Металлы вокруг нас химия

Миллионы лет назад наши далекие предки изготавливали себе инструменты из дерева и камней, но спустя тысячелетия они научились пользоваться металлами.

С этого момента человечество начало развиваться с немыслимыми темпами и все дошло до того, что большинство окружающих нас объектов сделано из железа, алюминия и других разновидностей этого материала.

Практически все металлы хорошо проводят электричество и тепло, при определенных условиях они пластичны и отлично подходят для изготовления различных деталей для электроники, а также обладают характерным металлическим блеском.

Но в периодической таблице Менделеева есть металлы, которые обладают уникальными свойствами, которыми не могут похвастаться все остальные. Они по-своему удивительны, и когда-то давно этим металлам присваивали чуть ли не волшебные качества. Итак, давайте перечислим их, а также узнаем о свойствах и других интересных особенностях?

Металлы вокруг нас химия

Оглянитесь вокруг — мы окружены металлами

Самый жидкий металл

Ртуть считается самым жидким металлом и, в то же время, одним из самых опасных для человеческого организма. Он практически всегда пребывает в жидком состоянии, потому что температура его плавления равна -38 градусам Цельсия.

Именно поэтому этот металл используется в градусниках — при увеличении температуры, жидкость расширяется. Поскольку градусник сделан в виде стеклянной трубочки, расширяться она может только в одном направлении.

Чтобы на показатели градусника не влияли другие условия вроде атмосферного давления, из трубочки выкачан воздух.

Металлы вокруг нас химия

Несмотря на свою опасность, ртуть используется даже в повседневных вещах

В средневековье считалось, что при смешивании ртути, серы и загадочного «философского камня» можно получить чистое золото. Поэтому внимания этому металлу уделялось очень много.

С средние века получить из ртути золота никому не удалось, но это стало под силу ученым в 1947 году — они поместили 100 миллиграмм ртути в атомный реактор и получили 35 микрограмм золота.

Вот и второе удивительное свойство ртути — его можно превратить в золото, но это слишком дорогой процесс.

65 миллионов лет назад атмосфера Земли была загрязнена ртутью

Третья особенность ртути заключается в том, что при вдыхании его паров человек получает сильное отравление — опасные вещества оседают в легких. Симптомы отравления включают в себя слабость, понижение аппетита, боль при глотании, набухание десен и сильная боль в животе. Из-за своей ядовитости, ртуть входит в десятку химических веществ, представляющих опасность для общественного здоровья.

Самый тугоплавкий металл

А теперь давайте поговорим о полной противоположности ртути — металле, именуемом как вольфрам. В то время как ртуть может расплавиться на человеческой ладони, для расплавления вольфрама необходима температура на уровне 3422 градусов Цельсия.

Металлы вокруг нас химия

С немецкого «Wolf Rahm» можно перевести как «волчьи сливки»

Сам по себе вольфрам не опасен, но изделия, в котором он используется, могут убить. Этот металл часто используется как наконечник патронов, которые могут пробить даже бронежилет. Только его добавляют совсем чуть-чуть, потому что вольфрам — очень тяжелый металл.

В 2018 году мой коллега Илья Хель написал интересный материал про Секретное оружие США, где поразмышлял о том, что могут скрывать от нас американские военные. Советую почитать.

Из-за своей тугоплавкости, вольфрам трудно поддается деформации, поэтому в чистом виде его используют очень редко. Как правило, изделия из вольфрама имеют и другие примеси — они делают его более податливым и значительно уменьшают вес.

Самый твердый металл

Самым твердым и при этом легким металлом на нашей планете считается титан. Благодаря своим свойствам, он активно используется в авиации и кораблестроении — материал отлично подходит для изготовления корпусов самолетов и кораблей.

К тому же, благодаря прочности и легкости, из титана изготавливают бронежилеты.

Этот металл безопасен для человеческого организма, поэтому часто применяется в медицине для изготовления инструментов и даже протезов — искусственных частей тела.

Металлы вокруг нас химия

Благодаря выдающимся свойствам, словом «титан» называют видеокарты и прочую электронику, чтобы подчеркнуть их мощность

При нагревании, титан начинает поглощать кислород, хлор, азот и другие газы.

Благодаря этому удивительному свойству, металл используется в различных фильтрах — пропуская различные газы через нагретые до 600 градусов Цельсия титановые трубки, можно очистить их от примесей.

Таким же образом можно очистить воду от кислорода, что особенно полезно в пищевой промышленности. Считается, что содержащийся в воде кислород ухудшает качество некоторых продуктов — как минимум, он может сократить срок годности пива.

