ang mga napaka-nakakalason na uri ng mga metal ay nakakuha ng katanyagan. Karaniwang ginagamit ang arsenic, kung saan higit sa kalahati ng korte ng hari sa France ang nalason. Ganoon din, na tumulong sa pagpapagaling ng iba't ibang sakit noong mga panahong iyon, mula sa tonsilitis hanggang sa salot. Bago ang ikadalawampu siglo, higit sa 60 mga metal ang kilala, at sa simula ng XXI siglo - 90. Ang pag-unlad ay hindi tumitigil at pinangungunahan ang sangkatauhan. Ngunit ang tanong ay lumitaw, aling metal ang mabigat at higit sa lahat sa timbang? At sa pangkalahatan, ano ang mga pinakamabibigat na metal na ito sa mundo?

Maraming nagkakamali na iniisip na ang ginto at tingga ang pinakamabibigat na metal. Bakit eksaktong nangyari ito? Marami sa atin ang lumaki sa mga lumang pelikula at nakita kung paano gumagamit ng lead plate ang pangunahing tauhan upang protektahan ang kanyang sarili mula sa masasamang bala. Bilang karagdagan, ang mga lead plate ay ginagamit pa rin ngayon sa ilang mga uri ng body armor. At sa salitang ginto, maraming tao ang may larawan na may mabibigat na ingot ng metal na ito. Ngunit ang isipin na sila ang pinakamabigat ay mali!

Upang matukoy ang pinakamabigat na metal, dapat isaalang-alang ang density nito, dahil mas malaki ang density ng isang sangkap, mas mabigat ito.

TOP 10 pinakamabibigat na metal sa mundo

Osmium (22.62 g / cm 3),
Iridium (22.53 g / cm 3),
Platinum (21.44 g / cm 3),
Rhenium (21.01 g / cm 3),
Neptunium (20.48 g / cm 3),
Plutonium (19.85 g / cm 3),
Ginto (19.85 g/cm3)
Tungsten (19.21 g / cm 3),
Uranium (18.92 g / cm 3),
Tantalum (16.64 g/cm3).

At nasaan ang nangunguna? At ito ay matatagpuan mas mababa sa listahang ito, sa gitna ng ikalawang sampu.

Ang Osmium at iridium ay ang pinakamabibigat na metal sa mundo

Isaalang-alang ang mga pangunahing heavyweights na nagbabahagi ng 1st at 2nd place. Magsimula tayo sa iridium at sabay na magpasalamat sa Ingles na siyentipiko na si Smithson Tennat, na noong 1803 ay nakuha ang kemikal na elementong ito mula sa platinum, kung saan ito ay naroroon kasama ng osmium bilang isang karumihan. Iridium mula sa sinaunang Griyego ay maaaring isalin bilang "bahaghari". Ang metal ay may puting kulay na may pilak na kulay at maaaring tawaging hindi lamang mabigat, kundi pati na rin ang pinaka matibay. Napakakaunti nito sa ating planeta at hanggang 10,000 kg lamang nito ang mina bawat taon. Ito ay kilala na ang karamihan sa mga deposito ng iridium ay matatagpuan sa mga lugar ng mga epekto ng meteorite. Ang ilang mga siyentipiko ay dumating sa konklusyon na ang metal na ito ay dati nang laganap sa ating planeta, gayunpaman, dahil sa bigat nito, ito ay patuloy na pinipiga ang sarili nito nang mas malapit sa gitna ng Earth. Ang Iridium ay ngayon ay malawak na hinihiling sa industriya at ginagamit upang makabuo ng elektrikal na enerhiya. Gusto rin itong gamitin ng mga paleontologist, at sa tulong ng iridium natutukoy nila ang edad ng maraming nahanap. Bilang karagdagan, ang metal na ito ay maaaring gamitin upang pahiran ang ilang mga ibabaw. Ngunit mahirap gawin ito.

Susunod, isaalang-alang ang osmium. Ito ang pinakamabigat sa periodic table ng Mendeleev, well, ayon sa pagkakabanggit, at ang pinakamabigat na metal sa mundo. Ang Osmium ay tin-white na may asul na tint at natuklasan din ni Smithson Tennat kasabay ng iridium. Ang Osmium ay halos imposibleng iproseso at higit sa lahat ay matatagpuan sa mga lugar ng mga epekto ng meteorite. Hindi kanais-nais ang amoy nito, ang amoy ay katulad ng pinaghalong chlorine at bawang. At mula sa sinaunang Griyego ito ay isinalin bilang "amoy". Ang metal ay medyo matigas ang ulo at ginagamit sa mga bombilya at iba pang mga appliances na may mga metal na matigas ang ulo. Para sa isang gramo lamang ng elementong ito, kailangan mong magbayad ng higit sa 10,000 dolyar, mula dito ay malinaw na ang metal ay napakabihirang.

Osmium

Gusto man o hindi, ang pinakamabibigat na metal ay napakabihirang at samakatuwid ang mga ito ay mahal. At dapat nating tandaan para sa hinaharap na hindi ginto o tingga ang pinakamabibigat na metal sa mundo! Iridium at osmium ang nanalo sa timbang!

Binubuo ng mga atom ng isang elemento ng kemikal. Sa periodic table, ang mga katangian ng metal ng mga elemento ay tumataas mula kanan hanggang kaliwa. Ang lahat ng mga purong metal (bilang mga elemento) ay mga simpleng sangkap.

Mala-kristal na silikon - semiconductor

epekto ng photoelectric

Matukoy ang pagkakaiba sa pagitan ng pisikal at kemikal mga katangian ng metal. Sa pangkalahatan, ang mga katangian ng mga metal ay medyo magkakaibang. Makilala ang mga metal alkalina, alkaline earth, itim, may kulay, lanthanides(o rare earth - malapit sa mga kemikal na katangian sa alkaline earth), actinides(karamihan sa kanila ay mga radioactive na elemento), marangal at platinum mga metal. Bilang karagdagan, ang mga indibidwal na metal ay nagpapakita ng parehong mga katangian ng metal at di-metal. Ang ganitong mga metal ay amphoteric (o, tulad ng sinasabi nila, transisyonal).

Halos lahat ng mga metal ay may ilang karaniwang katangian: metallic luster, crystal lattice structure, ang kakayahang magpakita ng mga katangian ng isang reducing agent sa mga kemikal na reaksyon, habang na-oxidized. Sa mga reaksiyong kemikal, ang mga ion ng mga natunaw na metal, kapag nakikipag-ugnayan sa mga acid, ay bumubuo ng mga asin; kapag nakikipag-ugnayan sa tubig (depende sa aktibidad ng metal), bumubuo sila ng isang alkali o isang base.

Bakit Nagniningning ang Mga Metal?

Ang mga node ng kristal na sala-sala ng mga metal ay naglalaman ng mga atomo. Ang mga electron na gumagalaw sa paligid ng mga atom ay bumubuo ng isang "electron gas" na maaaring malayang gumagalaw sa iba't ibang direksyon. Ipinapaliwanag ng property na ito ang mataas na electrical at thermal conductivity ng mga metal.

Ang electron gas ay sumasalamin sa halos lahat ng light rays. Kaya naman ang mga metal ay napakakintab at kadalasan ay may kulay abo o puti. Ang mga bono sa pagitan ng mga indibidwal na layer ng metal ay maliit, na ginagawang posible na ilipat ang mga layer na ito sa ilalim ng pagkarga sa iba't ibang direksyon (sa madaling salita, upang ma-deform ang metal). Ang purong ginto ay isang natatanging metal. Sa pamamagitan ng pag-forging ng purong ginto, maaari kang gumawa ng foil na may kapal na 0.002 mm! tulad ng isang manipis na sheet ng metal ay translucent at may berdeng tint kung titingnan mo ito sa sikat ng araw.

Electrophysical na ari-arian ng mga metal ipinahayag sa mga tuntunin ng electrical conductivity nito. Karaniwang tinatanggap na ang lahat ng mga metal ay may mataas electrical conductivity, ibig sabihin, magsagawa ng kasalukuyang maayos! Ngunit hindi ito ganoon, at bukod pa, ang lahat ay nakasalalay sa temperatura kung saan sinusukat ang kasalukuyang. Isipin ang isang kristal na sala-sala ng isang metal, kung saan ang kasalukuyang ay ipinadala sa pamamagitan ng paggalaw ng mga electron. Ang mga electron ay lumipat mula sa isang node ng crystal lattice patungo sa isa pa. "Itinutulak" ng isang electron ang isa pang electron palabas ng lattice site, na patuloy na gumagalaw patungo sa isa pang lattice site, at iba pa. Iyon ay, ang electrical conductivity ay nakasalalay din sa kung gaano kadaling lumipat ang mga electron sa pagitan ng mga lattice site. Maaari nating sabihin na ang electrical conductivity ng metal ay nakasalalay sa kristal na istraktura ng sala-sala at ang density ng mga particle sa loob nito. Ang mga particle sa mga site ng sala-sala ay may mga oscillations, at ang mga oscillations na ito ay mas malaki, mas mataas ang temperatura ng metal. Ang ganitong mga vibrations ay makabuluhang humahadlang sa paggalaw ng mga electron sa kristal na sala-sala. Kaya, mas mababa ang temperatura ng metal, mas mataas ang kakayahang magsagawa ng kasalukuyang!

Dito nanggagaling ang konsepto superconductivity, na nangyayari sa metal sa temperaturang malapit sa absolute zero! Sa absolute zero (-273 0 C), ang mga vibrations ng mga particle sa kristal na sala-sala ng metal ay ganap na basa!

Electrophysical na ari-arian ng mga metal na nauugnay sa pagpasa ng kasalukuyang ay tinatawag koepisyent ng temperatura ng paglaban sa kuryente!

Electrophysical na ari-arian ng mga metal

Ang isang kagiliw-giliw na katotohanan ay naitatag na, halimbawa, sa tingga (Pb) at mercury (Hg) sa isang temperatura na ilang degree lamang sa itaas ng absolute zero, ang resistensya ng kuryente ay halos ganap na nawawala, iyon ay, ang kondisyon ng superconductivity ay nakatakda.

Ang pilak (Ag) ay may pinakamataas na electrical conductivity, na sinusundan ng tanso (Cu), na sinusundan ng ginto (Au) at aluminyo (Al). Ang mataas na electrical conductivity ng mga metal na ito ay nauugnay sa kanilang paggamit sa electrical engineering. Minsan, ito ay ginto (gold-plated contact) na ginagamit upang matiyak ang paglaban sa kemikal at mga katangian ng anti-corrosion.

Dapat pansinin na ang electrical conductivity ng mga metal ay mas mataas kaysa sa electrical conductivity ng non-metal. Halimbawa, ang carbon (C - graphite) o silicon (Si) ay may electrical conductivity na 1000 beses na mas mababa kaysa, halimbawa, sa mercury. Bilang karagdagan, ang mga di-metal, sa karamihan, ay hindi mga konduktor ng kuryente. Ngunit sa mga di-metal mayroong mga semiconductors: germanium (Ge), mala-kristal na silikon, pati na rin ang ilang mga oxide, phosphites (mga kemikal na compound ng metal na may posporus) at sulfides (mga kemikal na compound ng metal at asupre).

Marahil ay pamilyar ka sa hindi pangkaraniwang bagay - ito ang pag-aari ng mga metal na magbigay ng mga electron sa ilalim ng impluwensya ng temperatura o liwanag.

Tulad ng para sa thermal conductivity ng mga metal, maaari itong matantya mula sa periodic table - ito ay ibinahagi sa eksaktong parehong paraan tulad ng electronegativity ng mga metal. (Ang mga metal sa kaliwang tuktok ay may pinakamataas na electronegativity, halimbawa, ang electronegativity ng sodium Na ay -2.76 V). Sa turn, ang thermal conductivity ng mga metal ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagkakaroon ng mga libreng electron, na nagdadala ng thermal energy.

Edelman V. Mga Metal // Kvant. - 1992. - Hindi. 2. - S. 2-9.

Sa pamamagitan ng espesyal na kasunduan sa editoryal board at mga editor ng journal na "Kvant"

Ano ang mga metal?

"Ang metal ay isang magaan na katawan na maaaring huwad," isinulat ni Lomonosov noong 1763. Tingnan ang iyong aklat-aralin sa chemistry at makikita mo na ang mga metal ay may katangiang metallic luster (“maliwanag na katawan”) at mahusay na mga conductor ng init at kuryente. Totoo, doon mo mababasa na may mga elemento na nagpapakita ng mga katangian ng parehong mga metal at hindi metal. Sa madaling salita, walang malinaw na linya na naghihiwalay sa isa sa isa. Ang chemist, na pangunahing interesado sa mga reaksiyong kemikal at kung kanino ang bawat elemento ay may sariling espesyal na mundo, ay hindi masyadong napahiya sa gayong kalabuan. Ngunit ang pisika ay hindi nasisiyahan. Kung hinahati ng pisika ang mga katawan sa mga metal at di-metal, kailangan mong maunawaan kung ano ang kanilang pangunahing pagkakaiba. Samakatuwid, kinakailangan upang tukuyin kung ano ang isang metal sa paraang, tulad ng sa ibang mga kaso sa larangan ng eksaktong agham, dalawang mga kinakailangan ang natutugunan:

lahat ng mga metal ay dapat magkaroon ng lahat, nang walang pagbubukod, ang mga katangiang iniuugnay sa kanila;
ang ibang mga bagay ay hindi dapat magkaroon ng kahit isa sa mga tampok na ito.

Gamit ang mga pagsasaalang-alang na ito, tingnan natin kung ang lahat ng mga metal, nang walang pagbubukod, ay mayroong lahat ng mga katangian na iniuugnay sa kanila ng aklat-aralin. Magsimula tayo sa "maaari kang magpanday", iyon ay, sa kaplastikan, sa modernong mga termino. At pagkatapos, sa pamamagitan ng consonance, naaalala natin ang mga plastik: pagkatapos ng lahat, hindi para sa wala na sila ay pinangalanan, marami sa kanila ay nailalarawan sa pamamagitan ng plasticity - ang kakayahang hindi maibabalik ang hugis nang walang pagkasira. Siyempre, ang tanso, bakal, aluminyo ay madaling huwad, kahit na mas madali sa tingga, ang indium ay isang medyo bihira at mahal na metal - maaari itong durugin halos tulad ng wax (at ang waks ay hindi isang metal!), Ang mga metal na alkali ay mas malambot. At subukang pindutin sa ordinaryong cast iron - at ito ay makakabasag sa mga piraso! Well, pagkatapos ay sasabihin ng mga metalurgist: ito ay dahil ang cast iron ay hindi isang simpleng sangkap. Binubuo ito ng mga bakal na kristal na pinaghihiwalay ng mga interlayer ng carbon, i.e. graphite. Ito ay sa mga layer na ito na nag-cast ng mga break na bakal. Well, ayos lang. Narito lamang ang problema - malutong na grapayt, tulad ng lumalabas, ang modernong pisika ay tumutukoy sa mga metal! Oo, at higit sa isang grapayt: halimbawa, ang arsenic, antimony at bismuth ay nakalista sa mga metal, ngunit maaari silang huwad na may parehong tagumpay tulad ng salamin - nabasag sila sa maliliit na piraso!

Gawin itong simpleng eksperimento: basagin ang lobo ng nasunog na lampara, alisin ang tungsten coil mula doon at subukang paikutin ito. Walang manggagaling dito, ito ay guguho sa alabok! Ngunit sa paanuman ay nagawa nilang i-twist ito sa pabrika? Nangangahulugan ito na maaari itong maging katulad nito - maaaring ma-deform ito, o hindi, depende sa nangyari sa sample sa nakaraan. Buweno, ito ay kinakailangan, tila, upang makibahagi sa sign na ito - plasticity. Bukod dito, ito ay likas sa maraming di-metal; pagkatapos ng lahat, ang parehong baso - init ito, at ito ay magiging malambot at nababaluktot.

Kaya, pinaikli namin ang mga salita at nagpapatuloy.

Ang susunod sa linya ay "katingkad", o, sa mga terminong pang-agham, mga optical na katangian. Maraming makintab na bagay: tubig, baso, pinakintab na mga bato, at hindi mo na alam kung ano pa. Kaya't ang "katalinuhan" lamang ay hindi sapat, kaya sinasabi nila: ang mga metal ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang metal na kinang. Well, ito ay medyo mabuti: lumalabas na ang metal ay metal. Totoo, intuitively nararamdaman namin na ang pinakintab na tanso, ginto, pilak, at bakal ay kumikinang na may metal na kinang. At ang laganap na mineral pyrite - hindi ba ito kumikinang tulad ng mga metal? Hindi na kailangang pag-usapan ang mga tipikal na semiconductors na germanium at silikon, sa hitsura ay hindi sila maaaring makilala mula sa mga metal. Sa kabilang banda, hindi pa katagal natutunan nila kung paano makakuha ng magagandang kristal ng naturang mga compound gaya ng molibdenum dioxide; ang mga kristal na ito ay brown-violet at may kaunting pagkakahawig sa ordinaryong metal. Lumalabas na ang sangkap na ito ay dapat ituring na isang metal. Bakit - ito ay magiging malinaw nang kaunti pa.

Kaya't ang ningning bilang isang purong "metal" na tanda ay nawawala.

Susunod ay ang thermal conductivity. Marahil ang tanda na ito ay maaaring itapon kaagad - nang walang pagbubukod, ang lahat ng mga katawan ay nagsasagawa ng init. Totoo, ito ay sinabi tungkol sa mga metal na sila mabuti magsagawa ng init. Ngunit, natatakot ako, sa tanong na "ano ang mabuti at ano ang masama?" sa kasong ito, walang tatay na sasagot.

