Prvi materijal koji su ljudi naučili koristiti za svoje potrebe je kamen. Međutim, kasnije, kada je osoba postala svjesna svojstava metala, kamen se pomaknuo daleko unatrag. Upravo su te tvari i njihove legure postale najvažniji i glavni materijal u rukama ljudi. Od njih su se izrađivali predmeti za domaćinstvo, oruđa za rad, izgrađene prostorije. Stoga ćemo u ovom članku razmotriti šta su metali, čije su opće karakteristike, svojstva i upotreba toliko relevantni do danas. Uostalom, bukvalno odmah nakon kamenog doba, usledila je čitava plejada metalnih: bakra, bronze i gvožđa.
Metali: opšte karakteristike
Šta ujedinjuje sve predstavnike ovih jednostavnih supstanci? Naravno, ovo je struktura njihove kristalne rešetke, vrste hemijskih veza i karakteristike elektronske strukture atoma. Na kraju krajeva, otuda karakteristična fizička svojstva koja su u osnovi upotrebe ovih materijala od strane ljudi.
Pre svega, razmotrite metale kao hemijske elemente periodnog sistema. U njemu se nalaze prilično slobodno, zauzimaju 95 ćelija od do sada poznatih 115. Postoji nekoliko karakteristika njihove lokacije u općojsistem:
- Oni čine glavne podgrupe grupa I i II, kao i III, počevši od aluminijuma.
- Sve sekundarne podgrupe se sastoje samo od metala.
- Nalaze se ispod uslovne dijagonale od bora do astatina.
Na osnovu ovakvih podataka, lako je vidjeti da se nemetali skupljaju u gornjem desnom dijelu sistema, a ostatak prostora pripada elementima koje razmatramo.
Svi imaju nekoliko karakteristika elektronske strukture atoma:
- Veliki atomski radijus, zbog čega veza između vanjskog elektrona i jezgra slabi, pa ga metali lako odaju, djelujući kao redukcijski agensi.
- Mali broj elektrona u vanjskom energetskom sloju.
- U grupi od vrha do dna, metalna svojstva elemenata su pojačana, a duž perioda slijeva na desno, naprotiv, slabe. Dakle, najjači nemetal je fluor, a najslabiji francij.
Opšte karakteristike metala i nemetala nam omogućavaju da identifikujemo obrasce u njihovoj strukturi. Dakle, kristalna rešetka prvog je metalna, posebna. Njegovi čvorovi sadrže nekoliko vrsta čestica odjednom:
- ioni;
- atomi;
- elektroni.
Unutra se nakuplja običan oblak, nazvan elektronski gas, što objašnjava sva fizička svojstva ovih supstanci. Vrsta hemijske veze u metalima istog imena sa njima.
Fizička svojstva
Postoji niz parametara koji ujedinjuju sve metale. Opće karakteristike njihovog fizičkogsvojstva izgledaju ovako.
- Sjaj metala. Imaju ga svi predstavnici ove grupe supstanci. Istovremeno, većina reflektuje svjetlost jedne valne dužine, pa emituje meku bijelo-srebrnu boju. Ali neke (zlato, bakar, mnoge legure) imaju žuti sjaj.
- Savitljivost i plastičnost. Ovaj parametar je također svojstven metalima. Opća karakteristika po ovom osnovu, međutim, nije sasvim tačna, jer među predstavnicima ima vrlo mekih, savitljivih i duktilnih, a ima i prilično krhkih koji se obrađuju. Najsavitljiviji i najnosljiviji su zlato, srebro, bakar, aluminijum i drugi. Manje savitljivi - kalaj, olovo, mangan i ostalo.
- Električna i toplotna provodljivost. Posjeduju ga svi predstavnici bez izuzetka. Metali su provodnici prve vrste.
- Visoke tačke topljenja i ključanja. Po ovom osnovu dijele se na vatrostalne (temperatura iznad 1500 stepeni), topljive - ispod navedene brojke.
- Laki i teški metali u zavisnosti od njihove gustine. Što je manji, to je manja atomska težina elementa. Najlakši je litijum, a najteži osmijum.
- Tvrdoća. Rekorder po ovom pokazatelju je hrom, a najmekši cezijum, topi se u rukama.
Navedeni parametri - ovo je opšta karakteristika metala, odnosno svega što ih spaja u jednu veliku porodicu. Međutim, treba shvatiti da od svakog pravila postoje izuzeci. Štaviše, ima previše elemenata ove vrste. Dakle, unutar same porodice,postoje podjele na različite grupe, koje ćemo razmotriti u nastavku i za koje ćemo navesti karakteristične karakteristike.
Hemijska svojstva
Sa tačke gledišta nauke o hemiji, svi metali su redukcioni agensi. I veoma jaka. Što je manje elektrona na vanjskom nivou i što je veći atomski radijus, to je metal jači prema specificiranom parametru.
Kao rezultat ovoga, metali mogu reagirati sa:
- nemetali;
- voda;
- kiseline;
- sa alkalijama (amfoterni metali);
- oksidi;
- soli slabijih metala.
Ovo je samo opšti pregled hemijskih svojstava. Uostalom, za svaku grupu elemenata oni su čisto individualni.
zemnoalkalni metali
Opšte karakteristike zemnoalkalnih metala su sljedeće:
- Imati dva elektrona na vanjskom nivou.