Самый радиоактивный металл

Единственным металлом, который может использоваться в качестве топлива в ядерных реакторах, является уран. Многие люди считают его очень опасным из-за высокой радиоактивности. Однако, природный уран безопасен для здоровья человека, а опасность представляет его разновидность под названием U-235 — именно она используется в ядерных реакторах.

Металлы вокруг нас химия

Уран-235 использовался при ядерной бомбардировке Хиросимы, в бомбе «Малыш»

Когда-то давно из природного урана даже изготавливали посуду. Например, осколки желтого стекла с содержанием урана были найдены на территории итальянского города Неаполь — по расчетам ученых, стекло было изготовлено в 79 году нашей эры. Он был безопасен для людей и никаких намеков на радиацию вроде свечения не наблюдалось.

Обязательно к прочтению: Что такое Токамак? Просто о термоядерном реакторе

Природного урана U-235, пригодного для использования в ядерных реакторах, сегодня в природе очень мало — на протяжении долгих лет он просто улетучился.

Зато, миллиарды лет назад его было очень много, и ядерные реакции могли запускаться прямо на природе,без участия человека. Так, на территории африканской страны Габон, около 1,8 миллиарда лет назад происходила естественная реакция деления ядер урана.

Уран горел на протяжении сотен лет, но в итоге реакция прекратилась из-за истощения запасов металла.

Самый тяжелый металл

Самым тяжелым металлом из всей таблицы Менделеева считается осмий. Его удивительным свойством является то, что будучи самым тяжелым, на воздухе он становится летучим, ядовитым веществом.

Название «осмий» с древнегреческого языка можно перевести как «запах».

Такое наименование металлу было дано неспроста — в 1803 году английский химик Смитсон Теннант (Smithson Tennant) на собственном опыте ощутил, что металл пахнет хлором и неприятен настолько, что раздражает горло.

Металлы вокруг нас химия

Осмий, кстати, очень красив

Благодаря своей твердости, осмий часто используется в механизмах, а именно в местах, где происходит сильное трение. Также он используется в изготовлении нитей для ламп накаливания. Ядовитые свойства возникают только на открытом воздухе — металл превращается в токсичное вещество тетраоксид осмия, которое вызывает раздражение глаз, поражение верхних дыхательных путей и даже воспаление почек.

Самый стойкий металл

Самым стойким металлом считается иридий — его невозможно растворить ни в одной кислоте. Из-за стойкости, этот металл используется в Международном бюро мер и весов — из него создан эталон килограмма.

Этот цилиндр из иридия необходим для того, чтобы у всех стран было единое представление о том, сколько именно должен весить килограмм.

Это важно, потому что любое отклонение может стать причиной неисправности в самолётах и кораблях и, впоследствии, серьезной катастрофы.

Металлы вокруг нас химия

Иридий — показатель того, сколько должен весить килограмм

Также иридий используется при изготовлении денег. Например, в африканской стране Руанде была выпущена иридиевая монета номиналом 10 руандийских франков. Можно сказать, что это самая устойчивая к химическому воздействию монета. Повредить ее можно разве что кину в сосуд со фтором — сильнейшим окислителем. Но разрушительная реакция начнется только при нагревании до 450 градусов Цельсия.

Самый дорогой металл

Многие люди инвестируют в металлы и одним из самых дорогих сегодня является золото. По курсу за июнь 2020 года, грамм золота стоит около 4000 рублей, тогда как цена той же массы платины еле достигает 2000 рублей.

Чуть выше мы уже выяснили, что добывать золото из ртути — это очень дорогой процесс. Поэтому, получением золота занимаются работники аффинажных заводов — грубо говоря, они извлекают золота из смесей других металлов.

Металлы вокруг нас химия

Золото уже тысячелетиями сводит людей с ума

Так как персонал работает с очень дорогим металлом, в заводах действует строгий контроль. Если у человека, например, есть золотой зуб — охрана всегда проверяет, находится ли он на месте.

А то вдруг человек избавится от золотого зуба и решит пронести кусочек драгоценного металла, поместив его в освободившемся пространстве между зубами? В некоторых аффинажных заводах работники проходят внутрь голыми и облачаются в рабочую одежду внутри.

Самый редкий металл

Франций — самый редкий металл. По расчетам ученых, в земной коре его концентрация равна всего лишь 340 граммам. Получить больше урана можно искусственным путем, но для этого необходимо запускать ядерные реакции.