Ang tanso ba ay nagsasagawa ng init? Tingnan natin ang talahanayan at agad na tumakbo sa isang counter na tanong: anong uri ng tanso at sa anong temperatura? Kung kukuha ka ng purong tanso, halimbawa, na kung saan ginawa ang mga wire para sa mga aparato sa radyo, at painitin ito sa isang pulang init, iyon ay, i-anneal ito, pagkatapos ay sa temperatura ng silid ito, at kahit na purong pilak, ay magdadala ng init na mas mahusay kaysa sa alinman. ibang metal. Ngunit ibaluktot ang tulad ng isang sample na tanso, pindutin ito o i-clamp ito sa isang vise - at ang thermal conductivity nito ay magiging mas malala. At ano ang mangyayari kung ang isang piraso ng annealed na tanso ay nagsimulang lumamig? Una, tataas ang thermal conductivity, tataas ng sampung beses sa temperatura na humigit-kumulang 10 K, at pagkatapos ay magsisimula itong mahulog nang mabilis at, sa pag-abot sa absolute zero, dapat itong maging zero (Fig. 1).

kanin. 1. Pag-asa ng thermal conductivity sa temperatura para sa iba't ibang mga sangkap. (Ang partikular na thermal conductivity ay ang dami ng init na dumadaloy sa pagitan ng magkabilang mukha ng isang kubo na may gilid na 1 cm sa pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng mga mukha na ito na 1 K sa 1 s.)

Kumuha tayo ngayon ng isa pang metal - bismuth. Ang larawan para sa kanya ay halos kapareho sa nakita natin para sa tanso, tanging ang maximum na thermal conductivity ay namamalagi sa 3 K, at sa temperatura ng silid ang bismuth ay nagsasagawa ng init nang hindi maganda, hindi mas mahusay kaysa sa isang kristal na kuwarts. Ngunit ang kuwarts ay hindi isang metal! At ang parehong kuwarts, tulad ng makikita mula sa Figure 1, kung minsan ay lumalabas na hindi mas masahol pa kaysa sa tanso sa mga tuntunin ng mga katangian ng heat-conducting nito. At ang fused quartz, i.e. quartz glass, ay hindi mahusay na nagsasagawa ng init, tulad ng hindi kinakalawang na asero.

Ang kuwarts ay walang pagbubukod. Ang lahat ng mahusay na kalidad ng mga kristal ay kumikilos sa isang katulad na paraan, tanging ang mga numero ay bahagyang naiiba. Ang brilyante, halimbawa, na nasa temperatura ng silid ay may mas mahusay na thermal conductivity kaysa sa tanso.

Tinatanggihan namin ang thermal conductivity na may dalisay na puso at hindi namin ito pagsisisihan. At hindi lamang dahil hindi gaanong madaling makilala ang isang metal mula sa isang non-metal sa batayan na ito, ngunit din dahil, ito ay lumiliko, ang mga tiyak na tampok sa thermal conductivity ng mga metal (at mayroong ganoon) ay isang kinahinatnan nito. electrical conductivity - ang huling natitirang ari-arian.

At muli, sa mga salita na ibinigay sa simula ng artikulo, ang paglilinaw ay hindi lamang electrical conductivity, ngunit mabuti electrical conductivity. Ngunit pagdating sa thermal conductivity, ang epithet na "mabuti" ay nag-alerto sa amin at, tulad ng nangyari, hindi walang kabuluhan. Ano - at ang huling pag-aari na pinaghihinalaan? Ito ay kinakailangan upang i-save ito, kung hindi man ay maiiwan tayo nang walang mga metal, at sa parehong oras ay walang semiconductors, walang mga insulator. Ganito gumagana ang agham! Sa karamihan ng mga kaso, ang sinumang mag-aaral ay sasabihin nang walang pag-aalinlangan kung ano ang kanyang pakikitungo, ngunit sila ay naghukay ng mas malalim - huminto sila sa pagkalito.

At may galing. Kumuha tayo ng mga talahanayan ng pisikal na dami at tingnan ang mga numero. Dito, halimbawa, sa temperatura ng silid, ang resistivity ρ (Ohm cm) tanso ~1.55 10 -6 ; sa bismuth ρ ~ 10 -4 ; grapayt ρ ~ 10 -3 ; para sa purong silikon at germanium ρ ~ 10 2 (ngunit sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga impurities, maaari itong dalhin hanggang ~ 10 -3); sa marmol ρ = 10 7 - 10 11; sa tabi ng salamin ρ = 10 10 ; at sa isang lugar sa dulo ng listahan - amber na may resistivity ng hanggang 1019. At saan nagtatapos ang mga metal na konduktor at nagsisimula ang mga dielectric? At hindi pa namin nabanggit ang mga electrolyte. Ang ordinaryong tubig sa dagat ay nagsasagawa ng kasalukuyang balon. Ano - at ituring itong isang metal?

Tingnan natin kung nakakatulong sa atin ang temperatura. Kung tataas mo ang temperatura, ang mga pagkakaiba sa pagitan ng mga sangkap ay magsisimulang makinis: para sa tanso, ang paglaban ay magsisimulang tumaas, para sa salamin, halimbawa, upang bumaba. Kaya, kinakailangang sundin kung ano ang nangyayari sa panahon ng paglamig. At dito nakita natin sa wakas ang mga pagkakaiba sa husay. Tingnan ang Figure 2: sa mga likidong temperatura ng helium, malapit sa absolute zero, nahahati ang mga substance sa dalawang grupo. Para sa ilan, ang paglaban ay nananatiling maliit, para sa mga haluang metal o para sa hindi masyadong purong mga metal ρ halos hindi nagbabago sa paglamig, sa mga purong metal ang paglaban ay nababawasan nang husto. Ang mas dalisay at mas perpekto ang kristal, mas malaki ang pagbabagong ito. Minsan ang u sa temperaturang malapit sa absolute zero ay daan-daang libong beses na mas mababa kaysa sa temperatura ng kuwarto. Sa iba pang mga sangkap, tulad ng semiconductors, habang bumababa ang temperatura, ang paglaban ay nagsisimula nang mabilis na tumaas, at mas mababa ang temperatura, mas malaki ito. Kung posible na makarating sa absolute zero, kung gayon ρ magiging walang hanggan malaki. Gayunpaman, sapat na ang paglaban sa aktwal na nagiging napakalaki na hindi na ito masusukat ng anumang modernong instrumento.

Kaya, nakuha namin ang sagot: ang mga metal ay mga sangkap na nagsasagawa ng kuryente sa anumang temperatura.

kanin. 2. Pag-asa ng tiyak na paglaban ng mga purong metal (tanso at platinum) at isang semiconductor (purong germanium) sa temperatura.

Sa kaibahan, ang mga dielectric ay humihinto sa pagsasagawa ng kasalukuyang kapag sila ay pinalamig sa ganap na zero. Gamit ang kahulugang ito, ang parehong grapayt at molibdenum dioxide ay mga metal. Ngunit saan ilalagay ang mga semiconductor? Kung ang nag-uusap kami tungkol sa dalisay, perpektong kristal, kung gayon ang mga ito, mahigpit na pagsasalita, mga dielectric. Ngunit kung naglalaman sila ng maraming mga impurities, maaari silang maging mga metal, ibig sabihin, mapanatili ang kondaktibiti sa pinakamababang temperatura.

Ano ang natitira sa atin sa huli? Nagawa naming makilala ang nag-iisa isang mahalagang tanda, na ginagabayan kung saan maaari nating, kung hindi sa pang-araw-araw na pagsasanay, kung gayon sa prinsipyo, palaging makilala ang isang metal mula sa isang di-metal. At dahil ang tanda na ito ay isa lamang, kung gayon ang parehong mga kondisyon ay awtomatikong nasiyahan, ang katuparan kung saan hinihiling namin sa simula ng artikulo.

Bakit ang mga metal ay nagsasagawa ng kasalukuyang?

Matagal nang nabanggit na ang ilang mga elemento, tulad ng tanso, ginto, pilak, bakal, tingga, lata, kapwa sa dalisay na anyo at kapag pinagsama sa isa't isa, ay bumubuo ng mga metal. Ang iba, tulad ng phosphorus, sulfur, chlorine, nitrogen, oxygen, ay hindi lamang mga metal mismo, ngunit kapag pinagsama sa mga metal, ginagawa nila ang mga ito sa dielectrics. Ang isang halimbawa nito ay karaniwang asin. NaCl . Samakatuwid, sa kimika, lumitaw ang paghahati ng mga elemento sa mga metal at di-metal.

Ang ganitong pag-uuri, gayunpaman, ay walang iba kundi isang pahayag ng mga katotohanan, bagama't sa unang tingin ay inaangkin nitong ipaliwanag ang mga katangian ng mga sangkap batay lamang sa istruktura ng mga atomo. Sa katunayan, tingnan natin ang periodic table. Ang mga elementong matatagpuan sa parehong column ay halos magkapareho sa kanilang mga kemikal na katangian. Ngunit ang mga kristal o haluang metal ba na gawa sa kanila ay magsasagawa ng electric current? Sa pagtingin sa talahanayan, imposibleng sagutin ang tanong na ito. Kaya, ang lahat ng mga elemento ng unang pangkat ay mga metal, maliban sa una - hydrogen. Ngunit ang isang batas na pinapayagan ng isang tao na labagin ay hindi na batas. Totoo, ang mga bagay ay mas mahusay sa pangalawang grupo: dito ang lahat ng mga elemento ay pamilyar na mga metal; at sa ikatlong grupo ay may kabiguan muli: ang boron ay isang semiconductor, at ang aluminyo ay isang kahanga-hangang metal. Mas malala pa. Ang unang elemento ng ikaapat na pangkat ay carbon; nabanggit na natin na ang grapayt, ang tinatawag na carbon crystal, ay isang metal. Ngunit ang brilyante ay isa ring kristal na binubuo ng mga carbon atom, ngunit iba ang pagkakaayos kaysa sa grapayt - isang insulator. Ang silikon at germanium ay mga klasikal na semiconductor. Tin - ito ay tila, isang tipikal na metal. Gayunpaman... Kung ang pamilyar na puting makintab na lata ay gaganapin sa loob ng mahabang panahon sa temperatura na -30 ° C, kung gayon ang kristal na istraktura nito ay magbabago, at sa panlabas ay magiging kulay abo. At ang lata na ito - tinatawag nila itong "grey na lata" - ay isang semiconductor! At ang tingga ay palaging isang metal.

Kung sinimulan mo ang paghahalo ng iba't ibang mga elemento, kung gayon ang larawan ay magiging ganap na kumplikado. Kunin, halimbawa, at pagsamahin ang dalawang metal na indium at antimony - sa ratio na isa sa isa. Nakakakuha kami ng semiconductor na malawakang ginagamit sa teknolohiya InSb . Sa kabilang banda, nasabi na natin na ang molibdenum dioxide MoO 2 sa T≈ 0 K ay nagsasagawa ng kasalukuyang, i.e. MoO 2 - metal. (AT WO 2 , at Re 2 O 3 at ang ilang iba pang mga oxide ay mga metal din.) At kung ang mga kristal na nagreresulta mula sa mga atomo ay malakas na pinipiga, pinipiga, kung gayon ito ay lumiliko na halos lahat ng mga sangkap ay nagiging mga metal, kahit na ang mga tipikal na metalloid bilang asupre. Totoo, para dito ang presyon ng paglipat sa estado ng metal ay napakataas - ilang daang libong mga atmospheres (at higit pa para sa hydrogen).

Tila na ang paghihiwalay ng mga elemento sa mga metal at non-metal ay hindi isang madaling gawain. Sa anumang kaso, malinaw na, kung isasaalang-alang ang mga indibidwal na atomo, hindi natin masasabi kung ang isang sangkap na binubuo ng mga atomo na ito ay magsasagawa ng kasalukuyang sa T≈ 0 K, dahil ang paraan ng lokasyon ng mga atomo ay may kaugnayan sa isa't isa ay may malaking papel. Samakatuwid, upang sagutin ang tanong na "bakit ang mga metal ay nagsasagawa ng kasalukuyang?" kinakailangang pag-aralan kung paano nakikipag-ugnayan ang mga atomo sa isa't isa, na bumubuo ng isang solidong katawan.

Tingnan natin kung paano nakatayo ang mga bagay sa pinakasimpleng mga metal - lithium. Serial number Li - tatlo. Nangangahulugan ito na ang nucleus ng isang atom Li naglalaman ng tatlong proton at ang positibong singil ng nucleus ay nagbabayad para sa tatlong mga electron. Dalawa sa kanila ang bumubuo ng isang punong s-shell na pinakamalapit sa nucleus at malakas na nakagapos sa nucleus. Ang natitirang electron ay matatagpuan sa pangalawang s-shell. Maaaring magkasya ito ng isa pang electron, ngunit wala nito ang lithium. Ang lahat ng iba pang pinapayagang estado ng enerhiya ay libre, at ang mga electron ay pumapasok lamang sa kanila kapag ang atom ay nasasabik (halimbawa, kapag ang singaw ng lithium ay malakas na pinainit). Ang scheme ng mga antas sa lithium atom ay ipinapakita sa Figure 3.

kanin. 3. Scheme ng mga antas ng enerhiya ng lithium atom at ang kanilang pagbabago sa mga zone kapag ang mga atom ay pinagsama sa isang kristal. Ang mga abalang estado ay minarkahan ng pula.

Isaalang-alang ngayon ang hanay ng mga lithium atom na matatagpuan sa isang limitadong dami. Maaari silang bumuo ng gas (singaw), likido o solid. Sa isang sapat na mababang temperatura, pinipigilan ng mga puwersa ng kapwa pagkahumaling ang thermal motion ng mga atomo, at nabuo ang isang kristal. Ito ay tiyak na nangyayari sa ganap na zero na temperatura, kapag ang lahat ng kilalang sangkap, maliban sa helium, ay mga kristal.

Kaya, ito ay kilala mula sa karanasan na sa mababang temperatura ang isang solid ay isang matatag na estado para sa lithium. Ngunit, tulad ng nalalaman, ang gayong estado ng bagay ay palaging matatag, kung saan ang panloob na enerhiya nito ay mas mababa kaysa sa iba pang posibleng mga estado ng pagsasama-sama sa parehong temperatura. Ang kabuuang pagbaba ng enerhiya sa panahon ng paglipat mula sa isang estado patungo sa isa pa ay madaling sukatin - pagkatapos ng lahat, ito ang init ng pagsingaw o pagkatunaw.

Mula sa isang mikroskopiko na pananaw, sa mababang temperatura, ang panloob na enerhiya ng isang sangkap ay, una sa lahat, ang kabuuan ng mga enerhiya ng mga electron ng mga atom na bumubuo sa katawan. Ngunit ang mga electron sa mga atom ay sumasakop sa mahigpit na tinukoy na mga antas ng enerhiya. Nangangahulugan ito na maaari nating asahan na kapag ang mga atomo ay lumalapit sa isa't isa, ang mga antas ng enerhiya ay magbabago. Sa kasong ito, ang pamamahagi ng mga electron sa mga antas ay dapat na maging tulad na ang kanilang kabuuang enerhiya ay mas mababa kaysa sa kabuuan ng mga energies ng mga electron sa parehong bilang ng mga atom na nakahiwalay sa isa't isa.

Ang mangyayari sa mga antas ay mauunawaan batay sa pagkakatulad ng paggalaw ng isang elektron sa isang atom na may anumang oscillatory system, halimbawa, na may isang pendulum. Ipagpalagay na mayroon tayong dalawang ganap na magkaparehong pendulum. Hangga't hindi sila nakikipag-ugnayan sa isa't isa, ang dalas ng oscillation ng parehong mga pendulum ay pareho. Ipakilala natin ngayon ang pakikipag-ugnayan sa pagitan nila - ikokonekta natin sila, halimbawa, sa isang malambot na bukal. At kaagad, sa halip na isang dalas, dalawa ang lalabas. Tingnan ang Figure 4: ang mga coupled pendulum ay maaaring mag-oscillate sa phase, o maaari silang mag-oscillate patungo sa isa't isa. Malinaw, sa huling kaso, ang kanilang paggalaw ay magiging mas mabilis, ibig sabihin, ang dalas ng mga oscillations ng naturang sistema ay mas mataas kaysa sa natural na dalas ng mga oscillations ng isang pendulum. Kaya, ang pagkabit ay humahantong sa paghahati ng dalas. Kung ikinonekta mo ang tatlong pendulum, magkakaroon na ng tatlong natural na frequency, ang sistema ng apat na konektadong pendulum ay may apat na natural na frequency, at iba pa ang ad infinitum.

kanin. 4. Oscillations ng coupled pendulums.

Ang pag-uugali ng anumang iba pang oscillatory system ay magkatulad. Kung papalitan natin ang mga pendulum, halimbawa, ng mga electric oscillatory circuit, kung gayon, dahil alam ng mga radio amateurs, kapag ang isang koneksyon ay ipinakilala sa pagitan nila, ang kanilang mga natural na frequency ay nahahati din. Ang mga electron sa isang atom ay isa ring uri ng oscillatory system. Tulad ng isang palawit, ang mga electron ay may masa, mayroong isang puwersa ng Coulomb na nagbabalik sa kanila sa kanilang posisyong ekwilibriyo; at tinutukoy nito ang paggalaw ng mga electron sa atom, na, ayon sa quantum mechanics, ay nailalarawan sa sarili nitong frequency. Para sa mga electron, ang pagsasama ng pakikipag-ugnayan sa panahon ng magkaparehong diskarte ay humahantong sa katotohanan na ang mga frequency na dati ay pareho ay nagiging bahagyang naiiba.