- Oni čine drugu grupu glavne podgrupe periodnog sistema, osim berilija.
- U normalnim uslovima, ovo su čvrste materije koje se ne mogu rezati nožem.
- Boja jednostavnih metala je srebrno-siva, prekrivena oksidnim filmom u vazduhu.
- Njihova hemijska aktivnost je visoka, raste od magnezijuma do radijuma.
- Rasprostranjen u prirodi, posebno kalcijum. U jednostavnom obliku, ne nalaze se zbog velike aktivnosti, ali formiraju mnogo različitih jedinjenja koja su važna za ljude.
- Biološki važan. Kalcijum i magnezijum su važni elementi u tragovima za ljudski organizam iživotinje. Magnezijum je takođe deo biljnog hlorofila.
Dakle, zemnoalkalni metali su uobičajeni elementi s-familije, pokazuju visoku hemijsku aktivnost i jaki su redukcijski agensi i važni učesnici u biološkim procesima u tijelu.
Alkalni metali
Opšta karakteristika alkalnih metala počinje njihovim imenom. Dobili su ga zbog sposobnosti da se otapa u vodi, formirajući alkalije - kaustične hidrokside. Reakcije sa vodom su veoma burne, ponekad zapaljive. Ove supstance se u prirodi ne nalaze u slobodnom obliku, jer je njihova hemijska aktivnost previsoka. Reaguju sa zrakom, vodenom parom, nemetalima, kiselinama, oksidima i solima, gotovo svime.
To je zbog njihove elektronske strukture. Na vanjskom nivou postoji samo jedan elektron koji oni lako odaju. Ovo su najjači redukcioni agensi, zbog čega je trebalo dosta vremena da se dobiju u čistom obliku. To je prvi uradio Hamfri Dejvi već u 18. veku elektrolizom natrijum hidroksida. Sada su svi predstavnici ove grupe minirani ovom metodom.
Opšta karakteristika alkalnih metala leži u činjenici da oni čine prvu grupu glavne podgrupe periodnog sistema. Svi su oni važni elementi koji formiraju mnoga vrijedna prirodna jedinjenja koja koristi čovjek.
Opće karakteristike metala d- i f-familija
Ova grupa elemenata uključuje sve onečija oksidacija može varirati. To znači da, ovisno o uvjetima, metal može djelovati i kao oksidacijski i kao redukcijski agens. Takvi elementi imaju veliku sposobnost ulaska u reakcije. Među njima je veliki broj amfoternih supstanci.
Uobičajeni naziv za sve ove atome je prelazni elementi. Dobili su ga zbog činjenice da po svojim svojstvima zaista stoje, takoreći, u sredini između tipičnih metala s-familije i nemetala p-familije.
Opšta karakteristika prelaznih metala podrazumeva označavanje njihovih sličnih svojstava. Oni su sljedeći:
- veliki broj elektrona na vanjskom nivou;
- veliki atomski radijus;
- nekoliko oksidacionih stanja (od +3 do +7);
- valentni elektroni su na d- ili f-podnivou;
- formirajte 4-6 velikih perioda sistema.
Kao jednostavne supstance, metali ove grupe su veoma jaki, duktilni i savitljivi, stoga su od velikog industrijskog značaja.
Bočne podgrupe periodnog sistema
Opšte karakteristike metala sekundarnih podgrupa potpuno se poklapaju sa onima prelaznih. I to nije iznenađujuće, jer je, u stvari, potpuno ista stvar. Samo što bočne podgrupe sistema formiraju upravo predstavnici d- i f-familija, odnosno prelaznih metala. Stoga možemo reći da su ovi pojmovi sinonimi.
Najaktivniji i najvažniji među njima su prvi red od 10 predstavnika od skandijuma do cinka. Svi oni su od velikog industrijskog značaja i čestokoristi ljudi, posebno za topljenje.
Legure
Opšte karakteristike metala i legura nam omogućavaju da shvatimo gdje i kako je moguće koristiti ove supstance. Ovakva jedinjenja su doživjela velike transformacije u posljednjim decenijama, jer se sve više i više novih aditiva otkriva i sintetizira kako bi se poboljšao njihov kvalitet.
Najpoznatije legure danas su:
- mjed;
- duralumin;
- liveno gvožđe;
- čelik;
- bronza;
- pobijedit;
- nichrome i drugi.
Šta je legura? Ovo je mješavina metala dobivena topljenjem potonjih u posebnim uređajima za peći. Ovo se radi kako bi se dobio proizvod koji je superiorniji u svojstvima u odnosu na čiste supstance koje ga formiraju.
Poređenje svojstava metala i nemetala
Ako govorimo o općim svojstvima, onda će se karakteristike metala i nemetala razlikovati u jednoj vrlo značajnoj točki: za potonje, slične karakteristike se ne mogu razlikovati, jer se jako razlikuju po svojim fizičkim i hemijskim svojstvima.
Stoga, nemoguće je stvoriti takvu karakteristiku za nemetale. Moguće je samo posebno razmotriti predstavnike svake grupe i opisati njihova svojstva.