Читайте также:  Инструмент который пилит металл

Металлы вокруг нас химия

Франций очень редкий и мало где используется

Франций очень радиоактивен, поэтому на данный момент он практически нигде не используется. Однако, иногда ученые все же используют разновидности франция в ходе научных исследований. Также предпринимались попытки диагностики рака с использованием технологий, где франций тоже был задействован.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш Telegram-канал. Там вы найдете анонсы свежих новостей нашего сайта!

Самый легкий металл

Звание самого легкого металла, по праву достается литию. Он окрашен в серебристо-белый цвет и настолько мягок, что легко режется ножом. Так как он является самым легким металлом в таблице Менделеева, при попадании в воду он всплывает на поверхность.

Металлы вокруг нас химия

А вот и он — литий

Для многих это может стать открытием, но устройство с литием вы прямо сейчас можете держать в руке — это ваш смартфон. В мобильных устройствах используются литиевые аккумуляторы, которые компактны, но обеспечивают работу устройств от одного заряда только на протяжении нескольких дней. Ученые пытаются улучшить показатели литий-ионных батарей, но пока это им никак не удается.

Возможно, в будущем вместо литий-ионных батарей будут использоваться совершенно другие аккумуляторы. Какие? Читайте в этом материале.

Самый дорогой промышленный металл

Напоследок стоит упомянуть про калифорний — металл, которого в чистом виде в природе не найти. Его производят в ядерных реакторах России и США, причем в очень малых количествах. По сообщениям ученых, за один год им удается создать только 40-80 микрограмм этого необычного металла. Из-за сложности добычи и редкости, грамм этого металла стоит до 27 миллионов долларов.

Калифорний — радиоактивный красавец

Этот металл очень радиоактивен, поэтому никаких поделок из него не сделаешь. Зато он нужен ученым во время проведения серьезных испытаний. Хотя, в теории, его можно использовать при создании атомной бомбы. Но вышеупомянутый уран стоит гораздо дешевле, поэтому все используют именно его.

В периодической таблице Менделеева еще много интересных элементов, но эти — по моему мнению, самые интересные металлы. Примечательно, что ученые до сих пор занимаются разработкой металлов с интересными свойствами. В 2019 году мой коллега Владимир Кузнецов рассказал о материале, который не тонет в воде — рекомендую почитать!

Получение металлов. Нахождение их в природе

Получение металлов. Нахождение их в природе

Ребята, сегодня мы побываем с вами в местах, где получают металлы, а также узнаем, где же встречаются металлы.

Ну что ж, начинаем путешествие. Металлы встречаются в природе в свободном состоянии, их называют самородными металлами, так и в виде соединений.

В самородном состоянии в природе встречаются золото, серебро, медь, платина и ртуть.  Эти металлы обычно содержатся в небольших количествах в виде зёрен или вкраплений в горных породах. Изредка встречаются и довольно крупные куски металлов – самородки.

Одним из самых больших месторождений чистого серебра был так называемый «серебряный тротуар» в Канаде. Он представлял собой глыбу почти чистого серебра длиной тридцать  м, уходящую в землю на восемнадцать  м. Выработка этого месторождения дала около двадцать т металла. А один из крупнейших самородков серебра весил почти сто девять кг.

Самый крупный самородок меди весил четыреста двадцать т, а золота – сто двенадцать кг.

Металлы вокруг нас химия

А вотраспространённость химических элементов металлов в земной коре различна. К наиболее распространённым металлам относятся алюминий (7,45%), железо (4,20%), кальций (3,25%), натрий (2,40%), калий (2,35%) и магний (2,35%). Содержание других металлов в земной коре может составлять тысячные доли процента и ниже.

Металлы вокруг нас химия

Некоторые историки считают, что упадок Римской империи был обусловлен массовым отравлением свинцом. Известно, что водопроводы Древнего Рима были из свинца. В свинцовых чанах хранили воду и вино. Попадая в человеческий организм, свинец вызывает поражение центральной нервной системы, приводит к изменению состава крови.

Многие металлы являются элементами, необходимыми для функционирования живых организмов. На долю ионов Na+, K+, Mg2+, Ca2+  в организме человека приходится 99% всех ионов металлов.

Металлы вокруг нас химия

К биологически наиболее значимым металлам относятся: K, Na, Mg, Ca, Fe, Cu, Co, Mn, Zn, Mo.

Металлы вокруг нас химия

В земной коре металлы чаще всего встречаются в виде соединений: таких, как оксиды, силикаты, карбонаты, сульфиды и хлориды. Эти соединения входят в состав руд и минералов.

Рудой называют горную породу, получение из которой чистого металла экономически выгодно. В состав руды входят минералы и примеси в виде пустой породы. А минералы – это природные тела, имеющие определённый химический состав. Давайте  с вами посмотрим названия и химический состав некоторых минералов.