Sa quantum mechanics, mayroong direktang ugnayan sa pagitan ng enerhiya at dalas ng oscillation, na ipinahayag ng formula \(~E = h \nu\), kung saan h\u003d 6.6 10 -34 J s - Ang pare-pareho ng Planck, at ν - dalas ng oscillation. Samakatuwid, dapat asahan na kapag ang dalawang lithium atoms ay lumalapit sa bawat isa sa mga antas na ipinapakita sa Figure 3, ito ay mahahati sa dalawa. Ang bawat bagong antas ng enerhiya ay tumutugma sa sarili nitong shell ng elektron, ngayon ay hindi ng isang atom, ngunit ng isang "molekula". Ang mga shell ay puno ng mga electron ayon sa parehong panuntunan tulad ng para sa isang atom - dalawang electron bawat shell. Ang pares ng mga shell na iyon, na lumabas mula sa pinakamababang antas, ay ganap na mapupuno ng mga electron. Sa katunayan, apat na electron ang maaaring ilagay sa kanila, at dalawang lithium atoms ay may anim sa kanila. Dalawang electron ang nananatili, na ngayon ay matatagpuan sa mas mababang antas ng pangalawang pares. Pansinin ang qualitative leap na naganap: dati, ang dalawang electron na ito ay sumakop sa dalawa sa apat na estado na may parehong enerhiya. Ngayon ay mayroon na silang pagkakataong pumili, at inilagay nila ang kanilang mga sarili upang ang kanilang kabuuang enerhiya ay mas maliit. Hindi mahirap isipin kung ano ang mangyayari kapag idinagdag ang mga sumusunod na atomo: para sa tatlong atomo, ang bawat unang antas ay hahati sa tatlo (tingnan ang Fig. 3). Matatagpuan ang siyam na mga electron tulad ng sumusunod: anim sa mas mababang triad ng mga antas na lumitaw mula sa antas ng inner filled shell ng atom na pinakamalapit sa nucleus; dalawa pang electron - sa mas mababang antas ng susunod na triad; ang natitirang elektron ay nasa gitnang antas ng parehong triad. Ang isa pang lugar sa antas na ito ay nananatiling libre, at ang itaas na antas ay ganap na walang laman. Kung kukuha ka n atoms (\(~n \gg 1\)), pagkatapos ay nahahati ang bawat antas sa n malapit na pagitan ng mga antas na bumubuo, gaya ng sinasabi nila, isang banda o zone ng mga pinapayagang halaga ng enerhiya. Sa mas mababang banda, ang lahat ng mga estado ay inookupahan, at sa pangalawa - kalahati lamang, at tiyak na ang enerhiya ay mas mababa. Ang susunod na lane ay ganap na walang laman.

Ang distansya sa pagitan ng mga katabing antas sa zone ay madaling tantiyahin. Natural na ipagpalagay na kapag ang mga atomo ay lumalapit sa isa't isa, ang pagbabago sa enerhiya ng mga electron ng atom ay humigit-kumulang katumbas ng init ng pagsingaw ng sangkap, na muling kinakalkula sa bawat isang atom. Ito ay karaniwang ilang electronvolts para sa mga metal, at samakatuwid ang kabuuang lapad ng banda Δ E, na tinutukoy ng pakikipag-ugnayan ng mga kalapit na atomo, ay dapat magkaroon ng parehong sukat, ibig sabihin, Δ E~ 1 eV ≈ 10 -19 J. Para sa distansya sa pagitan ng mga antas nakukuha natin \(~\delta E \sim \dfrac(\Delta E)(n)\), kung saan n ay ang bilang ng mga atom sa sample. Napakalaki ng numerong ito: ang interatomic na distansya ay ilang angstrom lamang, at ang volume sa bawat atom ay ~ 10 -22 cm 3 lamang. Kung ang aming sample ay may, para sa katiyakan, isang dami ng 1 cm 3, pagkatapos ay para dito n≈ 10 22 . Samakatuwid, ayon sa bilang ay lumalabas na δ E≈ 10 -22 Δ E≈ 10 -41 J. Ang halagang ito ay napakaliit na maaaring palaging mapabayaan ng isang tao ang dami ng enerhiya sa loob ng zone at ipagpalagay na ang anumang mga halaga ng enerhiya ay pinapayagan sa loob ng zone.

Kaya, sa isang kristal, ang mga antas ng enerhiya ay pinahiran sa mga zone na may lapad na maihahambing sa distansya sa pagitan nila. Ang pinapayagan para sa mga electron ay mga estado sa loob ng banda, at dito ang mga electron ay maaaring magkaroon ng halos anumang enerhiya (siyempre, sa loob ng lapad ng banda). Ngunit napakahalaga na ang bilang ng mga lugar sa bawat sona ay mahigpit na limitado at katumbas ng dalawang beses ang bilang ng mga atomo na bumubuo sa kristal. At ang pangyayaring ito, kasama ang prinsipyo ng pinakamababang enerhiya, ay tumutukoy sa pamamahagi ng mga electron sa mga zone. Ngayon ay handa na tayong lahat na maunawaan sa wakas kung bakit nagsasagawa ng kasalukuyang ang lithium. Tingnan natin muli ang Figure 3. Ano ang nangyari? Habang ang mga atom ay nag-iisa, ang lahat ng mga electron ay nasa mahusay na tinukoy na mga estado, mahigpit na pareho para sa lahat ng mga atomo. Ngayon ang mga atomo ay pinagsama sa isang kristal. Ang mga atom mismo sa isang kristal ay hindi lamang pareho, kundi pati na rin ang eksaktong kaparehong matatagpuan na may kaugnayan sa kanilang mga kapitbahay (maliban, siyempre, sa mga tumama sa ibabaw ng kristal). At ang lahat ng mga electron ngayon ay may iba't ibang enerhiya. Maaari lamang itong mangyari kung ang mga electron ay hindi na nabibilang sa mga indibidwal na atomo, ngunit ang bawat elektron ay "hinati" sa lahat ng mga atomo. Sa madaling salita, ang mga electron ay malayang gumagalaw sa loob ng isang perpektong kristal, na bumubuo, kumbaga, isang likido na pumupuno sa buong dami ng sample. At ang electric current ay isang direktang daloy ng likidong ito, katulad ng tubig na dumadaloy sa mga tubo.

Upang pilitin ang tubig na dumaloy sa isang tubo, ang pagkakaiba ng presyon ay dapat gawin sa mga dulo ng tubo. Pagkatapos, sa ilalim ng pagkilos ng mga panlabas na puwersa, ang mga molekula ay makakakuha ng isang nakadirekta na bilis - ang tubig ay dadaloy. Ang hitsura ng isang nakadirekta na bilis ay napakahalaga dito, dahil ang mga molekula mismo ay gumagalaw nang magulo sa napakalaking bilis - sa temperatura ng silid, ang average na bilis ng thermal motion ng isang molekula ay halos 10 3 m / s. Kaya ang karagdagang enerhiya na nakuha ng molekula sa daloy ay maliit kumpara sa enerhiya ng thermal motion.

Ang karagdagang enerhiya na dapat ibigay sa isang electron upang ito ay makilahok sa pangkalahatang direksyon ng paggalaw ng mga electron sa isang kristal (at ito ang kasalukuyang) ay maliit din kumpara sa self-energy ng electron. Madali itong i-verify. Nasabi na natin na ang enerhiya ng isang electron ay katumbas sa pagkakasunud-sunod ng magnitude sa 1 eV = 1.6 10 -19 J. Kung aalalahanin natin iyon para sa isang libreng electron \(~E = \dfrac(m \upsilon^2)(2 )\) at m\u003d 9.1 10 -31 kg, pagkatapos ay madaling mahanap ang bilis: υ ~ 10 6 m/s. Ipagpalagay na ang lahat ng mga electron ay lumahok sa kasalukuyang, at sila ay nasa 1 m 3 ng konduktor n ~ 10 28 Z (Z ay ang nuclear charge). Pagkatapos ay sa isang wire na may isang cross section S\u003d 10 -6 m 2 sa kasalukuyang ako≈ 10 A (sa mas mataas na kasalukuyang matutunaw ang wire) ang direksiyon na bilis ng mga electron ay \(~\upsilon_H = \dfrac(I)(neS) \approx 10^(-2) - 10^(-3)\ ) MS. Nangangahulugan ito na ang enerhiya ng electron na nakikilahok sa kasalukuyang ay mas malaki kaysa sa enerhiya E libreng elektron sa pamamagitan lamang ng 10 -8 E, ibig sabihin, sa pamamagitan ng 1.6 10 -27 J.

At narito tayo ay nahaharap sa isang nakakagulat na katotohanan: lumalabas na ang mga electron na matatagpuan sa mas mababang banda, karaniwang tinatawag na valence band, ay hindi maaaring baguhin ang kanilang enerhiya sa isang maliit na halaga. Pagkatapos ng lahat, kung ang ilang elektron ay nagpapataas ng enerhiya nito, nangangahulugan ito na dapat itong lumipat sa isa pang antas, at ang lahat ng mga kalapit na antas sa valence band ay inookupahan na. May mga bakante lang sa susunod na zone. Ngunit upang makarating doon, dapat baguhin ng electron ang enerhiya nito ng ilang electron volts nang sabay-sabay. Ito ay kung paano umupo ang mga electron sa valence band at maghintay para sa pie sa kalangitan - isang energetic na quantum. At ang quanta ng kinakailangang enerhiya ay nasa nakikita o ultraviolet na ilaw.

Kaya, mayroong likido, ngunit hindi ito maaaring dumaloy. At kung ang lithium ay may dalawang electron lamang sa isang atom, iyon ay, kung gumawa tayo ng isang larawan para sa mga lithium atom, pagkatapos ay makakakuha tayo ng isang insulator. Ngunit ang solid helium ay talagang isang insulator, kaya't maaari na nating batiin ang ating sarili sa ilang tagumpay: hindi pa natin ipinaliwanag kung bakit maaaring dumaloy ang kasalukuyang sa mga metal, ngunit naiintindihan natin kung bakit ang mga dielectric, kung saan maraming mga electron at lahat sila ay "napahid" sa buong kristal, huwag magsagawa ng kasalukuyang.

Ngunit ano ang tungkol sa lithium? Aba, may second zone siya, na kalahati lang ang laman. Ang enerhiya na naghihiwalay sa okupado at libreng mga antas sa loob ng banda na ito ay tinatawag na Fermi energy E f. Tulad ng nasabi na natin, ang pagkakaiba ng enerhiya sa pagitan ng mga antas sa banda ay napakaliit. Ito ay sapat na para sa isang elektron na matatagpuan sa zone malapit sa antas ng Fermi upang bahagyang mapataas ang enerhiya nito - at ito ay libre, kung saan ang mga estado ay hindi inookupahan. Walang pumipigil sa mga electron mula sa boundary strip mula sa pagtaas ng kanilang enerhiya sa ilalim ng pagkilos ng isang electric field at pagkuha ng nakadirekta na bilis. Ngunit ito ang kasalukuyang! Ngunit ito ay kasingdali para sa mga electron na ito na mawala ang kanilang direksiyon na tulin kapag sila ay bumangga sa mga atomo ng karumihan (na laging nariyan) o sa iba pang mga paglabag sa perpektong istrukturang kristal. Ipinapaliwanag nito ang kasalukuyang pagtutol.

Tila malinaw kung bakit ang helium ay isang insulator at ang lithium ay isang konduktor. Subukan nating ilapat ang ating mga ideya sa susunod na elemento - beryllium. At dito - isang misfire, ang modelo ay hindi gumana. Ang Beryllium ay may apat na electron, at tila ang una at pangalawang zone ay dapat na ganap na inookupahan, at ang pangatlo ay dapat na walang laman. Ito ay lumalabas na isang insulator, habang ang beryllium ay isang metal.

Ang punto ay ito. Kung ang lapad ng mga zone ay sapat na malaki, maaari silang mag-overlap sa bawat isa. Tungkol sa gayong kababalaghan, sinasabi nila na ang mga zone ay magkakapatong. Ito mismo ang nangyayari sa beryllium: ang pinakamababang enerhiya ng mga electron sa ikatlong zone ay mas mababa kaysa sa pinakamataas na enerhiya sa pangalawa. Samakatuwid, lumalabas na masigasig na kanais-nais para sa mga electron na umalis sa walang laman na bahagi ng pangalawang banda at sakupin ang mga estado sa ibaba ng ikatlo. Dito pumapasok ang metal.

Ano ang mangyayari sa iba pang mga elemento? Magpatong man ang mga zone o hindi, imposibleng sabihin nang maaga, nangangailangan ito ng masalimuot na mga kalkulasyon sa computer, at hindi laging posible na makakuha ng maaasahang sagot. Ngunit narito ang kapansin-pansin: mula sa aming pamamaraan ay sumusunod na kung kukuha kami ng mga elemento na may kakaibang bilang ng mga electron, kung gayon ang isang metal ay dapat palaging makuha, kung isang solong atom lamang ang isang istrukturang yunit sa isang kristal. Ngunit ang hydrogen, halimbawa, nitrogen at fluorine, ay hindi nais na mag-kristal sa gayong sala-sala. Mas gusto nilang magkaisa muna sa mga pares, at ang mga molekula na naglalaman ng pantay na bilang ng mga electron ay nakahanay sa isang kristal. At ang mga batas ng quantum mechanics ay hindi pumipigil sa kanya na maging isang dielectric.

Kaya, alam na natin ngayon kung ano ang isang metal mula sa punto ng view ng pisika, at naisip ang pinakadiwa ng kababalaghan, pag-unawa kung bakit umiiral ang mga insulator at conductor sa prinsipyo. Nakita natin na walang madaling paraan upang ipaliwanag kung bakit ang isang partikular na sangkap ay isang insulator o isang metal. Magagawa lamang ito sa pamamagitan ng armado ng lahat ng kapangyarihan ng kagamitan ng modernong quantum mechanics at teknolohiya ng computer, ngunit ito na ang gawain ng mga espesyalista.

Alam mo na karamihan sa mga elemento ng kemikal ay inuri bilang mga metal - 92 sa 114 na kilalang elemento.

Mga metal - ito ay mga kemikal na elemento, ang mga atomo kung saan nag-donate ng mga electron ng panlabas (at ilan sa pre-outer) na layer ng elektron, na nagiging mga positibong ion.

Ang pag-aari na ito ng mga metal na atom, tulad ng alam mo, ay tinutukoy ng katotohanan na mayroon silang medyo malaking radii at isang maliit na bilang ng mga electron (pangunahin mula 1 hanggang 3) sa panlabas na layer.

Ang tanging pagbubukod ay 6 na metal: ang mga atomo ng germanium, lata, tingga sa panlabas na layer ay may 4 na electron, mga atomo ng antimony, bismuth -5, mga atomo ng polonium - 6.

Ang mga atomo ng metal ay nailalarawan sa pamamagitan ng mababang mga halaga ng electronegativity (mula 0.7 hanggang 1.9) at eksklusibong pagbabawas ng mga katangian, iyon ay, ang kakayahang mag-abuloy ng mga electron.

Alam mo na sa Periodic Table of Chemical Elements ng D. I. Mendeleev, ang mga metal ay nasa ibaba ng boron-astatine diagonal, nasa itaas din ako nito sa mga side subgroup. Sa mga subgroup ng panahon at clay, may mga regularidad na alam mo sa pagpapalit ng metal, at samakatuwid ay ang pagbabawas ng mga katangian ng mga atomo ng mga elemento.

Ang mga elemento ng kemikal na matatagpuan malapit sa boron-astat na diagonal ay may dalawahang katangian: sa ilan sa kanilang mga compound ay kumikilos sila tulad ng mga metal, sa iba ay nagpapakita sila ng mga katangian ng isang non-metal.

Sa pangalawang subgroup, ang pagbabawas ng mga katangian ng mga metal ay kadalasang bumababa sa pagtaas ng serial number. Ihambing ang aktibidad ng pangkat I metal ng side subgroup na kilala mo: Cu, Ag, Au; II pangkat ng pangalawang subgroup - at makikita mo mismo.

Halimbawa, ang mga sodium ions ay kinokontrol ang nilalaman ng tubig sa katawan, ang paghahatid ng mga nerve impulses. Ang kakulangan nito ay humahantong sa pananakit ng ulo, panghihina, mahinang memorya, kawalan ng gana sa pagkain, at ang labis nito ay humahantong sa pagtaas ng presyon ng dugo, hypertension, at sakit sa puso. Inirerekomenda ng mga eksperto sa nutrisyon ang pagkonsumo ng hindi hihigit sa 5 g (1 kutsarita) ng table salt (NaCl) bawat nasa hustong gulang bawat araw. Ang impluwensya ng mga metal sa kalagayan ng mga hayop at halaman ay makikita sa Talahanayan 16.

Mga simpleng sangkap - metal
Sa pag-unlad ng paggawa ng mga metal (simpleng sangkap) at haluang metal, ang paglitaw ng sibilisasyon ("Bronze Age", Iron Age) ay konektado.

Ang Figure 38 ay nagpapakita ng diagram ng crystal lattice ng sodium metal. Sa loob nito, ang bawat sodium atom ay napapalibutan ng walong kalapit. Ang mga atomo ng sodium, tulad ng lahat ng mga metal, ay may maraming libreng valence orbital at kakaunting valence electron.