Название Химический состав
Красный железняк (гематит) Fe2O3
Магнитный железняк (магнетит) Fe3O4
Бурый железняк 2Fe2O3 · 3H2O
Железный колчедан (пирит) FeS2
Сильвин KCl
Криолит Na3AlF6
Кальцит CaCO3
Корунд Al2O3
Малахит (CuOH)2CO3
Медный колчедан (халькопирит) CuFeS2
Киноварь HgS
Гипс CaSO4 · 2H2
Свинцовый блеск (галенит) PbS
Цинковая обманка ZnS
  • Металлы вокруг нас химияМеталлы вокруг нас химияМеталлы вокруг нас химияМеталлы вокруг нас химия
  • Металлы вокруг нас химияМеталлы вокруг нас химия

К наиболее известным минералам относится пирит, или железный колчедан (FeS2), киноварь (HgS), малахит ((CuOH)2CO3). Пирит и киноварь используют в промышленности для получения соответствующих металлов, то есть железа и ртути, а малахит, как поделочный камень.

А теперь представьте, что на дне водоёмов тоже есть соединения металлов, эти отложения – конкреции – представляют собой грозди, клубни или лепёшки, густо усеивающие дно.

Плоские озёрные и болотные конкреции величиной с мелкую монету были известны ещё в средние века, поэтому их и называли «копеечной рудой».

В настоящее время железомарганцевые конкреции, покрывающие огромные площади на дне океанов, называют полезными ископаемыми XXI века. Это богатейший источник не только железа и марганца, но и кобальта, никеля, меди и молибдена.

Представьте себя геологом или минералогом, как же это увлекательно. Для этого сравним такие минералы, как красный, бурый и магнитный железняк.   

  1. Цвет красного железняка  коричнево-красный, сам он прочный, плотный, если провести образцом руды по поверхности фарфоровой ступки, то он оставляет красно-коричневый след, не притягивается магнитом.
  2. Бурый железяк    имеет жёлто-коричневую окраску,  сам прочный и плотный, не притягивается магнитом, оставляет на фарфоровой ступки жёлто-бурую полосу.
  3. Магнитный железняк чёрного цвета, сам прочный и плотный, притягивается магнитом, оставляет чёрный цвет черты на поверхности фарфоровой ступки, имеет металлический блеск.
  4. Здорово, получается,  что минералы отличаются между собой окраской, магнитными свойствами, цветом черты и некоторыми другими показателями.

В современной технике широко используют более 75 металлов и многочисленные сплавы на их основе. Поэтому большое значение придаётся промышленным способам получения металлов из руд.

Обычно перед получением металлов из руды её измельчают, потом предварительно обогащают – отделяют пустую породу, примеси. В результате образуется концентрат, служащий сырьём для металлургического производства.

Затем обогащённую руду превращают в оксид и только после этого восстанавливают металл.

Металлургия – это наука о методах и процессах производства металлов из руд и других металлосодержащих продуктов, о получении сплавов и обработке металлов.  В зависимости от метода получения металла из руды (концентрата) существует несколько видов металлургических производств.

Представьте, что из одной т медной руды можно получить шестнадцать кг концентрата и только четыре кг чистой меди.

Такая отрасль металлургии, как пирометаллургия занимается переработкой руд, она основана на химических реакциях, при чём они проходят при высоких температурах, ведь от греч. пирос, означает огонь.

Пирометаллургические процессы включают обжиг и плавку.

При обжиге сульфиды переводят в оксиды, а сера удаляется в виде оксида серы (IV). А затем из оксида восстанавливают металл.

Полученный металл или сплав подвергают механической обработке, придают ему соответствующую форму.

В процессе выделения металлов (плавке) из оксидов в качестве восстановителей используют углерод, оксид углерода (II), водород, кремний или более активные металлы.

Например, ещё древние металлурги для получения железа из его руд использовали в качестве восстановителя углерод. Но этот способ неудобен тем, что реакция между твёрдыми веществами идёт только в местах их соприкосновения.

  • 2Fe2O3 + 3C = 4Fe + 3CO2
  • В промышленных масштабах для получения железа, цинка и других цветных металлов из оксидов используют в качестве восстановителя оксид углерода (II).
  • Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

Сейчас мы посмотрим, как получают чугун и сталь. Восстановление железа проводят в специальных вертикальных печах, называемых доменными, высотой до нескольких десятков метров и внутренним объёмом до 5000 м3. Они имеют стальной корпус, а изнутри выложены огнеупорным кирпичом.

Читайте также:  Какое сверло по металлу лучше покупать

По характеру своей работы доменная печь – аппарат непрерывного действия. Сверху в печь подаётся твёрдое сырьё – шихта, представляющая собой смесь железной руды, кокса (переработанного угля), известняка и других добавок, а снизу вдувается подогретый или обогащённый кислородом воздух.

В нижней части печи кокс сгорает в горячем воздухе, образуя углекислый газ.

  1. C + O2 = CO2
  2. доменная печь
  3. Углекислый газ поднимается вверх в печи и взаимодействует с новыми порциями раскалённого кокса
  4. с образованием оксида углерода (II).
  5. CO2 + C = 2CO
  6. В результате реакций СО с оксидом железа (III) образуется железо.
  7. В доменном процессе получается железо с относительно большим (более 2%) содержанием углерода – чугун.
  8. Чугун превращают в сталь, удаляя избыточный углерод путём окисления кислородом воздуха в специальных установках – мартеновский печах, конвертерах или электропечах.
  9. Конвертер
  10. Для получения некоторых металлов в качестве восстановителя используют водород.
  11. WO3 + 3H2 = W + 3H2O

 В роли восстановителей можно также использовать более активные металлы, способные вытеснять другие металлы из их оксидов и солей. Этот способ получения металлов называется металлотермией. Если используют алюминий, то говорят об алюминотермии:

  • Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3
  • Восстановление железа методом алюминотермии до сих пор применяется при сварке рельсов.
  • Этот метод получения металлов был предложен русским учёным

Н.Н. Бекетовым.

Гидрометаллургия – это методы получения металлов, основанные на химических реакциях, происходящих в растворе. Гидрометаллургические процессы включают стадию перевода нерастворимых соединений металлов из руд в растворы, с последующим восстановительным выделением металлов из полученных растворов с помощью других металлов или электрического тока.

Электрометаллургия – методы получения металлов, основанные на электролизе, т.е. выделение металлов из растворов или расплавов их соединений с помощью постоянного электрического тока.

Этот метод применяют для получения активных металлов – щелочных и щелочноземельных, алюминия,  также для получения легированных сталей. С помощью этого метода, английский химик Г.

Дэви впервые получил калий, натрий, барий и кальций.

Большое значение имеет микробиологический метод получения металлов. В этом методе используется жизнедеятельность некоторых бактерий.  Так, тионовые бактерии способны переводить нерастворимые сульфиды в растворимые сульфаты. Бактериальный метод применяют для извлечения меди из её сульфидных руд.

А затем полученный раствор сульфата меди (II) подаётся на гидрометаллургическую переработку. Кроме этого, учёные обнаружили, что некоторые микроводоросли и бактерии накапливают на своей поверхности отдельные металлы (например, золото) или их оксиды.

Микроорганизм постепенно обрастает «шубой» из минеральных частиц, увеличивается в размерах в десятки раз, что позволяет легко выделить частицы из раствора.

  При промышленном производстве металлов большое значение имеют вопросы охраны окружающей среды от загрязнений отходами производства. Охрана окружающей среды предусматривает, прежде всего, дезактивацию выбросов, например отходящих газов при выплавке чугуна.

Здесь главную опасность представляет образующийся при переработке сернистых руд оксид серы (IV), который, попадая в атмосферу, может вызывать «кислотные дожди».

Наряду с комплексным использованием сырья, строительством очистных сооружений, устройством замкнутых циклов водопользования с целью охраны окружающей среды необходимы вывод промышленных предприятий за городскую черту, создание лесозащитных вокруг городов и промышленных центров.

Таким образом, металлы встречаются в природе в виде соединений или в самородном состоянии. В земной коре металлы чаще всего встречаются в виде соединений: оксидов, силикатов, карбонатов, сульфидов, хлоридов. Эти соединения входят в состав руд и минералов.

  Для получения металлов из руд руду сначала измельчают, обогащают, переводят в оксид и только после этого восстанавливают металл. В качестве восстановителей используют C, CO, H2, Si или более активные металлы. Металлургия занимается получением металлов и их сплавов из руд.

В зависимости от метода получения металла из руды существует несколько видов металлургических производств: пирометаллургия, гидрометаллургия и электрометаллургия.