Ang tanging valence electron ng sodium atom Zs 1 ay maaaring sakupin ang alinman sa siyam na libreng orbital, dahil hindi gaanong nagkakaiba ang mga ito sa antas ng enerhiya. Kapag ang mga atomo ay lumalapit sa isa't isa, kapag ang isang kristal na sala-sala ay nabuo, ang mga valence orbital ng mga kalapit na mga atomo ay nagsasapawan, dahil sa kung saan ang mga electron ay malayang gumagalaw mula sa isang orbital patungo sa isa pa, na gumagawa ng isang koneksyon sa pagitan ng lahat ng mga atom ng metal na kristal.

Ang ganitong uri ng chemical bond ay tinatawag na metallic bond. Ang isang metal na bono ay nabuo ng mga elemento na ang mga atomo sa panlabas na layer ay may kaunting mga valence electron kumpara sa isang malaking bilang ng mga panlabas na energetically close orbitals. Ang kanilang mga valence electron ay mahinang hawak sa atom. Ang mga electron na nagsasagawa ng koneksyon ay nakikisalamuha at gumagalaw sa buong kristal na sala-sala ng neutral na metal sa kabuuan.

Ang mga sangkap na may metal na bono ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga metal na kristal na sala-sala, na karaniwang inilalarawan sa eskematiko bilang isang tik, tulad ng ipinapakita sa figure, ang mga node ay mga cation at metal na atom. Ang mga nakabahaging electron na electrostatically ay nakakaakit ng mga metal na kasyon na matatagpuan sa mga node ng kanilang mga kristal na sala-sala, na tinitiyak ang katatagan at lakas nito (ang mga nakabahaging electron ay inilalarawan bilang maliliit na itim na bola).
Ang isang metal na bono ay isang bono sa mga metal at haluang metal sa pagitan ng mga metal na atom-ion na matatagpuan sa mga node ng kristal na sala-sala, na isinasagawa ng mga socialized valence electron.

Ang ilang mga metal ay nag-kristal sa dalawa o higit pang mga kristal na anyo. Ang pag-aari na ito ng mga sangkap - na umiral sa ilang mga pagbabagong mala-kristal - ay tinatawag na polymorphism. Ang polymorphism para sa mga simpleng substance ay kilala mo bilang allotropy.

Ang lata ay may dalawang mala-kristal na pagbabago:
. alpha - stable sa ibaba 13.2 ºС na may density р - 5.74 g/cm3. Ito ay kulay abong lata. Mayroon itong kristal na sala-sala tulad ng brilyante (atomic):
. betta - stable sa itaas 13.2 ºС na may density p - 6.55 g/cm3. Ito ay puting lata.

Ang puting lata ay isang napakalambot na metal. Kapag pinalamig sa ibaba 13.2 ºС, gumuho ito sa isang kulay-abo na pulbos, dahil sa paglipat | 1 » n ang tiyak na dami nito ay tumataas nang malaki. Ang phenomenon na ito ay tinatawag na tin plague. Siyempre, ang isang espesyal na uri ng bono ng kemikal at ang uri ng kristal na sala-sala ng mga metal ay dapat matukoy at ipaliwanag ang mga ito. pisikal na katangian.

Ano sila? Ang mga ito ay metallic luster, plasticity, mataas na electrical conductivity at thermal conductivity, isang pagtaas sa electrical resistance sa pagtaas ng temperatura, pati na rin ang mga praktikal na makabuluhang katangian tulad ng density, pagkatunaw at pagkulo ng mga punto, katigasan, at magnetic properties.
Subukan nating ipaliwanag ang mga dahilan na tumutukoy sa mga pangunahing pisikal na katangian ng mga metal. Bakit plastik ang mga metal?

Ang mekanikal na pagkilos sa isang kristal na may metal na kristal na sala-sala ay nagiging sanhi ng paglilipat ng mga layer ng ion-atom sa isa't isa, dahil ang mga electron ay gumagalaw sa kabuuan ng kristal, ang mga bono ay hindi nasira, samakatuwid, ang mga metal ay nailalarawan sa pamamagitan ng higit na plasticity.

Ang isang katulad na epekto sa isang solidong substansiya na may mga covalent bond (atomic crystal lattice) ay humahantong sa pagkasira ng covalent bond. Ang pagkasira ng mga bono sa ionic na sala-sala ay humahantong sa mutual repulsion ng like-charged ions (Fig. 40). Samakatuwid, ang mga sangkap na may atomic at ionic crystal lattice ay marupok.

Ang karamihan sa mga plastik na metal ay Au, Af, Cu, Sn, Pb, Zn. Ang mga ito ay madaling iginuhit sa wire, pumapayag sa forging, pagpindot, pag-roll sa mga sheet. Halimbawa, ang gintong foil na 0.008 nm ang kapal ay maaaring gawin mula sa ginto, at ang isang thread na 1 km ang haba ay maaaring iguguhit mula sa 0.5 g ng metal na ito.

Kahit na ang mercury, na, tulad ng alam mo, ay likido sa temperatura ng silid, ay nagiging malleable tulad ng lead sa mababang temperatura sa solid state. Si Bi at Mn lang ang walang kaplastikan, malutong.

Bakit ang mga metal ay may katangiang kinang at malabo rin?
Ang mga electron na pumupuno sa interatomic space ay sumasalamin sa mga light ray (at hindi nagpapadala, tulad ng salamin), at karamihan sa mga metal ay pantay na nakakalat sa lahat ng mga sinag ng nakikitang bahagi ng spectrum. Samakatuwid, mayroon silang isang kulay-pilak na puti o kulay-abo na kulay. Ang Strontium, ginto at tanso ay sumisipsip ng mga maikling wavelength (malapit sa violet) sa mas malaking lawak at sumasalamin sa mahabang wavelength ng light spectrum, samakatuwid mayroon silang mapusyaw na dilaw, dilaw at tanso na kulay, ayon sa pagkakabanggit.

Bagaman sa pagsasanay, alam mo, ang metal ay hindi palaging mukhang isang magaan na katawan. Una, ang ibabaw nito ay maaaring mag-oxidize at mawala ang ningning nito. Samakatuwid, ang katutubong tanso ay mukhang isang maberde na bato. At pangalawa, kahit purong metal ay maaaring hindi lumiwanag. Ang napaka manipis na mga sheet ng pilak at ginto ay may ganap na hindi inaasahang hitsura - mayroon silang isang mala-bughaw-berdeng kulay. At ang mga pinong metal na pulbos ay lumilitaw na madilim na kulay abo, kahit itim.

Ang pilak, aluminyo, palladium ay may pinakamataas na reflectivity. Ginagamit ang mga ito sa paggawa ng mga salamin, kabilang ang mga spotlight.
Bakit ang mga metal ay may mataas na electrical conductivity at thermal conductivity?

Chaotically gumagalaw na mga electron sa isang metal sa ilalim ng impluwensya ng isang inilapat na de-koryenteng boltahe ay nakakakuha ng isang nakadirekta na paggalaw, iyon ay, nagsasagawa sila ng isang electric current. Sa pagtaas ng temperatura ng meta-aphid, ang mga amplitude ng vibration ng mga atom at ion na matatagpuan sa mga node ng crystal lattice ay tumaas. Ginagawa nitong mahirap para sa mga electron na gumalaw, at bumababa ang electrical conductivity ng metal. Sa mababang temperatura, ang oscillatory motion, sa kabaligtaran, ay lubhang bumababa at ang electrical conductivity ng mga metal ay tumataas nang husto. Malapit sa absolute zero, halos walang pagtutol sa mga metal, at lumilitaw ang superconductivity sa karamihan ng mga metal.

Dapat pansinin na ang mga di-metal na may electrical conductivity (halimbawa, grapayt), sa mababang temperatura, sa kabaligtaran, ay hindi nagsasagawa ng electric current dahil sa kawalan ng mga libreng electron. At lamang sa pagtaas ng temperatura at pagkasira ng ilang mga covalent bond, ang kanilang electrical conductivity ay nagsisimulang tumaas.

Ang pilak, tanso, pati na rin ang ginto, aluminyo ay may pinakamataas na electrical conductivity, manganese, lead, at mercury ang may pinakamababa.

Kadalasan, na may parehong regularidad tulad ng electrical conductivity, nagbabago ang thermal conductivity ng mga metal.

Ang mga ito ay dahil sa mataas na kadaliang mapakilos ng mga libreng electron, na, na nagbabanggaan sa mga vibrating ions at atoms, nakikipagpalitan ng enerhiya sa kanila. Samakatuwid, mayroong isang pagkakapantay-pantay ng temperatura sa buong piraso ng metal.

Ang lakas ng makina, density, punto ng pagkatunaw ng mga metal ay ibang-iba. Bukod dito, sa isang pagtaas sa bilang ng mga electron na nagbubuklod sa mga ions-atom, at isang pagbaba sa interatomic na distansya sa mga kristal, ang mga tagapagpahiwatig ng mga katangiang ito ay tumataas.

Kaya, ang mga alkali metal, na ang mga atomo ay may isang valence electron, ay malambot (pinutol ng kutsilyo), na may mababang density (lithium ang pinakamagaan na metal na may p - 0.53 g / cm3) at natutunaw sa mababang temperatura (halimbawa, ang natutunaw na punto. ng cesium ay 29 "C) Ang tanging metal na likido sa ilalim ng normal na mga kondisyon - mercury - ay may punto ng pagkatunaw na 38.9 "C.

Ang kaltsyum, na mayroong dalawang electron sa panlabas na antas ng enerhiya ng mga atom, ay mas matigas at natutunaw sa mas mataas na temperatura (842º C).

Ang mas naka-arched ay ang kristal na sala-sala na nabuo ng mga scandium atoms, na mayroong tatlong valence electron.

Ngunit ang pinakamalakas na kristal na lattice, mataas na densidad at mga punto ng pagkatunaw ay sinusunod sa mga metal ng pangalawang subgroup ng mga pangkat V, VI, VII, VIII. Ito ay ipinaliwanag ni. na para sa mga metal ng mga side subgroup na mayroong mga hindi naligtas na valence electron sa d-sublevel, ang pagbuo ng napakalakas na covalent bond sa pagitan ng mga atom ay katangian, bilang karagdagan sa metallic one, na isinasagawa ng mga electron ng panlabas na layer mula sa s-orbitals.

Tandaan na ang pinakamabigat na metal ay osmium (isang component ng superhard at wear-resistant alloys), ang pinaka-refractory na metal ay tungsten (ginagamit sa paggawa ng lamp filament), ang pinakamatigas na metal ay chromium Cr (scratches glass). Ang mga ito ay bahagi ng mga materyales kung saan ginawa ang mga tool sa pagputol ng metal, mga brake pad ng mabibigat na makina, atbp.

Ang mga metal ay naiiba sa paggalang sa mga magnetic field. Ngunit ang tanda na ito ay nahahati sila sa tatlong grupo:
. ferromagnetic May kakayahang mag-magnetize sa ilalim ng impluwensya ng kahit na mahina na magnetic field (iron - alpha form, cobalt, nickel, gadolinium);

Ang Paramagnetic ay nagpapakita ng mahinang kakayahang mag-magnetize (aluminyo, chromium, titanium, halos lahat ng lanthanides);

Ang diamagnetic ay hindi naaakit sa magnet, kahit na bahagyang naitaboy mula dito (lata, stranded, bismuth).

Alalahanin na kapag isinasaalang-alang ang elektronikong istraktura ng mga metal, hinati namin ang mga metal sa mga metal ng mga pangunahing subgroup (k- at p-elemento) at mga metal ng pangalawang subgroup.

Sa engineering, kaugalian na pag-uri-uriin ang mga metal ayon sa iba't ibang mga pisikal na katangian:

a) density - liwanag (p< 5 г/см3) и тяжелые (все остальные);

b) punto ng pagkatunaw - fusible at refractory.

May mga klasipikasyon ng mga metal ayon sa mga katangian ng kemikal.
Ang mga metal na may mababang aktibidad ng kemikal ay tinatawag na marangal (pilak, ginto, platinum at mga analogue nito - osmium, iridium, ruthenium, palladium, rhodium).
Ayon sa kalapitan ng mga katangian ng kemikal, alkali (mga metal ng pangkat I ng pangunahing subgroup), alkaline earth (calcium, strontium, barium, radium), pati na rin ang mga rare earth metal (scandium, yttrium, lanthanum at lanthanides, actinium at actinides) ay nakikilala.

Pangkalahatang kemikal na katangian ng mga metal
Ang mga metal na atom ay madaling ibigay ang mga electron ng valence at pumasa sa mga nons na may positibong sisingilin, iyon ay, sila ay na-oxidized. Ito, tulad ng alam mo, ay ang pangunahing karaniwang pag-aari ng parehong mga atomo at simpleng mga sangkap ng metal.

Ang mga metal sa mga reaksiyong kemikal ay palaging isang ahente ng pagbabawas. Ang pagbabawas ng kakayahan ng mga atomo ng mga simpleng sangkap - mga metal, na nabuo ng mga elemento ng kemikal ng isang panahon o isang pangunahing subgroup ng Periodic system ng D. I. Mendeleev, ay natural na nagbabago.

Ang pagbabawas ng aktibidad ng isang metal sa mga reaksiyong kemikal na nagaganap sa mga may tubig na solusyon ay sumasalamin sa posisyon nito sa serye ng electrochemical ng mga boltahe ng metal.

1. Ang mas malayo sa kaliwa ang metal ay nasa hanay na ito, mas malakas ang reducing agent nito.
2. Nagagawa ng bawat metal na ilipat (ibalik) mula sa mga asing-gamot sa solusyon ang mga metal na iyon na pagkatapos nito (sa kanan) sa isang serye ng mga boltahe.
3. Ang mga metal na nasa serye ng mga boltahe sa kaliwa ng hydrogen ay nagagawang alisin ito mula sa mga acid sa solusyon.
4. Ang mga metal, na siyang pinakamalakas na ahente ng pagbabawas (alkaline at alkaline earth), sa anumang may tubig na solusyon ay pangunahing nakikipag-ugnayan sa tubig.

Ang pagbabawas ng aktibidad ng isang metal, na tinutukoy mula sa electrochemical series, ay hindi palaging tumutugma sa posisyon nito sa Periodic Table. Ito ay ipinaliwanag ni. Na kapag tinutukoy ang posisyon ng isang metal sa isang serye ng mga boltahe, hindi lamang ang enerhiya ng detatsment ng mga electron mula sa mga indibidwal na atom ay isinasaalang-alang, kundi pati na rin ang enerhiya na ginugol sa pagkawasak ng kristal na sala-sala, pati na rin ang enerhiya na inilabas sa panahon ng ang hydration ng mga ion.

Ang pagkakaroon ng pagsasaalang-alang sa mga pangkalahatang probisyon na nagpapakilala sa pagbabawas ng mga katangian ng mga metal, bumaling tayo sa mga tiyak na reaksiyong kemikal.

Pakikipag-ugnayan sa mga simpleng di-metal na sangkap
1. Sa oxygen, karamihan sa mga metal ay bumubuo ng mga oxide - basic at amphoteric.

Ang mga metal na lithium at alkaline earth ay tumutugon sa atmospheric oxygen upang bumuo ng mga pangunahing oksido.
2. Sa mga halogens, ang mga metal ay bumubuo ng mga asin ng mga hydrohalic acid.

3. Sa hydrogen, ang pinaka-aktibong mga metal ay bumubuo ng mga hydrides - mga ionic na asing-gamot, isang karaniwang sangkap kung saan ang hydrogen ay may estado ng oksihenasyon na -1, halimbawa: calcium hydride.

4. Ang mga metal ay bumubuo ng mga asing-gamot na may asupre - sulfide.

5. Ang mga metal ay tumutugon sa nitrogen na medyo mas mahirap, dahil ang kemikal na bono sa nitrogen molecule Г^r ay napakalakas, at ang mga nitride ay nabuo. Sa ordinaryong temperatura, ang lithium lamang ang nakikipag-ugnayan sa nitrogen.
Pakikipag-ugnayan sa mga kumplikadong sangkap
1. Sa tubig. Ang alkali at alkaline earth na mga metal sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay nag-aalis ng hydrogen mula sa tubig at bumubuo ng mga natutunaw na base ng alkali.

Ang iba pang mga metal, na nakatayo sa isang serye ng mga boltahe hanggang sa hydrogen, ay maaari ding, sa ilalim ng ilang mga kundisyon, palitan ang hydrogen mula sa tubig. Ngunit ang aluminyo ay marahas na nakikipag-ugnayan sa tubig kung ang oxide film ay tinanggal mula sa ibabaw nito.
Nakikipag-ugnayan lamang ang Magnesium sa tubig kapag kumukulo, at inilalabas din ang hydrogen. Kung ang nasusunog na magnesiyo ay idinagdag sa tubig, pagkatapos ay magpapatuloy ang pagkasunog, habang nagpapatuloy ang reaksyon: nasusunog ang hydrogen. Ang bakal ay nakikipag-ugnayan lamang sa tubig kapag pinainit.
2. Ang mga metal na nasa serye ng mga boltahe hanggang sa hydrogen ay nakikipag-ugnayan sa mga acid sa solusyon. Gumagawa ito ng asin at hydrogen. Ngunit ang tingga (at ilang iba pang mga metal), sa kabila ng posisyon nito sa serye ng boltahe (sa kaliwa ng hydrogen), halos hindi natutunaw sa dilute sulfuric acid, dahil ang nagreresultang lead sulfate PbSO ay hindi matutunaw at lumilikha ng isang proteksiyon na pelikula sa ibabaw ng metal. .

3. Sa mga asing-gamot ng hindi gaanong aktibong mga metal sa solusyon. Bilang isang resulta ng naturang reaksyon, ang isang asin ng isang mas aktibong metal ay nabuo at isang hindi gaanong aktibong metal ay inilabas sa isang libreng anyo.

4. Sa mga organikong sangkap. Ang pakikipag-ugnayan sa mga organikong acid ay katulad ng mga reaksyon sa mga mineral na asido. Ang mga alkohol, sa kabilang banda, ay maaaring magpakita ng mahinang mga katangian ng acid kapag nakikipag-ugnayan sa mga metal na alkali.
Ang mga metal ay nakikilahok sa mga reaksyon na may mga haloalkane, na ginagamit upang makakuha ng mas mababang mga cycloalkane at para sa mga synthesis, kung saan ang carbon skeleton ng molekula ay nagiging mas kumplikado (A. Wurtz reaction):

5. Ang mga metal na ang mga hydroxides ay amphoteric ay nakikipag-ugnayan sa alkalis sa solusyon.
6. Ang mga metal ay maaaring bumuo ng mga kemikal na compound sa isa't isa, na kung saan ay sama-samang tinatawag na intermetallic compound. Kadalasan ay hindi nila ipinapakita ang mga estado ng oksihenasyon ng mga atomo, na katangian ng mga compound ng mga metal na may mga di-metal.

Ang mga intermetallic compound ay karaniwang walang pare-parehong komposisyon, ang kemikal na bono sa kanila ay pangunahing metal. Ang pagbuo ng mga compound na ito ay mas tipikal para sa mga metal ng pangalawang subgroup.

Mga metal oxide at hydroxides
Ang mga oxide na nabuo ng mga tipikal na metal ay inuri bilang bumubuo ng asin, pangunahing katangian ng mga katangian.

Ang mga oxide at hydroxides ng ilang mga metal ay amphoteric, iyon ay, maaari silang magpakita ng parehong mga pangunahing at acidic na katangian, depende sa mga sangkap kung saan sila nakikipag-ugnayan.

Halimbawa:

Maraming mga metal ng pangalawang subgroup, na may variable na estado ng oksihenasyon sa mga compound, ay maaaring bumuo ng ilang mga oxide at hydroxides, na ang kalikasan ay nakasalalay sa estado ng oksihenasyon ng metal.

Halimbawa, ang chromium sa mga compound ay nagpapakita ng tatlong estado ng oksihenasyon: +2, +3, +6, samakatuwid ito ay bumubuo ng tatlong serye ng mga oxide at hydroxides, at sa pagtaas ng estado ng oksihenasyon, ang acid character ay tumataas at ang pangunahing karakter ay humina.

Kaagnasan ng mga metal
Kapag ang mga metal ay nakikipag-ugnayan sa mga sangkap sa kapaligiran, ang mga compound ay nabuo sa kanilang ibabaw na may ganap na naiibang mga katangian kaysa sa mga metal mismo. Sa isang normal na ugat, madalas nating ginagamit ang mga salitang "kalawang", "rusting", na nakikita ang isang brown-red coating sa mga produktong gawa sa bakal at mga haluang metal nito. Ang kalawang ay isang karaniwang anyo ng kaagnasan.

Kaagnasan- ito ang proseso ng kusang pagkasira ng mga metal at haluang metal sa ilalim ng impluwensya ng panlabas na kapaligiran (mula sa lat. - kaagnasan).

Gayunpaman, halos lahat ng mga metal ay sumasailalim sa pagkasira, bilang isang resulta kung saan marami sa kanilang mga pag-aari ay lumala (o ganap na nawala): lakas, kalagkitan, pagbaba ng gloss, pagbaba ng kondaktibiti ng kuryente, at pagtaas ng alitan sa pagitan ng mga gumagalaw na bahagi ng makina, nagbabago ang mga sukat ng mga bahagi, atbp.

Ang kaagnasan ng mga metal ay maaaring tuluy-tuloy at lokal.

Ang pinakakaraniwang uri ng kaagnasan ay kemikal at electrochemical.

I. Ang kemikal na kaagnasan ay nangyayari sa isang non-conductive na kapaligiran. Ang ganitong uri ng kaagnasan ay nagpapakita ng sarili sa kaso ng pakikipag-ugnayan ng mga metal na may mga tuyong gas o likido - mga non-electrolytes (gasolina, kerosene, atbp.) Ang mga bahagi at bahagi ng mga makina, gas turbine, rocket launcher ay napapailalim sa naturang pagkasira. Ang kaagnasan ng kemikal ay madalas na sinusunod sa panahon ng pagproseso ng mga metal sa mataas na temperatura.

Karamihan sa mga metal ay na-oxidized ng atmospheric oxygen, na bumubuo ng mga oxide film sa ibabaw. Kung ang pelikulang ito ay malakas, siksik, mahusay na nakagapos sa metal, pagkatapos ay pinoprotektahan nito ang metal mula sa karagdagang pagkawasak. Sa bakal, ito ay maluwag, buhaghag, madaling mahiwalay sa ibabaw at samakatuwid ay hindi mapoprotektahan ang metal mula sa karagdagang pagkasira.

II. Ang electrochemical corrosion ay nangyayari sa isang conductive medium (electrolyte) na may hitsura ng isang electric current sa loob ng system. Bilang isang patakaran, ang mga metal at haluang metal ay magkakaiba at naglalaman ng mga pagsasama ng iba't ibang mga impurities. Kapag nakipag-ugnayan sila sa mga electrolyte, ang ilang bahagi ng ibabaw ay nagsisimulang gumanap ng papel ng isang anode (mag-donate ng mga electron), habang ang iba ay gumaganap ng papel ng isang katod (tanggapin ang mga electron).

Sa isang kaso, ang ebolusyon ng gas (Hg) ay masusunod. Sa kabilang banda - ang pagbuo ng kalawang.

Kaya, ang electrochemical corrosion ay isang reaksyon na nangyayari sa media na nagsasagawa ng kasalukuyang (sa kaibahan sa chemical corrosion). Ang proseso ay nangyayari kapag ang dalawang metal ay nagkadikit o sa ibabaw ng isang metal na naglalaman ng mga inklusyon na hindi gaanong aktibong konduktor (maaaring ito rin ay isang non-metal).

Sa anode (isang mas aktibong metal), ang mga atomo ng metal ay na-oxidized upang bumuo ng mga kasyon (dissolution).

Sa cathode (isang hindi gaanong aktibong conductor), ang mga hydrogen ions o oxygen molecule ay nababawasan sa pagbuo ng H2 o OH-hydroxide ions, ayon sa pagkakabanggit.

Ang mga hydrogen cation at dissolved oxygen ay ang pinakamahalagang oxidizing agent na nagdudulot ng electrochemical corrosion.

Ang rate ng kaagnasan ay mas malaki, mas ang mga metal (metal at impurities) ay naiiba sa kanilang aktibidad (para sa mga metal, mas malayo ang mga ito ay matatagpuan sa isang serye ng mga boltahe). Ang kaagnasan ay tumataas nang malaki sa pagtaas ng temperatura.

Ang electrolyte ay maaaring tubig dagat, tubig ng ilog, condensed moisture at, siyempre, kilalang electrolytes - mga solusyon ng mga asing-gamot, acids, alkalis.

Malinaw mong natatandaan na sa taglamig, ang teknikal na asin (sodium chloride, minsan calcium chloride, atbp.) ay ginagamit upang alisin ang niyebe at yelo mula sa mga bangketa. Ang mga resultang solusyon ay umaagos sa mga pipeline ng imburnal, at sa gayon ay lumilikha ng isang kanais-nais na kapaligiran para sa electrochemical corrosion ng mga kagamitan sa ilalim ng lupa.

Mga paraan ng proteksyon ng kaagnasan
Nasa disenyo na ng mga istrukturang metal, ang kanilang paggawa ay nagbibigay ng mga hakbang upang maprotektahan laban sa kaagnasan.

1. Sanding ang mga ibabaw ng produkto upang hindi magtagal ang kahalumigmigan sa kanila.

2. Ang paggamit ng mga haluang metal na haluang metal na naglalaman ng mga espesyal na additives: chromium, nickel, na sa mataas na temperatura ay bumubuo ng isang matatag na layer ng oksido sa ibabaw ng metal. Ang mga haluang metal ay kilala - mga hindi kinakalawang na asero, kung saan ginawa ang mga gamit sa bahay (mga tinidor, kutsara), mga bahagi ng makina, at mga kasangkapan.

3. Paglalapat ng mga protective coatings. Isaalang-alang ang kanilang mga uri.

Non-metallic - non-oxidizing oil, espesyal na barnis, pintura. Totoo, ang mga ito ay maikli ang buhay, ngunit sila ay mura.

Kemikal - artipisyal na nilikha sa ibabaw na mga pelikula: oxide, citric, silicide, polymer, atbp. Halimbawa, lahat ng maliliit na armas Ang mga detalye ng maraming mga instrumento sa katumpakan ay nasusunog - ito ang proseso ng pagkuha ng pinakamanipis na pelikula ng mga iron oxide sa ibabaw ng isang bakal produkto. Ang resultang artificial oxide film ay napakatibay at nagbibigay sa produkto ng magandang itim na kulay at asul na tint. Ang mga polymer coatings ay ginawa mula sa polyethylene, polyvinyl chloride, polyamide resins. Ang mga ito ay inilapat sa dalawang paraan: ang isang pinainit na produkto ay inilalagay sa isang polymer powder, na natutunaw at hinang sa metal, o ang ibabaw ng metal ay ginagamot ng isang polymer solution sa isang mababang temperatura na solvent, na mabilis na sumingaw, at ang polymer film. nananatili sa produkto.

Ang mga metal na patong ay mga patong na may iba pang mga metal, sa ibabaw kung saan ang mga matatag na proteksiyon na pelikula ay nabuo sa ilalim ng pagkilos ng mga ahente ng oxidizing.

Ang application ng chromium sa ibabaw - chromium plating, nickel - nickel plating, zinc - zinc plating, tin - tinning, atbp Ang patong ay maaari ding magsilbi bilang isang chemically passive metal - ginto, pilak, tanso.

4. Electrochemical na paraan ng proteksyon.

Proteksiyon (anodic) - isang piraso ng mas aktibong metal (tagapagtanggol) ay nakakabit sa protektadong istraktura ng metal, na nagsisilbing anode at nawasak sa pagkakaroon ng isang electrolyte. Ang magnesiyo, aluminyo, sink ay ginagamit bilang isang tagapagtanggol kapag pinoprotektahan ang mga hull ng barko, mga pipeline, mga cable at iba pang mga naka-istilong produkto;

Cathode - ang istraktura ng metal ay konektado sa katod ng isang panlabas na kasalukuyang mapagkukunan, na nag-aalis ng posibilidad ng pagkasira ng anode nito

5. Espesyal na paggamot ng electrolyte o ang kapaligiran kung saan matatagpuan ang protektadong istraktura ng metal.

Ito ay kilala na Damascus craftsmen para sa descaling at
kalawang na ginamit na mga solusyon ng sulfuric acid na may pagdaragdag ng lebadura ng brewer, harina, almirol. Ang mga ito ay nagdadala at kabilang sa mga unang inhibitor. Hindi nila pinahintulutan ang acid na kumilos sa metal ng sandata, bilang isang resulta, ang sukat at kalawang lamang ang natunaw. Gumamit ang mga Ural gunsmith ng mga sopas ng pag-aatsara para sa layuning ito - mga solusyon ng sulfuric acid na may pagdaragdag ng flour bran.

Mga halimbawa ng paggamit ng mga modernong inhibitor: sa panahon ng transportasyon at pag-iimbak, ang hydrochloric acid ay perpektong "pinaamo" ng mga butylamine derivatives. at sulfuric acid - nitric acid; pabagu-bago ng isip diethylamine ay injected sa iba't ibang mga lalagyan. Tandaan na ang mga inhibitor ay kumikilos lamang sa metal, na ginagawa itong passive na may paggalang sa medium, halimbawa, sa isang acid solution. Higit sa 5 libong corrosion inhibitor ang kilala sa agham.

Pag-alis ng oxygen na natunaw sa tubig (deaeration). Ang prosesong ito ay ginagamit sa paghahanda ng tubig na pumapasok sa mga halaman ng boiler.

Mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga metal
Ang makabuluhang aktibidad ng kemikal ng mga metal (pakikipag-ugnayan sa oxygen sa atmospera, iba pang mga di-metal, tubig, mga solusyon sa asin, mga acid) ay humahantong sa katotohanan na sila ay matatagpuan sa crust ng lupa pangunahin sa anyo ng mga compound: oxides, sulfide, sulfates, chlorides, carbonates, atbp.
Sa libreng anyo, may mga metal na matatagpuan sa serye ng mga boltahe sa kanan ng hydrogen, bagaman mas madalas ang tanso at mercury ay matatagpuan sa kalikasan sa anyo ng mga compound.

Ang mga mineral at bato na naglalaman ng mga metal at ang kanilang mga compound, kung saan ang pagkuha ng mga purong metal ay teknikal na posible at matipid na magagawa, ay tinatawag na ores.

Ang pagkuha ng mga metal mula sa ores ay ang gawain ng metalurhiya.
Ang metalurhiya ay ang agham din ng mga pang-industriyang pamamaraan para sa pagkuha ng mga metal mula sa mga ores. at sektor ng industriya.
Ang anumang proseso ng metalurhiko ay isang proseso ng pagbabawas ng mga metal ions sa tulong ng iba't ibang mga ahente ng pagbabawas.

Upang maipatupad ang prosesong ito, kinakailangang isaalang-alang ang aktibidad ng metal, pumili ng ahente ng pagbabawas, isaalang-alang ang pagiging posible sa teknolohiya, pang-ekonomiya at kapaligiran na mga kadahilanan. Alinsunod dito, mayroong mga sumusunod na pamamaraan para sa pagkuha ng mga metal: pyrometallurgical. hydrometallurgical, electrometallurgical.

Pyrometallurgy- pagbawi ng mga metal mula sa ores sa mataas na temperatura gamit ang carbon, carbon monoxide (II). hydrogen, metal - aluminyo, magnesiyo.

Halimbawa, ang lata ay nabawasan mula sa cassiterite, at ang tanso mula sa cuprite sa pamamagitan ng calcination na may karbon (coke). Ang mga sulfide ores ay paunang inihaw na may air access, at pagkatapos ay ang nagresultang oxide ay nababawasan ng karbon. Nahihiwalay din ang mga metal sa mga carbonate ores sa pamamagitan ng pagbomba ng a na may karbon, dahil ang mga carbonate ay nabubulok kapag pinainit, nagiging mga oxide, at ang huli ay nababawasan ng karbon.
Hydrometallurgy ay ang pagbabawas ng mga metal sa kanila sa pamamagitan ng kanilang mga asin sa solusyon. Ang proseso ay nagaganap sa 2 yugto: 1) ang isang natural na tambalan ay natutunaw sa isang angkop na reagent upang makakuha ng solusyon ng isang asin ng metal na ito; 2) mula sa nagresultang solusyon, ang metal na ito ay inilipat ng isang mas aktibo o naibalik sa pamamagitan ng electrolysis. Halimbawa, upang makakuha ng tanso mula sa mga ores na naglalaman ng tansong oksido, CuO, ito ay ginagamot ng dilute sulfuric acid.

Ang tanso ay nakuha mula sa solusyon ng asin alinman sa pamamagitan ng electrolysis o inilipat mula sa sulfate na may bakal. Ang pilak, sink, molibdenum, ginto, uranium ay nakuha sa ganitong paraan.

Electrometallurgy— pagbawi ng mga metal sa proseso ng electrolysis ng mga solusyon o pagkatunaw ng kanilang mga compound.

Electrolysis
Kung ang mga electrodes ay ibinaba sa electrolyte solution o natunaw at ang isang pare-parehong electric current ay dumaan, ang mga ions ay lilipat sa isang direksyon: cations - sa cathode (negatively charged electrode), anions - sa anode (positively charged electrode) .

Sa cathode, ang mga cation ay tumatanggap ng mga electron at nababawasan sa anode, ang mga anion ay nag-donate ng mga electron at na-oxidized. Ang prosesong ito ay tinatawag na electrolysis.
Ang electrolysis ay isang proseso ng redox na nangyayari sa mga electrodes kapag ang isang electric current ay dumadaan sa isang electrolyte solution o solusyon.

Ang pinakasimpleng halimbawa ng naturang mga proseso ay ang electrolysis ng mga tinunaw na asing-gamot. Isaalang-alang ang proseso ng electrolysis ng sodium chloride melt. Ang proseso ng thermal dissociation ay nagaganap sa matunaw. Sa ilalim ng pagkilos ng isang electric current, ang mga cation ay lumilipat patungo sa cathode at tumatanggap ng mga electron mula dito.
Ang sodium metal ay nabuo sa cathode, at ang chlorine gas ay nabuo sa anode.

Ang pangunahing bagay na dapat tandaan ay na sa proseso ng electrolysis, ang isang kemikal na reaksyon ay isinasagawa dahil sa elektrikal na enerhiya, na hindi maaaring magpatuloy nang kusang.

Ang sitwasyon ay mas kumplikado sa kaso ng electrolysis ng mga electrolyte solution.

Sa isang solusyon ng asin, bilang karagdagan sa mga ion ng metal at isang acidic na nalalabi, mayroong mga molekula ng tubig. Samakatuwid, kapag isinasaalang-alang ang mga proseso sa mga electrodes, kinakailangang isaalang-alang ang kanilang pakikilahok sa electrolysis.