Химия металлы интересные факты. Самые необычные металлы

  • К категории необычные металлы стоило бы отнести тантал. Это дорогой и редкий металл. За 1 килограмм тантала, в зависимости от его чистоты, можно получить от 500 до 4500 долларов. Именно из-за сложностей в получении чистого такого металла в чистом виде он был назван в честь героя греческих мифов, который постоянно пытался достать хотя бы небольшое количество пищи и воды.
  • Говоря про самые интересные металлы, важно отметить и индий. Если бы драгоценные металлы были личностями, то индий ассоциировался бы с плаксивым ребенком. Этот металл достаточно мягкий и внутри имеет тон индиго внутри. Также он издает специфические звуки в момент сгибания.
  • Титан – это удивительный и мистический металл, который назвали в честь царицы фей. Он легкий, подобно воздушные крылья феи. Возможно из-за данной специфической особенности титана и зародилось его название.

Существование жидких металлов и их способность принимать жидкообразное состояние при высоких температурах — это занимательный мир общепризнанных фактов. Но достаточно необычным явлением считается твёрдый металл, который тает в руках как мороженое.

Это касается галлия.

Этот метал способен расплавиться уже при комнатной температуре и для обычного практического использования он считается непригодным.

Он полностью растворяется на глазах человека, если разместить любое изделие из галлия в стакане с горячей водой.

Еще данный тип металла может придать алюминию необычайной хрупкости. Для этого стоит поместить небольшую каплю галлия на железо.

Нитинол — металл, обладающий памятью

Нитинол – это необычный сплав никеля и титана. Он имеет невероятную способность, которая заключается в «запоминании» присущей ему изначальной формы и в восстановлении ее после деформирования. Для этого потребуется лишь немного тепла.

Достаточно лишь нескольких капель тёплой воды, чтобы данный сплав принял исходное состояние даже после достаточно сильного искажения первоначальной формы.

На сегодняшний день разработано много способов для практического применения такого материала в технике. Успешно применяется этот металл в медицине, в особенности, при лечении пациентов с заболеваниями и травмами, связанными с опорно-двигательной системой.

Металлы вокруг нас химия

Ртуть — жидкий металл

После того как впервые открыли ртуть, она начала называться «argentum vivum», что переводится как «живое серебро». Такое специфическое название характеризует этот металл. Ртуть представляет из себя жидкость, которая растекается быстрее, чем вода, но при этом она достаточно тяжелая. Так, к примеру, наполненное ртутью ведро может иметь вес 130 кг.

Ртуть считается редким видом металлов, и чаще всего его находят в горной породе, которая была образована при извержении. Ртуть добывается и из руды при ее нагревании.

Известный путешественник Марко Поло, когда ему пришлось описывать жизнь йогов, упоминал о необыкновенном напитке, который готовился из ртути и серы. По словам людей, занимающихся йогой, они пьют такой напиток с детских лет и тем самым существенно продлевают собственную жизнь.

Интересные факты про щелочные металлы. Общие свойства металлов

Главную подгруппу I группы Периодической системы Д.И. Менделеева составляют литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs и франций Fr. Элементы этой подгруппы относят к металлам . Их общее название – щелочные металлы.

Щелочноземельные металлы находятся в главной подгруппе II группы Периодической системы Д.И. Менделеева. Это магний Mg, кальций Ca, стронций Sr, барий Ba и радий Ra.

Щелочные и щелочноземельные металлы как типичные металлы проявляют ярко выраженные восстановительные свойства. У элементов главных подгрупп металлические свойства с увеличением радиуса возрастают. Особенно сильно восстановительные свойства проявляются у щелочных металлов.

Настолько сильно, что практически невозможно проводить их реакции с разбавленными водными растворами, так как в первую очередь будет идти реакция взаимодействия их с водой. У щелочноземельных металлов ситуация аналогичная.

Они тоже взаимодействуют с водой, но гораздо менее интенсивно, чем щелочные металлы.

Электронные конфигурации валентного слоя щелочных металлов – ns 1 , где n – номер электронного слоя. Их относят к s-элементам. У щелочноземельных металлов – ns 2 (s-элементы). У алюминия валентные электроны …3 s 2 3р1 (p-элемент). Эти элементы образуют соединения с ионным типом связи. При образовании соединений для них степень окисления соответствует номеру группы.

Обнаружение ионов металла в солях

Ионы металлов легко определить по изменению окраски пламени. Рис. 1.

Соли лития – карминово-красная окраска пламени. Соли натрия – желтый. Соли калия – фиолетовый через кобальтовое стекло. Рубидия – красный, цезия – фиолетово-синий.

Рис. 1

Соли щелочноземельных металлов: кальция – кирпично-красный, стронция – карминово-красный и бария – желтовато-зеленый. Соли алюминия окраску пламени не меняют. Соли щелочных и щелочноземельных металлов используются для создания фейерверков. И можно легко определить по окраске, соли какого металла применялись.