Ang mga sumusunod na patakaran ay umiiral para sa pagtukoy ng mga produktong electrolysis ng mga may tubig na solusyon ng mga electrolyte.

1. Ang proseso sa cathode ay hindi nakasalalay sa materyal ng cathode kung saan ito ginawa, ngunit sa posisyon ng metal (electrolyte cation) sa electrochemical series ng mga boltahe, at kung:
1.1. Ang electrolyte cation ay matatagpuan sa mga serye ng mga boltahe sa simula ng serye (kasama ang Al inclusive), pagkatapos ay ang proseso ng pagbawas ng tubig ay nangyayari sa katod (hydrogen ay inilabas). Ang mga metal cation ay hindi nabawasan, nananatili sila sa solusyon.
1.2. Ang electrolyte cation ay nasa isang serye ng mga boltahe sa pagitan ng aluminyo at hydrogen, pagkatapos ay ang parehong mga metal nones at mga molekula ng tubig ay nababawasan sa katod.

1.3. Ang electrolyte cation ay nasa isang serye ng mga boltahe pagkatapos ng hydrogen, pagkatapos ay ang mga metal na cation ay nabawasan sa katod.
1.4. Ang solusyon ay naglalaman ng mga cation ng iba't ibang mga metal, pagkatapos ay ang na-download na metal cation ay naibalik, na nakatayo sa isang serye ng mga boltahe
Ang mga patakarang ito ay ipinapakita sa Figure 10.

2. Ang proseso sa anode ay depende sa materyal ng anode at sa likas na katangian ng anode (Scheme 11).
2.1. Kung ang anode ay natunaw (bakal, sink, tanso, pilak at lahat ng mga metal na na-oxidized sa panahon ng electrolysis), kung gayon ang anode metal ay na-oxidized, anuman ang likas na katangian ng anion. 2. Kung ang anode ay hindi matunaw (ito ay tinatawag na inert - grapayt, ginto, platinum), kung gayon:
a) sa panahon ng electrolysis ng mga solusyon ng mga asing-gamot ng anoxic acid (prome fluoride), ang anion ay na-oxidized sa anode;
b) sa panahon ng electrolysis ng mga solusyon ng mga asing-gamot ng acid na naglalaman ng oxygen at fluoride sa anode, nangyayari ang proseso ng oksihenasyon ng tubig. Ang mga anion ay hindi na-oxidized, nananatili sila sa solusyon;

Ang electrolysis ng mga natutunaw at mga solusyon ng mga sangkap ay malawakang ginagamit sa industriya:
1. Upang makakuha ng mga metal (aluminyo, magnesiyo, sodium, cadmium ay nakuha lamang sa pamamagitan ng electrolysis).
2. Upang makakuha ng hydrogen, halogens, alkalis.
3. Para sa paglilinis ng mga metal - pagdadalisay (paglilinis ng tanso, nikel, tingga ay isinasagawa ng electrochemical method).
4. Upang protektahan ang mga metal mula sa kaagnasan - paglalapat ng mga proteksiyon na coatings sa anyo ng isang manipis na layer ng isa pang metal na lumalaban sa kaagnasan (chromium, nikel, tanso, pilak, ginto) - electroplating.

5. Pagkuha ng mga kopya ng metal, mga talaan - electroplating.
1. Paano nauugnay ang istruktura ng mga metal sa kanilang lokasyon sa pangunahin at pangalawang subgroup ng Periodic Table of Chemical Elements ng D. I. Mendeleev?
2. Bakit ang alkali at alkaline earth na mga metal ay may iisang estado ng oksihenasyon sa mga compound: (+1) at (+2), ayon sa pagkakabanggit, habang ang mga metal ng pangalawang subgroup, bilang panuntunan, ay nagpapakita ng magkakaibang mga estado ng oksihenasyon sa mga compound? 8. Anong mga estado ng oksihenasyon ang maaaring ipakita ng manganese? Anong mga oxide at hydroxides ang tumutugma sa manganese sa mga estado ng oksihenasyon na ito? Ano ang kanilang karakter?
4. Ihambing ang elektronikong istraktura ng mga atomo ng mga elemento ng pangkat VII: manganese at klorin. Ipaliwanag ang pagkakaiba sa kanilang mga kemikal na katangian at ang pagkakaroon ng iba't ibang antas ng oksihenasyon ng mga atomo sa parehong elemento.
5. Bakit ang posisyon ng mga metal sa electrochemical series ng mga boltahe ay hindi palaging tumutugma sa kanilang posisyon sa Periodic system ng D. I. Mendeleev?
9. Gumawa ng mga equation para sa mga reaksyon ng sodium at magnesium na may acetic acid. Sa anong kaso at bakit magiging mas mabilis ang rate ng reaksyon?
11. Anong mga paraan ng pagkuha ng mga metal ang alam mo? Ano ang kakanyahan ng lahat ng mga pamamaraan?
14. Ano ang kaagnasan? Anong mga uri ng kaagnasan ang alam mo? Alin ang prosesong pisikal at kemikal?
15. Maituturing bang corrosion ang mga sumusunod na proseso: a) oxidation ng iron sa panahon ng electric welding, b) interaksyon ng zinc sa hydrochloric acid sa pagkuha ng etched acid para sa paghihinang? Magbigay ng makatwirang sagot.
17. Ang produktong mangganeso ay nasa tubig at hindi napupunta sa produktong tanso. Mananatiling hindi magbabago ang dalawa?
18. Mapoprotektahan ba ang istraktura ng bakal mula sa electrochemical corrosion sa tubig kung ang isang plato ng isa pang metal ay pinalakas dito: a) magnesium, b) lead, c) nickel?

19. Para sa anong layunin ang ibabaw ng mga tangke para sa pag-iimbak ng mga produktong petrolyo (gasolina, kerosene) ay pininturahan ng pilak - isang halo ng aluminyo na pulbos na may isa sa mga langis ng gulay?

Pangkalahatang impormasyon tungkol sa mga metal

Alam mo na karamihan sa mga elemento ng kemikal ay inuri bilang mga metal - 92 sa 114 na kilalang elemento.

Ang mga metal ay mga kemikal na elemento na ang mga atomo ay nag-donate ng mga electron mula sa panlabas (at ang ilan mula sa panlabas) na layer ng elektron, na nagiging mga positibong ion.

Ang tanging pagbubukod ay 6 na metal: ang mga atomo ng germanium, lata, tingga sa panlabas na layer ay may 4 na electron, mga atomo ng antimony, bismuth -5, mga atomo ng polonium - 6.

Alam mo na sa Periodic Table of Chemical Elements ng D. I. Mendeleev, ang mga metal ay nasa ibaba ng boron-astatine diagonal, nasa itaas din ako nito sa pangalawang subgroup. Sa mga subgroup ng panahon at clay, may mga regularidad na alam mo sa pagpapalit ng metal, at samakatuwid ay ang pagbabawas ng mga katangian ng mga atomo ng mga elemento.

Ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang lakas ng bono ng mga valence electron na may nucleus ng mga atomo ng mga metal na ito ay mas apektado ng halaga ng singil ng nucleus, at hindi ng radius ng atom. Ang halaga ng singil ng nucleus ay tumataas nang malaki, ang pagkahumaling ng mga electron sa nucleus ay tumataas. Sa kasong ito, kahit na ang radius ng atom ay tumataas, ito ay hindi kasingkahulugan ng mga metal ng mga pangunahing subgroup.

Ang mga simpleng sangkap na nabuo ng mga elemento ng kemikal - mga metal, at mga kumplikadong sangkap na naglalaman ng metal ay may mahalagang papel sa mineral at organikong "buhay" ng Earth. Sapat na alalahanin na ang mga atomo (wala) ng mga elementong metal ay isang mahalagang bahagi ng mga compound na tumutukoy sa metabolismo sa katawan ng mga tao, hayop, at halaman. Halimbawa, 76 na elemento ang natagpuan sa dugo ng tao, at 14 lamang sa mga ito ay hindi mga metal. Sa katawan ng tao, ang ilang mga elemento ng metal (calcium, potassium, sodium, magnesium) ay naroroon sa malalaking dami, iyon ay, sila ay mga macronutrients. At ang mga metal tulad ng chromium, mangganeso, bakal, kobalt, tanso, sink, molibdenum ay naroroon sa maliit na dami, iyon ay, ito ay mga elemento ng bakas. Kung ang isang tao ay tumitimbang ng 70 kg, kung gayon ang kanyang katawan ay naglalaman ng (sa gramo): calcium - 1700, potassium - 250, sodium - 70, magnesium - 42, iron - 5. zinc - 3. Ang lahat ng mga metal ay napakahalaga, ang mga problema sa kalusugan ay lumitaw at sa kanilang kakulangan at labis.

Mga simpleng sangkap - metal

Sa pag-unlad ng paggawa ng mga metal (simpleng sangkap) at haluang metal, ang paglitaw ng sibilisasyon ("Bronze Age", Iron Age) ay konektado.

Ang rebolusyong pang-agham at teknolohikal na nagsimula mga 100 taon na ang nakalilipas, na nakakaapekto sa parehong industriya at panlipunang globo, ay malapit ding konektado sa paggawa ng mga metal. Sa batayan ng tungsten, molibdenum, titanium at iba pang mga metal ay nagsimulang lumikha ng corrosion-resistant, superhard, refractory alloys, ang paggamit nito ay lubos na pinalawak ang mga posibilidad ng mechanical engineering. Sa teknolohiyang nuklear at espasyo, ang mga haluang metal ng tungsten at rhenium ay ginagamit upang gumawa ng mga bahagi na nagpapatakbo sa temperatura hanggang sa 3000 ºС. sa gamot, ang mga instrumento sa pag-opera na gawa sa tantalum at platinum alloys, ang mga natatanging keramika batay sa titanium at zirconium oxides ay ginagamit.

At siyempre, hindi natin dapat kalimutan na sa karamihan ng mga haluang metal ang matagal nang kilalang bakal na metal ay ginagamit (Larawan 37), at ang batayan ng maraming magaan na haluang metal ay medyo "batang" mga metal: aluminyo at magnesiyo.

Ang mga supernovae ay mga pinagsama-samang materyales na kumakatawan, halimbawa, isang polimer o keramika, na sa loob (tulad ng kongkreto na may mga bakal na bar) ay pinalakas ng mga hibla ng metal, na maaaring gawin ng tungsten, molibdenum, bakal at iba pang mga metal at haluang metal - ang lahat ay nakasalalay sa layunin na kinakailangan upang makamit ito ng mga materyal na katangian.

Mayroon ka nang ideya tungkol sa likas na katangian ng chemical bond sa mga metal na kristal. Alalahanin, gamit ang halimbawa ng isa sa kanila - sodium, kung paano ito nabuo.
Ang Figure 38 ay nagpapakita ng diagram ng crystal lattice ng sodium metal. Sa loob nito, ang bawat sodium atom ay napapalibutan ng walong kalapit. Ang mga atomo ng sodium, tulad ng lahat ng mga metal, ay may maraming libreng valence orbital at kakaunting valence electron.

Ang tanging valence electron ng sodium atom Zs 1 ay maaaring sakupin ang alinman sa siyam na libreng orbital, dahil hindi gaanong nagkakaiba ang mga ito sa antas ng enerhiya. Kapag ang mga atomo ay lumalapit sa isa't isa, kapag ang isang kristal na sala-sala ay nabuo, ang mga valence orbital ng mga kalapit na atomo ay nagsasapawan, dahil sa kung saan ang mga electron ay hindi malayang lumilipat mula sa isang orbital patungo sa isa pa, na gumagawa ng isang koneksyon sa pagitan ng lahat ng mga atom ng metal na kristal.

Ang mga sangkap na may metal na bono ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga metal na kristal na sala-sala, na karaniwang inilalarawan sa eskematiko bilang isang tik, tulad ng ipinapakita sa figure, ang mga node ay mga cation at metal na atom. Ang mga nakabahaging electron na electrostatically ay nakakaakit ng mga metal na kasyon na matatagpuan sa paligid ng kanilang mga kristal na sala-sala, na tinitiyak ang katatagan at lakas nito (ang mga nakabahaging electron ay inilalarawan bilang mga itim na maliliit na bola).

Ang metal na bono ay isang bono sa mga metal at haluang metal sa pagitan ng mga metal na atom-ion na matatagpuan sa kristal na sala-sala, na isinasagawa ng mga socialized valence electron.

Ang lata ay may dalawang mala-kristal na pagbabago:
alpha - stable sa ibaba 13.2 ºС na may density р - 5.74 g/cm3. Ito ay kulay abong lata. Mayroon itong almaav (atomic) na kristal na sala-sala:
betta - stable sa itaas 13.2 ºС na may density p - 6.55 g/cm3. Ito ay puting lata.

Subukan nating ipaliwanag ang mga dahilan na tumutukoy sa mga pangunahing pisikal na katangian ng mga metal. Bakit plastik ang mga metal?

Ang isang katulad na epekto sa isang solid na may connline bond (atomic crystal lattice) ay humahantong sa pagkasira ng covalent bond. Ang pagkasira ng mga bono sa ionic na sala-sala ay humahantong sa mutual repulsion ng like-charged ions (Fig. 40). Samakatuwid, ang mga sangkap na may atomic at ionic crystal lattice ay marupok.

Ang pinaka-ductile na mga metal ay Au, Af, Cu, Sn, Pb, Zn. Ang mga ito ay madaling iginuhit sa wire, pumapayag sa forging, pagpindot, pag-roll sa mga sheet. Halimbawa, ang gintong foil na 0.008 nm ang kapal ay maaaring gawin mula sa ginto, at ang isang thread na 1 km ang haba ay maaaring iguguhit mula sa 0.5 g ng metal na ito.

Bakit ang mga metal ay may katangiang kinang at malabo rin?

Ang mga electron na pumupuno sa interatomic space ay sumasalamin sa mga light ray (at hindi nagpapadala, tulad ng salamin), at karamihan sa mga metal ay pantay na nakakalat sa lahat ng mga sinag ng nakikitang bahagi ng spectrum. Samakatuwid, mayroon silang isang kulay-pilak na puti o kulay-abo na kulay. Ang Strontium, ginto at tanso ay sumisipsip ng mga maikling wavelength (malapit sa violet) sa mas malaking lawak at sumasalamin sa mahabang wavelength ng light spectrum, samakatuwid mayroon silang mapusyaw na dilaw, dilaw at tanso na kulay, ayon sa pagkakabanggit.

Ang pilak, aluminyo, palladium ay may pinakamataas na reflectivity. Ginagamit ang mga ito sa paggawa ng mga salamin, kabilang ang mga spotlight.

Bakit ang mga metal ay may mataas na electrical conductivity at thermal conductivity?

Chaotically gumagalaw na mga electron sa isang metal sa ilalim ng impluwensya ng isang inilapat na electric boltahe ay nakakakuha ng isang nakadirekta na paggalaw, iyon ay, nagsasagawa sila ng isang electric current. Sa pagtaas ng temperatura ng meta-aphid, ang mga amplitude ng vibration ng mga atom at ion na matatagpuan sa mga node ng crystal lattice ay tumaas. Ginagawa nitong mahirap para sa mga electron na gumalaw, at bumababa ang electrical conductivity ng metal. Sa mababang temperatura, ang oscillatory motion, sa kabaligtaran, ay lubhang bumababa at ang electrical conductivity ng mga metal ay tumataas nang husto. Malapit sa absolute zero, halos walang pagtutol sa mga metal, at lumilitaw ang superconductivity sa karamihan ng mga metal.

Ang pilak, tanso, pati na rin ang ginto, aluminyo ay may pinakamataas na electrical conductivity, manganese, lead, at mercury ang may pinakamababa.

Kadalasan, na may parehong regularidad tulad ng electrical conductivity, nagbabago ang thermal conductivity ng mga metal.

Ang lakas ng makina, density, punto ng pagkatunaw ng mga metal ay ibang-iba. Bukod dito, na may pagtaas sa bilang ng mga oekgrons. nagbubuklod na mga ion-atom, at sa pamamagitan ng pagpapababa ng interatomic na distansya sa mga kristal, ang mga tagapagpahiwatig ng mga katangiang ito ay tumataas.

Kaya, ang mga alkali metal, na ang mga atomo ay may isang valence electron, ay malambot (pinutol gamit ang kutsilyo), na may mababang density (lithium ang pinakamagaan na metal na may p - 0.53 g / cm3) at natutunaw sa mababang temperatura (halimbawa, ang pagkatunaw. punto ng cesium ay 29 "C) Ang tanging metal na likido sa ilalim ng ordinaryong mga kondisyon - mercury - ay may punto ng pagkatunaw na 38.9 "C.

Ang kaltsyum, na mayroong dalawang electron sa panlabas na antas ng enerhiya ng mga atom, ay mas matigas at natutunaw sa mas mataas na temperatura (842º C).

Ang mas naka-arched ay ang kristal na sala-sala na nabuo ng mga scandium atoms, na mayroong tatlong valence electron.

Ngunit ang pinakamalakas na mga lattice ng kristal, mataas na densidad at mga punto ng pagkatunaw ay sinusunod sa mga metal ng pangalawang subgroup na V, VI, VII, mga grupo ng MP. Ito ay ipinaliwanag ni. na para sa mga metal ng mga side subgroup na mayroong mga hindi naligtas na valence electron sa d-sublevel, ang pagbuo ng napakalakas na covalent bond sa pagitan ng mga atom ay katangian, bilang karagdagan sa metallic one, na isinasagawa ng mga electron ng panlabas na layer mula sa s-orbitals.

Ang mga metal ay naiiba sa paggalang sa mga magnetic field. Ngunit ang tanda na ito ay nahahati sila sa tatlong grupo:

Ferromagnetic May kakayahang mag-magnetize sa ilalim ng impluwensya ng kahit na mahina na magnetic field (iron - alpha form, cobalt, nickel, gadolinium);

Ang Paramagnetic ay nagpapakita ng mahinang kakayahang mag-magnetize (aluminyo, chromium, titanium, halos lahat ng lanthanides);

Ang diamagnetic ay hindi naaakit sa magnet, kahit na bahagyang naitaboy mula dito (lata, stranded, bismuth).

Sa engineering, kaugalian na pag-uri-uriin ang mga metal ayon sa iba't ibang mga pisikal na katangian:

a) density - liwanag (p< 5 г/см3) и тяжелые (все остальные);
b) punto ng pagkatunaw - fusible at refractory.

Pag-uuri ng mga metal ayon sa mga katangian ng kemikal

Ang mga metal na may mababang aktibidad ng kemikal ay tinatawag na marangal (pilak, ginto, platinum at mga analogue nito - osmium, iridium, ruthenium, palladium, rhodium).
Ayon sa kalapitan ng mga katangian ng kemikal, alkali (mga metal ng pangkat I ng pangunahing subgroup), alkaline earth (calcium, strontium, barium, radium), pati na rin ang mga rare earth metal (scandium, yttrium, lanthanum at lanthanides, actinium at actinides) ay nakikilala.

Pangkalahatang kemikal na katangian ng mga metal

Ang mga metal na atom ay madaling ibigay ang mga electron ng valence at pumasa sa mga nons na may positibong sisingilin, iyon ay, sila ay na-oxidized. Ito, tulad ng alam mo, ay ang pangunahing karaniwang pag-aari ng parehong mga atomo at simpleng mga sangkap ng metal.

Ang pagbabawas ng aktibidad ng isang metal sa mga reaksiyong kemikal na nagaganap sa mga may tubig na solusyon ay sumasalamin sa posisyon nito sa serye ng electrochemical ng mga boltahe ng metal.

1. Ang mas malayo sa kaliwa ang metal ay nasa hanay na ito, mas malakas ang reducing agent nito.
2. Nagagawa ng bawat metal na ilipat (ibalik) at maalat sa solusyon ang mga metal na iyon na kasunod nito (sa kanan) sa isang serye ng mga boltahe.
3. Ang mga metal na nasa serye ng mga boltahe sa kaliwa ng hydrogen ay nagagawang alisin ito mula sa mga acid sa solusyon.
4. Ang mga metal, na siyang pinakamalakas na ahente ng pagbabawas (alkaline at alkaline earth), sa anumang may tubig na solusyon ay pangunahing nakikipag-ugnayan sa tubig.

Halimbawa, ang lithium ay mas aktibo sa mga may tubig na solusyon kaysa sa sodium (bagaman ang Na ay isang mas aktibong metal sa mga tuntunin ng posisyon nito sa Periodic Table). Ang katotohanan ay ang hydration energy ng Li+ ions ay mas malaki kaysa sa hydration energy ng Na+ ions. samakatuwid, ang unang proseso ay energetically mas paborable.
Ang pagkakaroon ng pagsasaalang-alang sa mga pangkalahatang probisyon na nagpapakilala sa pagbabawas ng mga katangian ng mga metal, bumaling tayo sa mga tiyak na reaksiyong kemikal.

Pakikipag-ugnayan sa mga simpleng di-metal na sangkap

1. Sa oxygen, karamihan sa mga metal ay bumubuo ng mga oxide - basic at amphoterpy. Ang mga acid transition metal oxide, tulad ng chromium oxide o manganese oxide, ay hindi nabuo sa pamamagitan ng direktang oksihenasyon ng metal na may oxygen. Ang mga ito ay nakuha nang hindi direkta.

Ang mga alkali metal na Na, K ay aktibong tumutugon sa atmospheric oxygen, na bumubuo ng mga peroxide.

Ang sodium oxide ay hindi direktang nakukuha, sa pamamagitan ng calcining peroxide na may kaukulang mga metal:

Ang mga metal na lithium at alkaline earth ay tumutugon sa atmospheric oxygen upang bumuo ng mga pangunahing oksido.

Ang iba pang mga metal, maliban sa mga metal na ginto at platinum, na hindi na-oxidized sa lahat ng atmospheric oxygen, ay hindi gaanong nakikipag-ugnayan dito o kapag pinainit.

2. Sa mga halogens, ang mga metal ay bumubuo ng mga asin ng mga hydrohalic acid.

3. Sa hydrogen, ang pinaka-aktibong mga metal ay bumubuo ng mga hydride - ionic salts, isang karaniwang sangkap kung saan ang hydrogen ay may oxidation state na -1, halimbawa:
calcium hydride.

Maraming mga transisyon na metal ang bumubuo ng mga hydrides ng isang espesyal na uri na may hydrogen - mayroong isang uri ng paglusaw o pagpasok ng hydrogen sa kristal na sala-sala ng mga metal sa pagitan ng mga atomo at mga ion, habang ang metal ay nagpapanatili nito. hitsura, ngunit tumataas ang volume. Ang hinihigop na hydrogen ay nasa metal, tila nasa atomic form. Mayroon ding mga intermediate metal hydride.

4. Ang mga metal ay bumubuo ng mga asing-gamot na may asupre - sulfide.

Pakikipag-ugnayan sa mga kumplikadong sangkap

1. Sa tubig. Ang alkali at alkaline earth na mga metal sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay nag-aalis ng hydrogen mula sa tubig at bumubuo ng mga natutunaw na base ng alkali.

Nakikipag-ugnayan lamang ang Magnesium sa tubig kapag kumukulo, at inilalabas din ang hydrogen. Kung ang nasusunog na magnesiyo ay idinagdag sa tubig, pagkatapos ay magpapatuloy ang pagkasunog, habang nagpapatuloy ang reaksyon: nasusunog ang hydrogen. Ang bakal ay nakikipag-ugnayan lamang sa tubig kapag pinainit.

2. Ang mga metal na nasa serye ng mga boltahe hanggang sa hydrogen ay nakikipag-ugnayan sa mga acid sa solusyon. Gumagawa ito ng asin at hydrogen. Ngunit ang tingga (at ilang iba pang mga metal), sa kabila ng posisyon nito sa serye ng boltahe (sa kaliwa ng hydrogen), halos hindi natutunaw sa dilute sulfuric acid, dahil ang nagreresultang lead sulfate PbSO ay hindi matutunaw at lumilikha ng isang proteksiyon na pelikula sa ibabaw ng metal. .

Dapat alalahanin na ang reaksyon ay nagpapatuloy sa mga kaso kung saan ang nagresultang asin ay natutunaw. Ang pag-aalis ng mga metal mula sa kanilang mga compound ng iba pang mga metal ay unang pinag-aralan nang detalyado ni N. N. Beketov, isang kilalang Russian physical chemist. Inayos niya ang mga metal ayon sa kanilang kemikal na aktibidad sa "nagpapahayag na serye", na naging prototype ng serye ng mga stress ng metal.

Ang mga metal ay nakikilahok sa mga reaksyon na may mga haloalkane, na ginagamit upang makakuha ng mas mababang mga cycloalkane at para sa mga synthesis, kung saan ang carbon skeleton ng molekula ay nagiging mas kumplikado (A. Wurtz reaction):

5. Ang mga metal na ang mga hydroxides ay amphoteric ay nakikipag-ugnayan sa alkalis sa solusyon.

6. Ang mga metal ay maaaring bumuo ng mga kemikal na compound sa isa't isa, na kung saan ay sama-samang tinatawag na intermetallic compound. Kadalasan ay hindi nila ipinapakita ang mga estado ng oksihenasyon ng mga atomo, na katangian ng mga compound ng mga metal na may mga di-metal.

Mga metal oxide at hydroxides

Ang mga oxide na nabuo ng mga tipikal na metal ay inuri bilang bumubuo ng asin, pangunahing katangian ng mga katangian. Tulad ng alam mo, tumutugma sila sa hydroxides. na mga base, na sa kaso ng alkali at alkaline earth na mga metal ay natutunaw sa tubig, ay malakas na electrolytes at tinatawag na alkalis.

Halimbawa:

Halimbawa, ang chromium sa mga compound ay nagpapakita ng tatlong estado ng oksihenasyon: +2, +3, +6, samakatuwid ito ay bumubuo ng tatlong serye ng mga oxide at hydroxides, at sa pagtaas ng antas ng oksihenasyon, ang acid character ay tumataas at ang pangunahing karakter ay humina.

Kaagnasan ng mga metal

Kapag ang mga metal ay nakikipag-ugnayan sa mga sangkap sa kapaligiran, ang mga compound ay lumilitaw sa kanilang mga ibabaw na may ganap na naiibang mga katangian kaysa sa mga metal mismo. Sa isang normal na ugat, madalas nating ginagamit ang mga salitang "kalawang", "rusting", na nakikita ang isang brown-red coating sa mga produktong gawa sa bakal at mga haluang metal nito. Ang kalawang ay isang karaniwang anyo ng kaagnasan.

Ang kaagnasan ay isang proseso ng kusang pagkasira ng mga metal at isang splat not) aliaishsm ng kasalukuyang kapaligiran (mula sa lat. - kinakaing unti-unti).

Gayunpaman, halos lahat ng mga metal ay sumasailalim sa pagkasira, bilang isang resulta kung saan marami sa kanilang mga pag-aari ay lumala (o ganap na nawala): lakas, kalagkitan, pagbaba ng gloss, pagbaba ng kondaktibiti ng kuryente, ang alitan sa pagitan ng mga gumagalaw na bahagi ng makina ay tumataas din, ang mga sukat ng mga bahagi pagbabago, atbp.

Ang kaagnasan ng mga metal ay maaaring tuluy-tuloy at lokal.

Ang nerbiyos ay hindi kasing mapanganib ng pangalawa, ang mga pagpapakita nito ay maaaring isaalang-alang kapag nagdidisenyo ng mga istruktura at kagamitan. Ang lokal na kaagnasan ay mas mapanganib, kahit na ang pagkalugi ng metal dito ay maaaring maliit. Isa sa mga pinaka-mapanganib na uri nito ay point. Binubuo ang mga ito sa pagbuo ng sa pamamagitan ng mga sugat, iyon ay, mga point cavity - pitting, habang ang lakas ng mga indibidwal na seksyon ay bumababa, ang pagiging maaasahan ng mga istraktura, kagamitan, at mga istraktura ay bumababa.

Ang kaagnasan ng mga metal ay nagdudulot ng malaking pinsala sa ekonomiya. Ang sangkatauhan ay nagdadala ng malaking pagkalugi sa materyal pagkatapos ng pagkasira ng mga pipeline, bahagi ng makina, barko, tulay, at iba't ibang kagamitan.

Ang kaagnasan ay humahantong sa isang pagbawas sa pagiging maaasahan ng mga istruktura ng metal. Isinasaalang-alang ang posibleng pagkasira, kinakailangan na labis na timbangin ang lakas ng ilang mga produkto (halimbawa, mga bahagi ng sasakyang panghimpapawid, mga blades ng turbine), na nangangahulugan ng pagtaas ng pagkonsumo ng metal, at nangangailangan ito ng karagdagang pang-ekonomiya. gastos.

Ang kaagnasan ay humahantong sa downtime ng produksyon dahil sa pagpapalit ng mga nabigong kagamitan, sa pagkawala ng mga hilaw na materyales at produkto bilang resulta ng pagkasira ng mga pipeline ng halo, langis at tubig. Imposibleng hindi isaalang-alang ang pinsala sa kalikasan, at samakatuwid ay sa kalusugan ng tao, sanhi ng pagtagas ng mga produktong langis at iba pang mga kemikal. Ang kaagnasan ay maaaring humantong sa kontaminasyon) ng mga produkto, at dahil dito, sa pagbaba sa kalidad nito. Ang mga gastos sa pagbabayad para sa mga pagkalugi na nauugnay sa kaagnasan ay napakalaki. Binubuo nila ang halos 30% ng taunang produksyon ng mga metal sa buong mundo.

Mula sa lahat ng nasabi, sumusunod na ang isang napakahalagang problema ay ang paghahanap ng mga paraan upang maprotektahan ang mga metal at haluang metal mula sa kaagnasan.

Ang mga ito ay napaka-iba-iba. Ngunit para sa kanilang pagpili ay kinakailangang malaman at isaalang-alang ang kemikal na kakanyahan ng mga proseso ng kaagnasan.

Ngunit ang kemikal na katangian ng kaagnasan ay isang proseso ng redox. Depende sa kapaligiran kung saan ito nangyayari, mayroong ilang mga uri ng kaagnasan.

Ang pinakakaraniwang uri ng kaagnasan ay kemikal at electrochemical.

II. Ang electrochemical corrosion ay nangyayari sa isang conductive medium (electrolyte) na may hitsura ng isang electric current sa loob ng system. Bilang isang patakaran, ang mga metal at haluang metal ay magkakaiba at naglalaman ng mga pagsasama ng iba't ibang mga impurities. Kapag nakipag-ugnayan sila sa mga electrolyte, ang ilang bahagi ng ibabaw ay nagsisimulang gumanap ng papel ng isang anode (mag-donate ng mga electron), habang ang iba ay kumikilos bilang isang katod (tanggap ng mga electron).

Sa isang kaso, ang ebolusyon ng gas (Hg) ay masusunod. Sa kabilang banda - ang pagbuo ng kalawang.

Kaya, ang electrochemical corrosion ay isang reaksyon na nangyayari sa media na nagsasagawa ng kasalukuyang (kumpara sa chemical corrosion). Ang proseso ay nangyayari kapag ang dalawang metal ay nagkadikit o sa ibabaw ng isang metal na naglalaman ng mga inklusyon na hindi gaanong aktibong konduktor (maaaring ito rin ay isang non-metal).

Sa anode (isang mas aktibong metal), ang mga atomo ng metal ay na-oxidized upang bumuo ng mga kasyon (dissolution).

Sa cathode (isang hindi gaanong aktibong conductor), ang mga hydrogen ions o oxygen molecule ay nababawasan sa pagbuo ng H2 o OH-hydroxide ions, ayon sa pagkakabanggit.

Ang mga hydrogen cation at dissolved oxygen ay ang pinakamahalagang oxidizing agent na nagdudulot ng electrochemical corrosion.

Ang electrolyte ay maaaring tubig dagat, tubig ng ilog, condensed moisture at, siyempre, kilalang electrolytes - mga solusyon ng mga asing-gamot, acids, alkalis.

Mga paraan ng proteksyon ng kaagnasan

Nasa disenyo na ng mga istrukturang metal, ang kanilang paggawa ay nagbibigay ng mga hakbang upang maprotektahan laban sa kaagnasan.

1. Sanding ang mga ibabaw ng produkto upang hindi magtagal ang kahalumigmigan sa kanila.
2. Ang paggamit ng mga haluang metal na haluang metal na naglalaman ng mga espesyal na additives: chromium, nickel, na sa mataas na temperatura ay bumubuo ng isang matatag na layer ng oksido sa ibabaw ng metal. Ang mga haluang metal na bakal ay kilalang-kilala - mga hindi kinakalawang na asero, mula sa kung saan ang mga gamit sa bahay (mga tinidor, kutsara), mga bahagi ng makina, mga kasangkapan ay ginawa.
3. Paglalapat ng mga protective coatings.

Isaalang-alang ang kanilang mga uri.

Non-metallic - non-oxidizing oil, espesyal na barnis, pintura. Totoo, ang mga ito ay maikli ang buhay, ngunit sila ay mura.

Kemikal - artipisyal na nilikha sa ibabaw na mga pelikula: oxide, citric, silicide, polymer, atbp. Halimbawa, lahat ng maliliit na armas Ang mga bahagi ng maraming mga instrumento sa katumpakan ay nasusunog - ito ang proseso ng pagkuha ng pinakamanipis na pelikula ng mga iron oxide sa ibabaw ng isang bakal produkto. Ang resultang artificial oxide film ay napakatibay at nagbibigay sa produkto ng magandang itim na kulay at asul na tint. Ang mga polymer coatings ay ginawa mula sa polyethylene, polyvinyl chloride, polyamide resins. Ang mga ito ay inilapat sa dalawang paraan: ang isang pinainit na produkto ay inilalagay sa isang polymer powder, na natutunaw at hinang sa metal, o ang ibabaw ng metal ay ginagamot ng isang polymer solution sa isang mababang temperatura na solvent, na mabilis na sumingaw, at ang polymer film. nananatili sa produkto.

Ang mga metal na patong ay mga patong na may iba pang mga metal, sa ibabaw kung saan ang mga matatag na proteksiyon na pelikula ay nabuo sa ilalim ng pagkilos ng mga ahente ng oxidizing.

Ang paglalapat ng chromium sa ibabaw - chromium plating, nickel - nickel plating, zinc - zinc plating, tin - tinning, atbp Ang isang chemically passive metal - ginto, pilak, tanso ay maaari ding magsilbi bilang isang patong.