Источник: https://interesnyefakty.com/stati/metally-himiya-interesnye-fakty-interesnye-fakty-o-metallah-video

Сообщение о металлах. Сообщение 2

В химии все вещества делятся на 2 вида: они либо металлы, либо неметаллы. У каждой группы свои свойства и строение. Металлов гораздо больше, чем неметаллов, и их функции имеют такую же важность. Так что же представляют собой металлы, какие свойства имеют и какую роль на нашей планете играют?

Краткие сведения о металлах.

Металлы – это химические элементы, обладающие определенными металлическими свойствами. Металлы находятся практически везде. От зданий, машин и мебели до шахт – металлы вокруг нас. Разве что в Антарктиде данных веществ не имеется, и то, может это под вопросом.

Металлы тоже делятся на группы. Например, существуют щелочные и щелочно-земельные металлы. Принято считать, что в периодической таблице Менделеева металлы размещены согласно диагонали, начинающаяся бором и заканчивающаяся астатом. На внешнем уровне от 1 до 3 электронов. У металлов сравнительно большой радиус атома.

Свойства металлов

Опять же, надо обратиться к таблице элементов. Зачем? А чтобы кое – что уточнить. В химии есть правило: металлические свойства уменьшаются по периоду (слева направо) и увеличиваются по группе (сверху вниз). А теперь к физическим свойствам. Их на самом деле много, но перечислить надо все.

Металлы – твердые вещества, если в нормальном состоянии, но ртуть – исключение, так как она жидкой формы. Отлично проводят электричество и тепло, а также блестят. Обладают пластичностью, а золото – лучший в этом плане.

Все металлы звенят. Цвет, как правило, либо серебристо – серый, либо серебристо – белый. Однако, то же золото ярко – желтого оттенка.

Имеют разную плотность, твердость (самый твердый – хром) и температуру плавления (самый тугоплавкий – вольфрам).

Кроме физических свойств есть же еще и химические. И вторых в разы больше, все точно не назвать. Но привести несколько примеров возможно. Из простых веществ металлы реагируют с водородом, кислородом, серой и галогенами. Теперь пара реакций со сложными веществами:

Металл реагирует с кислотой, если получится соль и металл находится в таблице электроотрицательности до водорода. Результатом будет соль и выделяющийся водород. У реакции 2 исключения – серная и азотная кислоты.

Активный металл вытеснит неактивный. Вот наглядное пособие: Fe + CuSO4= FeSO4+ Cu. От лития до алюминия металлы брать нельзя, так как они – самые активные.

Источник: https://interesnyefakty.com/novosti/interesnye-fakty-o-metallah-himiya-22-zanyatnyh-fakta-o-blagorodnyh-metallah

Металл вокруг и внутри нас

С появлением металла в жизни человека началось бурное развитие промышленности. Хотя определение металлу было дано еще Ломоносовым, как «светлое тело, которое ковать можно». Такое объяснение можно применить к нему и сейчас, хотя учебники дают совершенно другую формулировку с точно выверенными научными словами и исчерпывающими понятиями.

Металлы как вещества чрезвычайно распространены не только в окружении человека, но даже в микроскопических дозах присутствуют внутри его, в человеческом организме. С другой стороны, их крайне редко можно встретить в природе в чистом виде.

Без примесей, в «самородном» облике можно найти только золото, серебро и медь. С их освоения и началась техническая эра человечества. Позже к ним добавились металлы, которые распространены повсеместно в большом количестве и довольно легко восстанавливаются.

Это, прежде всего, свинец и олово.

Большая часть металлов была открыта еще в XIX веке, но их свойства были изучены мало и в промышленных масштабах они не применялись. Этим объяснялась высокая стоимость металла  и изделий из него.

Предложенная Менделеевым таблица постепенно заполнялась элементами, однако их добыча и извлечение были затруднены.

Но с течением времени человечество научилось получать из руд металл в чистом виде, а способность этого вещества к пластической деформации была оценена по достоинству.

ХХ век в области промышленной металлургии стал фактически поворотным пунктом. Появились сплавы из нескольких металлов, а позднее и с добавлением неметаллических веществ. Самые распространенные сплавы – это сталь и чугун. Из добытого сырья с помощью специальных станков стали изготавливать различные виды металлопроката, формируя из бесформенной заготовки заданный типоразмер.

Их множество. Это могут быть листы, балки, арматура, проволока, трубы и многое другое. Промышленная добыча и производство проката позволило снизить стоимость металла в разы и использовать его повсеместно.