4. Electrochemical na paraan ng proteksyon.

Proteksiyon (anodic) - isang piraso ng isang mas aktibong metal (tagapagtanggol) ay nakakabit sa protektadong istraktura ng metal, na nagsisilbing anode at nawasak sa pagkakaroon ng isang electrolyte. Ang magnesiyo, aluminyo, sink ay ginagamit bilang isang tagapagtanggol kapag pinoprotektahan ang mga hull ng barko, mga pipeline, mga cable at iba pang mga naka-istilong produkto;

Cathode - ang istraktura ng metal ay konektado sa katod ng isang panlabas na kasalukuyang mapagkukunan, na nag-aalis ng posibilidad ng pagkasira ng anode nito

5. Espesyal na paggamot ng electrolyte o ang kapaligiran kung saan matatagpuan ang protektadong istraktura ng metal.

Ito ay kilala na Damascus craftsmen para sa descaling at
kalawang na ginamit na mga solusyon ng sulfuric acid na may pagdaragdag ng lebadura ng brewer, harina, almirol. Ang mga ito ay nagdadala at kabilang sa mga unang inhibitor. Hindi nila pinahintulutan ang acid na kumilos sa metal ng sandata, bilang isang resulta, ang sukat at kalawang lamang ang natunaw. Gumamit ang mga Ural gunsmith ng mga sopas ng pag-aatsara para sa mga layuning ito - mga solusyon ng sulfuric acid na may pagdaragdag ng flour bran.

Pag-alis ng oxygen na natunaw sa tubig (deaeration). Ang prosesong ito ay ginagamit sa paghahanda ng tubig na pumapasok sa mga halaman ng boiler.

Mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga metal

Ang makabuluhang aktibidad ng kemikal ng mga metal (pakikipag-ugnayan sa oxygen sa atmospera, iba pang mga di-metal, tubig, mga solusyon sa asin, mga acid) ay humahantong sa katotohanan na sila ay matatagpuan sa crust ng lupa pangunahin sa anyo ng mga compound: oxides, sulfide, sulfates, chlorides, carbonates, atbp.

Sa libreng anyo, may mga metal na matatagpuan sa serye ng mga boltahe sa kanan ng hydrogen, bagaman mas madalas ang tanso at mercury ay matatagpuan sa kalikasan sa anyo ng mga compound.

Ang mga mineral at bato na naglalaman ng mga metal at ang kanilang mga compound, kung saan ang pagkuha ng mga purong metal ay teknikal na posible at matipid na magagawa, ay tinatawag na ores.

Ang pyrometallurgy ay ang pagbawi ng mga metal mula sa ores sa mataas na temperatura gamit ang carbon, carbon monoxide (II). hydrogen, metal - aluminyo, magnesiyo.

Ang hydrometallurgy ay ang pagbabawas ng mga metal sa kanilang mga asin sa solusyon. Ang proseso ay nagaganap sa 2 yugto:

1) ang natural na tambalan ay natunaw sa isang angkop na reagent upang makakuha ng solusyon ng asin ng metal na iyon;
2) ang metal na ito ay inilipat mula sa nakuha na solusyon sa pamamagitan ng isang mas aktibo o naibalik sa pamamagitan ng electrolysis. Halimbawa, upang makakuha ng tanso para sa mga ores na naglalaman ng tansong oksido, CuO, ito ay ginagamot ng dilute sulfuric acid.

Ang tanso ay pagkatapos ay tinanggal mula sa solusyon ng asin alinman sa pamamagitan ng electrolysis o sa pamamagitan ng pag-displace ng sulfate na may bakal. Ang pilak, sink, molibdenum, ginto, uranium ay nakuha sa ganitong paraan.

Ang electrometallurgy ay ang pagbabawas ng mga metal sa proseso ng electrolysis ng mga solusyon o pagkatunaw ng kanilang mga compound.

Electrolysis

Kung ang mga electrodes ay ibinaba sa electrolyte solution o natunaw at ang isang pare-parehong electric current ay dumaan, ang mga ions ay lilipat sa isang direksyon: cations - sa cathode (negatively charged electrode), anions - sa anode (positively charged electrode) .

Sa cathode, ang mga cation ay tumatanggap ng mga electron at nababawasan sa anode, ang mga anion ay nag-donate ng mga electron at na-oxidized. Ang prosesong ito ay tinatawag na electrolysis.
Ang electrolysis ay isang proseso ng pagbabawas ng oksihenasyon na nangyayari sa isang sistema ng kuryente habang dumadaan ang isang electric current, chsrse, o isang electrolyte solution.

Ang pangunahing bagay na dapat tandaan ay na sa proseso ng electrolysis, ang isang kemikal na reaksyon ay isinasagawa dahil sa elektrikal na enerhiya, na hindi maaaring magpatuloy nang kusang.

Ang sitwasyon ay mas kumplikado sa kaso ng electrolysis ng mga electrolyte solution.

Upang matukoy ang mga produkto ng electrolysis ng mga may tubig na solusyon ng mga electrolyte, mayroong mga sumusunod na patakaran.

1. Ang proseso sa cathode ay hindi nakasalalay sa materyal ng cathode kung saan ito ginawa, ngunit sa posisyon ng metal (electrolyte cation) sa electrochemical series ng mga boltahe, at kung:

1.1. Ang electrolyte cation ay matatagpuan sa mga serye ng mga boltahe sa simula ng serye (kasama ang Al inclusive), pagkatapos ay ang proseso ng pagbawas ng tubig ay nangyayari sa katod (hydrogen ay inilabas). Ang mga metal cation ay hindi nabawasan, nananatili sila sa solusyon.
1.2. Ang electrolyte cation ay nasa isang serye ng mga boltahe sa pagitan ng aluminyo at hydrogen, pagkatapos ay ang parehong mga metal nones at mga molekula ng tubig ay nababawasan sa katod.
1.3. Ang electrolyte cation ay nasa isang serye ng mga boltahe pagkatapos ng hydrogen, pagkatapos ay ang mga metal na cation ay nabawasan sa katod.
1.4. Ang solusyon ay naglalaman ng mga cation ng iba't ibang mga metal, pagkatapos ay ang na-download na metal cation ay naibalik, na nakatayo sa isang serye ng mga boltahe

Ang mga patakarang ito ay ipinapakita sa Figure 10.

2. Ang proseso sa anode ay depende sa materyal ng anode at sa likas na katangian ng annon (Scheme 11).

2.1. Kung ang anode ay natunaw (bakal, sink, tanso, pilak at lahat ng mga metal na na-oxidized sa panahon ng electrolysis), kung gayon ang anode metal ay na-oxidized, anuman ang likas na katangian ng anion. 2.2. Kung ang anode ay hindi matunaw (ito ay tinatawag na inert - grapayt, ginto, platinum), kung gayon:
a) sa panahon ng electrolysis ng mga solusyon ng mga asing-gamot ng anoxic acid (prome fluoride), ang anion ay na-oxidized sa anode;
b) sa panahon ng electrolysis ng mga solusyon ng mga asing-gamot ng acid na naglalaman ng oxygen at fluoride sa anode, nangyayari ang proseso ng oksihenasyon ng tubig. Ang mga anion ay hindi na-oxidized, nananatili sila sa solusyon;

Ang electrolysis ng mga natutunaw at mga solusyon ng mga sangkap ay malawakang ginagamit sa industriya:

1. Upang makakuha ng mga metal (aluminyo, magnesiyo, sodium, cadmium ay nakuha lamang sa pamamagitan ng electrolysis).
2. Upang makakuha ng hydrogen, halogens, alkalis.
3. Para sa paglilinis ng mga metal - pagdadalisay (paglilinis ng tanso, nikel, tingga ay isinasagawa ng electrochemical method).
4. Upang protektahan ang mga metal mula sa kaagnasan - paglalapat ng mga proteksiyon na coatings sa anyo ng isang manipis na layer ng isa pang metal na lumalaban sa kaagnasan (chromium, nikel, tanso, pilak, ginto) - electroplating.
5. Pagkuha ng mga kopya ng metal, mga talaan - electroplating.

Praktikal na gawain

1. Paano nauugnay ang istruktura ng mga metal sa kanilang lokasyon sa pangunahin at pangalawang subgroup ng Periodic Table of Chemical Elements ng D. I. Mendeleev?
2. Bakit ang alkali at alkaline earth na mga metal ay may iisang estado ng oksihenasyon sa mga compound: (+1) at (+2), ayon sa pagkakabanggit, habang ang mga metal ng pangalawang subgroup, bilang panuntunan, ay nagpapakita ng magkakaibang mga estado ng oksihenasyon sa mga compound?
3. Anong mga estado ng oksihenasyon ang maaaring ipakita ng manganese? Anong mga oxide ng hydrokenda ang tumutugma sa manganese sa mga estado ng oksihenasyon na ito? Ano ang kanilang karakter?
4. Ihambing ang elektronikong istraktura ng mga atomo ng mga elemento ng pangkat VII: manganese at klorin. Ipaliwanag ang pagkakaiba sa kanilang mga kemikal na katangian at ang pagkakaroon ng iba't ibang antas ng oksihenasyon ng mga atomo sa parehong elemento.
5. Bakit ang posisyon ng mga metal sa electrochemical series ng mga boltahe ay hindi palaging tumutugma sa kanilang posisyon sa Periodic system ng D. I. Mendeleev?
9. Gumawa ng mga equation para sa mga reaksyon ng sodium at magnesium na may acetic acid. Sa anong kaso at bakit magiging mas mabilis ang rate ng reaksyon?
11. Anong mga paraan ng pagkuha ng mga metal ang alam mo? Ano ang kakanyahan ng lahat ng mga pamamaraan?
14. Ano ang kaagnasan? Anong mga uri ng kaagnasan ang alam mo? Alin sa mga ito ang pisikal at kemikal na proseso?
15. Maituturing bang corrosion ang mga sumusunod na proseso: a) oxidation ng iron sa panahon ng electric welding, b) interaksyon ng zinc sa hydrochloric acid sa pagkuha ng etched acid para sa paghihinang? Magbigay ng makatwirang sagot.
17. Ang produktong mangganeso ay nasa tubig at hindi napupunta sa produktong tanso. Mananatiling hindi magbabago ang dalawa?
18. Mapoprotektahan ba ang isang istraktura ng bakal mula sa electrochemical corrosion sa tubig kung ang isang plato ng isa pang metal ay ninakaw dito: a) magnesium, b) lead, c) nickel?
19. Para sa anong layunin ang ibabaw ng mga tangke para sa pag-iimbak ng mga produktong petrolyo (gasolina, kerosene) ay pininturahan ng pilak - isang halo ng aluminyo na pulbos na may isa sa mga langis ng gulay?
20. Sa ibabaw ng acidified na lupa ng plot ng hardin ay may mga bakal na tubo na may nakapasok na mga gripo ng tanso. Ano ang kaagnasan: pipe yiyang gripo? Saan ang pagkawasak ang pinaka binibigkas?
21. Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng electrolysis ng mga natutunaw at ng electrolysis ng mga may tubig na solusyon?
22*. Anong mga metal ang maaaring makuha sa pamamagitan ng electrolysis ng mga natutunaw ng kanilang mga asin at hindi makukuha sa pamamagitan ng electrolysis ng mga may tubig na solusyon ng mga sangkap na ito?
23*. Gawin ang mga equation para sa electrolysis ng barium chloride sa: a) matunaw, b) solusyon
28. Sa isang solusyon na naglalaman ng 27 g ng tanso (II) klorido, 1-4 g ng iron filings ay idinagdag. Anong masa ng tanso ang inilabas bilang resulta ng reaksyong ito?
Sagot: 12.8 g.
29. Anong masa ng zinc sulfate ang maaaring makuha sa pamamagitan ng pagre-react ng labis na zinc sa 500 ml ng 20% sulfuric acid solution na may density na 1.14 g/ml?
Sagot: 187.3
31. Kapag tinatrato ang 8 g ng pinaghalong magnesium at magnesium oxide na may hydrochloric acid, 5.6 litro ng hydrogen (n, w.) ang pinakawalan. Ano ang mass fraction (sa %) ng HUNYO sa unang timpla?
Sagot: 75%.
34. Tukuyin ang mass fraction (sa porsyento) ng carbon sa bakal (isang haluang metal na bakal na may carbon), kung 0.28 l ng carbon monoxide (IV) (n.a.) ang nakolekta sa panahon ng pagkasunog ng sample nito na tumitimbang ng 10 g sa isang oxygen stream .
Sagot: 1.5%.
35. Isang sample ng sodium na tumitimbang ng 0.5 g ay inilagay sa tubig. Ang neutralisasyon ng nagresultang solusyon ay hindi gumastos ng 29.2 g ng 1.5% hydrochloric acid. Ano ang mass fraction (sa porsyento) ng sodium sa sample?
Sagot: 55.2%.
36. Ang isang haluang metal ng tanso at aluminyo ay ginagamot ng labis na solusyon sa sodium hydroxide, at ang isang gas na may dami na 1.344 litro (n.a.) ay inilabas, ang nalalabi pagkatapos ang reaksyon ay natunaw sa nitric acid, pagkatapos ay ang solusyon ay sumingaw at na-calcined sa isang pare-pareho ang masa, na naging 0.4 g. komposisyon ng haluang metal? Sagot: 1.08 g Al 0.32 g Cu o 77.14% Al 22.86% Cu.
37. Anong masa ng cast iron na naglalaman ng 94% iron ang maaaring makuha mula sa 1 tonelada ng red iron ore (Fe2O3) na naglalaman ng 20% impurities?
Sagot: 595.74 kg.

Mga metal sa kalikasan

Kung maingat mong pinag-aralan ang kimika sa mga nakaraang klase, alam mo na ang periodic table ay may higit sa siyamnapung uri ng mga metal, at humigit-kumulang animnapu sa kanila ay matatagpuan sa natural na kapaligiran.

Ang mga natural na metal ay maaaring nahahati sa mga sumusunod na grupo:

Mga metal na matatagpuan sa kalikasan sa libreng anyo;
mga metal na nagaganap sa anyo ng mga compound;
mga metal na maaaring matagpuan sa halo-halong anyo, iyon ay, maaari silang pareho sa libreng anyo at sa anyo ng mga compound.

Hindi tulad ng iba pang mga elemento ng kemikal, ang mga metal ay madalas na matatagpuan sa kalikasan sa anyo ng mga simpleng sangkap. Karaniwan silang may katutubong estado. Ang ganitong mga metal, na ipinakita sa anyo ng mga simpleng sangkap, ay kinabibilangan ng ginto, pilak, tanso, platinum, mercury at iba pa.

Ngunit hindi lahat ng mga metal na matatagpuan sa natural na kapaligiran ay ipinakita sa isang katutubong estado. Ang ilang mga metal ay matatagpuan sa anyo ng mga compound at tinatawag na mga mineral.

Bilang karagdagan, ang mga elemento ng kemikal tulad ng pilak, mercury at tanso ay matatagpuan kapwa sa katutubong estado at sa estado na may anyo ng mga compound.

Ang lahat ng mga mineral na kung saan ang mga metal ay maaaring makuha sa ibang pagkakataon ay tinatawag na ores. Sa kalikasan, mayroong mineral, na kinabibilangan ng bakal. Ang tambalang ito ay tinatawag na iron ore. At kung ang komposisyon ay naglalaman ng tanso, ngunit naaayon, ang naturang tambalan ay tinatawag na tansong ore.

Siyempre, ang pinakakaraniwan sa kalikasan ay mga metal na aktibong nakikipag-ugnayan sa oxygen at asupre. Ang mga ito ay tinatawag na mga metal oxide at sulfide.

Ang isang karaniwang elemento na bumubuo ng isang metal ay aluminyo. Ang aluminyo ay matatagpuan sa luwad at matatagpuan din sa mga gemstones tulad ng sapphire at ruby.

Ang pangalawang pinakasikat at laganap na metal ay bakal. Karaniwan itong matatagpuan sa kalikasan sa anyo ng mga compound, at sa katutubong anyo nito ay matatagpuan lamang ito sa komposisyon ng mga meteorite na bato.

Ang susunod na pinakakaraniwan sa natural na kapaligiran, o sa halip sa crust ng lupa, ay mga metal tulad ng magnesium, calcium, sodium, potassium.

Hawak ang mga barya sa iyong kamay, malamang na napansin mo na ang isang katangiang amoy ay nagmumula sa kanila. Ngunit, lumalabas na hindi ito ang amoy ng metal, kundi ang amoy na nagmumula sa mga compound na nabubuo kapag nadikit ang metal sa pawis ng tao.

Alam mo ba na sa Switzerland ay mayroong produksyon ng mga gold bar sa anyo ng chocolate bar, na maaaring hiwa-hiwain at gamitin bilang regalo o paraan ng pagbabayad? Ang kumpanya ay gumagawa ng mga naturang chocolate bar mula sa ginto, pilak, platinum at palladium. Kung ang gayong tile ay nasira sa mga hiwa, kung gayon ang bawat isa sa kanila ay tumitimbang lamang ng isang gramo.

Gayunpaman, ang gayong metal na haluang metal bilang nitinol ay may medyo kawili-wiling pag-aari. Ito ay natatangi dahil mayroon itong epekto sa memorya at kapag pinainit, ang isang deformed na produkto na gawa sa haluang ito ay makakabalik sa orihinal nitong hugis. Ang ganitong mga kakaibang materyales na may tinatawag na memorya ay ginagamit para sa paggawa ng mga bushings. Ang mga ito ay may kakayahang lumiit sa mababang temperatura, at sa temperatura ng silid ang mga bushings na ito ay tumutuwid at ang koneksyon na ito ay mas maaasahan kaysa sa hinang. At ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay nangyayari dahil sa ang katunayan na ang mga haluang metal na ito ay may isang thermoelastic na istraktura.

Naisip mo na ba kung bakit kaugalian na magdagdag ng isang haluang metal na pilak o tanso sa gintong alahas? Ito pala ay dahil ang purong ginto ay napakalambot at madaling makamot kahit na may kuko.

Portal para sa mag-aaral. Pagsasanay sa sarili