Более того, технологическая прокатка может объединяться с другими процессами, как то оцинковка, напыление, нанесение полимерного (или другого вида) покрытия, в общую производственную линию.

В XXI веке процесс оборота различных видов металлов отшлифовался и встал на конвейерные рельсы. Образование товарных бирж в Лондоне, Токио и других городах позволило торговать сырьем для производства металлопроката в международном масштабе и огромных количествах. Диктовать мировые цены на металл любого вида  стали посредники, а не добывающая промышленность.

Но это совсем не означает, что роль перекупщиков в торговле исключительно негативна. С их помощью решаются многие вопросы, на которые производители и непосредственные покупатели тратили бы силы и время. К примеру, такой редкий металл как цирконий в России добывается в очень небольшом количестве, которое не покрывает всех потребностей промышленности.

В то же время самые большие запасы этого вещества находятся в США и Австралии. Организационными вопросами по его покупке, транспортировке, хранении и последующей продаже и занимаются компании-посредники. В любом случае, стоимость металла всегда регулируется тремя составляющими: запас сырья, спрос и предложение.

Простой пример: при падении цен на товарной бирже Госрезерв Китая  закупил дешевое сырье в значительном объеме – и это тут же стимулировало его стоимостной рост.

Из всего вышесказанного следует, что спрогнозировать мировые цены на металл очень трудно, хотя всегда есть возможность проследить общую тенденцию к их снижению или возрастанию.

Чем примечательны металлы?

Кроме железа, образующего вместе со сплавами группу черных металлов, остальные 84 относятся к цветным. Однако 84 элемента — это достаточно много для того, чтобы, в свою очередь, разделить цветные металлы на легкие, тяжелые, благородные, редкие, радиоактивные. Выделяют также группы щелочных, щелочноземельных, редкоземельных, переходных и др.

К металлам относятся все элементы с внешними d- и f- электронными оболочками, а также входящие в главные подгруппы с первой по четвертую группу Периодической системы. Что это означает? Да не забивайте себе этим голову. Считайте, что это магическое заклинание, в обыденной жизни совершенно не применимое. Как неприменимо многое из того, что мы годами учили. Например, формулы тригонометрии.

Что же касается таких элементов, как углерод, фосфор, мышьяк, сурьма, селен, теллур и др., то металлические свойства проявляют только некоторые их модификации. Причем устойчивость неметаллов в большой степени зависит от внешних условий, например, от давления. Доказано, что, применяя сверхвысокие давления, можно перевести в металлическое состояние любое вещество.

Сверхвысокие давления и сверхнизкие температуры, достижимые в наше время, позволяют настолько сильно влиять на вещество, что типичный диэлектрик становится проводником или даже сверхпроводником. Так в условиях сверхвысокого давления было зафиксировано появление сверхпроводимости даже у ксенона.

Кристаллическая решетка металлов состоит из положительно заряженного атомного остова, скрепленного связью металлического типа; вокруг и внутри него распределено «облако» делокализованных электронов, так называемый электронный газ.

Такой характер химической связи обусловливает не только электропроводность, но и высокую теплопроводность металлов.

Отвод тепла из областей с более высокой температурой в менее нагретые может осуществляться электронами вследствие их высокой подвижности.

В сверхчистых металлах при криогенных температурах длина свободного пробега электронов в десятки тысяч раз больше, чем у металлов технической чистоты. Это открывает возможность использовать принципиально новые физические эффекты.

Поскольку в металлах количество электронов, которыми можно оперировать, т. е.

ускорять, тормозить или изменять их траекторию, в миллионы раз больше, чем в полупроводниках, то ожидается, что переход электроники на новую материальную основу будет равнозначен скачку, который произошел в свое время при переходе от электронно-вакуумных устройств к полупроводниковым.

Ненаправленность межатомных связей и плотноупакованная кристаллическая структура металлов обусловливает их способность легко деформироваться под действием механических усилий, т. е. проявлять свойство пластичности.

Внедренные в структуру небольшие по размеру атомы являются препятствиями для перемещения линейных дефектов кристаллической структуры металлов — дислокаций, тем самым препятствуя механической деформации сплава.

Эта особенность позволяет существенно повысить твердость сплавов. Более пластичны чистые металлы, поскольку в них слои атомов могут легче смещаться относительно друг друга.

Тем не менее и они обладают существенной прочностью.

С химической точки зрения металлы, как правило, неустойчивы, легко окисляются при нагревании, вступают в химическое взаимодействие с неметаллами — углеродом, азотом, серой и др., а также образуют сплавы с другими металлами и неметаллами.

Но о сплавах мы поговорим позже.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector