Das erste Material, das Menschen gelernt haben, für ihre Bedürfnisse zu verwenden, ist Stein. Später jedoch, als eine Person sich der Eigenschaften von Metallen bewusst wurde, bewegte sich der Stein weit zurück. Es sind diese Substanzen und ihre Legierungen, die zum wichtigsten und wichtigsten Material in den Händen der Menschen geworden sind. Haush altsgegenstände, Arbeitswerkzeuge wurden daraus hergestellt, Räumlichkeiten wurden gebaut. Daher werden wir in diesem Artikel betrachten, was Metalle sind, deren allgemeine Eigenschaften, Eigenschaften und Verwendung bis heute so relevant sind. Schließlich folgte buchstäblich unmittelbar nach der Steinzeit eine ganze Galaxie von Metallen: Kupfer, Bronze und Eisen.
Metalle: allgemeine Eigenschaften
Was alle Vertreter dieser einfachen Substanzen eint? Dies ist natürlich die Struktur ihres Kristallgitters, Arten chemischer Bindungen und Merkmale der elektronischen Struktur des Atoms. Daher die charakteristischen physikalischen Eigenschaften, die der Nutzung dieser Materialien durch den Menschen zugrunde liegen.
Betrachte zunächst Metalle als chemische Elemente des Periodensystems. Darin befinden sie sich ziemlich frei und besetzen 95 der bisher bekannten Zellen von 115. Es gibt mehrere Merkmale ihres Standorts im Allgemeinensystem:
- Sie bilden die Hauptuntergruppen der Gruppen I und II sowie III, beginnend mit Aluminium.
- Alle sekundären Untergruppen bestehen nur aus Metallen.
- Sie befinden sich unterhalb der bedingten Diagonalen von Bor zu Astat.
Anhand solcher Daten ist leicht zu erkennen, dass Nichtmetalle im oberen rechten Teil des Systems gesammelt werden und der Rest des Raums den Elementen gehört, die wir in Betracht ziehen.
Alle haben mehrere Merkmale der elektronischen Struktur des Atoms:
- Großer Atomradius, wodurch die Bindung zwischen dem äußeren Elektron und dem Kern schwächer wird, sodass Metalle es leicht abgeben und als Reduktionsmittel wirken.
- Eine kleine Anzahl von Elektronen in der äußeren Energieschicht.
- In der Gruppe von oben nach unten werden die metallischen Eigenschaften der Elemente verstärkt, und entlang der Periode von links nach rechts schwächen sie sich dagegen ab. Das stärkste Nichtmetall ist also Fluor und das schwächste ist Francium.
Die allgemeinen Eigenschaften von Metallen und Nichtmetallen ermöglichen es uns, Muster in ihrer Struktur zu erkennen. Somit ist das Kristallgitter des ersteren metallisch, speziell. Seine Knoten enth alten gleichzeitig mehrere Arten von Partikeln:
- Ionen;
- Atome;
- Elektronen.
Im Inneren sammelt sich eine gewöhnliche Wolke, Elektronengas genannt, die alle physikalischen Eigenschaften dieser Substanzen erklärt. Art der chemischen Bindung in gleichnamigen Metallen mit ihnen.
Physikalische Eigenschaften
Es gibt eine Reihe von Parametern, die alle Metalle vereinen. Allgemeine Merkmale ihrer körperlichenEigenschaften sieht so aus.
- Metallglanz. Alle Vertreter dieser Stoffgruppe haben es. Gleichzeitig reflektiert das meiste Licht einer Wellenlänge und strahlt daher eine weiche weiß-silberne Farbe aus. Einige (Gold, Kupfer, viele Legierungen) haben jedoch einen gelben Glanz.
- Formbarkeit und Plastizität. Dieser Parameter ist auch Metallen inhärent. Die allgemeine Eigenschaft auf dieser Grundlage ist jedoch nicht ganz zutreffend, da es unter den Vertretern sehr weiche, formbare und duktile gibt, und es gibt ziemlich zerbrechliche, die maschinell bearbeitet werden. Die formbarsten und dehnbarsten sind Gold, Silber, Kupfer, Aluminium und andere. Weniger formbar - Zinn, Blei, Mangan und andere.
- Elektrische und thermische Leitfähigkeit. Es wird ausnahmslos von allen Vertretern besessen. Metalle sind Leiter erster Art.
- Hohe Schmelz- und Siedepunkte. Auf dieser Grundlage werden sie in feuerfeste (Temperatur über 1500 Grad), schmelzbare - unterhalb der angegebenen Zahl unterteilt.
- Leicht- und Schwermetalle in Abhängigkeit von ihrer Dichte. Sie ist umso kleiner, je kleiner das Atomgewicht des Elements ist. Das leichteste ist Lithium und das schwerste ist Osmium.
- Härte. Der Rekordh alter für diesen Indikator ist Chrom, und das weichste ist Cäsium, es schmilzt in den Händen.
Die aufgeführten Parameter - das ist die allgemeine Eigenschaft von Metallen, dh alles, was sie zu einer großen Familie vereint. Es sollte jedoch klar sein, dass es Ausnahmen zu jeder Regel gibt. Außerdem gibt es zu viele Elemente dieser Art. Daher innerhalb der Familie selbst,es gibt Unterteilungen in verschiedene Gruppen, die wir im Folgenden betrachten und für die wir die charakteristischen Merkmale angeben werden.
Chemische Eigenschaften
Aus Sicht der Chemie sind alle Metalle Reduktionsmittel. Und sehr stark. Je weniger Elektronen in der äußeren Ebene und je größer der Atomradius, desto stärker ist das Metall gemäß dem angegebenen Parameter.
Dadurch können Metalle reagieren mit:
- Nichtmetalle;
- Wasser;
- Säuren;
- mit Alkalien (amphotere Metalle);
- Oxide;
- Salze schwächerer Metalle.
Dies ist nur ein allgemeiner Überblick über die chemischen Eigenschaften. Schließlich sind sie für jede Gruppe von Elementen rein individuell.
Erdalkalimetalle
Die allgemeinen Eigenschaften von Erdalkalimetallen sind wie folgt:
- Zwei Elektronen auf der äußeren Ebene haben.
- Sie bilden mit Ausnahme von Beryllium die zweite Gruppe der Hauptuntergruppe des Periodensystems.
- Unter normalen Bedingungen sind dies Feststoffe, die nicht mit einem Messer geschnitten werden können.
- Die Farbe einfacher Metalle ist silbergrau, an der Luft mit einem Oxidfilm überzogen.
- Ihre chemische Aktivität ist hoch, sie steigt von Magnesium zu Radium.
- In der Natur weit verbreitet, insbesondere Calcium. In einfacher Form kommen sie aufgrund der hohen Aktivität nicht vor, bilden aber viele verschiedene Verbindungen, die für den Menschen wichtig sind.
- Biologisch wichtig. Calcium und Magnesium sind wichtige Spurenelemente des menschlichen Körpers undTiere. Magnesium ist auch Bestandteil des pflanzlichen Chlorophylls.
Daher sind Erdalkalimetalle häufige Elemente der S-Familie, die eine hohe chemische Aktivität aufweisen und starke Reduktionsmittel und wichtige Teilnehmer an biologischen Prozessen im Körper sind.
Alkalimetalle
Die allgemeine Eigenschaft von Alkalimetallen beginnt mit ihrem Namen. Sie erhielten es für die Fähigkeit, sich in Wasser aufzulösen und Alkalien zu bilden - ätzende Hydroxide. Reaktionen mit Wasser sind sehr heftig, manchmal entzündlich. Diese Stoffe kommen in der Natur nicht in freier Form vor, da ihre chemische Aktivität zu hoch ist. Sie reagieren mit Luft, Wasserdampf, Nichtmetallen, Säuren, Oxiden und Salzen, einfach mit allem.
Das liegt an ihrer elektronischen Struktur. Auf der äußeren Ebene gibt es nur ein Elektron, das sie leicht abgeben. Dies sind die stärksten Reduktionsmittel, weshalb es ziemlich lange gedauert hat, sie in ihrer reinen Form zu erh alten. Dies wurde erstmals von Humphrey Davy bereits im 18. Jahrhundert durch Elektrolyse von Natriumhydroxid durchgeführt. Jetzt werden alle Vertreter dieser Gruppe mit dieser Methode geschürft.
Die allgemeine Eigenschaft der Alkalimetalle liegt darin, dass sie die erste Gruppe der Hauptnebengruppe des Periodensystems bilden. Alle von ihnen sind wichtige Elemente, die viele wertvolle natürliche Verbindungen bilden, die vom Menschen verwendet werden.
Allgemeine Eigenschaften von Metallen der d- und f-Familien
Diese Gruppe von Elementen umfasst alle diesederen Oxidation variieren kann. Das bedeutet, dass das Metall je nach Bedingungen sowohl als Oxidationsmittel als auch als Reduktionsmittel wirken kann. Solche Elemente haben eine große Fähigkeit, Reaktionen einzugehen. Darunter eine Vielzahl amphoterer Substanzen.
Der gebräuchliche Name für all diese Atome ist Übergangselemente. Sie erhielten ihn dafür, dass sie in ihren Eigenschaften wirklich sozusagen in der Mitte zwischen typischen Metallen der s-Familie und Nichtmetallen der p-Familie stehen.
Die allgemeine Eigenschaft von Übergangsmetallen impliziert die Bezeichnung ihrer ähnlichen Eigenschaften. Sie lauten wie folgt:
- eine große Anzahl von Elektronen in der äußeren Ebene;
- großer Atomradius;
- mehrere Oxidationsstufen (von +3 bis +7);
- Valenzelektronen befinden sich auf der d- oder f-Unterebene;
- bilden 4-6 große Perioden des Systems.
Die Metalle dieser Gruppe sind als einfache Stoffe sehr fest, dehnbar und formbar und daher von großer industrieller Bedeutung.
Nebengruppen des Periodensystems
Die allgemeinen Eigenschaften der Metalle der sekundären Nebengruppen stimmen vollständig mit denen der Übergangsmetalle überein. Und das ist nicht verwunderlich, denn tatsächlich ist es genau dasselbe. Nur werden die Nebengruppen des Systems gerade von Vertretern der d- und f-Familien, also Übergangsmetallen, gebildet. Daher können wir sagen, dass diese Konzepte Synonyme sind.
Die aktivsten und wichtigsten von ihnen sind die ersten 10 Vertreter von Scandium bis Zink. Alle von ihnen sind von großer industrieller Bedeutung und oftvom Menschen verwendet, insbesondere zum Schmelzen.
Legierungen
Die allgemeinen Eigenschaften von Metallen und Legierungen ermöglichen es uns zu verstehen, wo und wie diese Stoffe verwendet werden können. Solche Verbindungen haben in den letzten Jahrzehnten große Veränderungen erfahren, weil immer mehr neue Zusatzstoffe entdeckt und synthetisiert werden, um ihre Qualität zu verbessern.
Die heute bekanntesten Legierungen sind:
- Messing;
- duralumin;
- Gusseisen;
- Stahl;
- Bronze;
- wird gewinnen;
- nichrom und andere.
Was ist eine Legierung? Dies ist eine Mischung von Metallen, die durch Schmelzen der letzteren in speziellen Ofenvorrichtungen erh alten wird. Dies geschieht, um ein Produkt zu erh alten, das den reinen Substanzen, aus denen es besteht, in seinen Eigenschaften überlegen ist.
Vergleich der Eigenschaften von Metallen und Nichtmetallen
Wenn wir von allgemeinen Eigenschaften sprechen, dann unterscheiden sich die Eigenschaften von Metallen und Nichtmetallen in einem sehr wesentlichen Punkt: Bei letzteren lassen sich ähnliche Merkmale nicht unterscheiden, da sie sich in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften stark unterscheiden.
Daher ist es unmöglich, eine solche Eigenschaft für Nichtmetalle zu erstellen. Es ist nur möglich, die Vertreter jeder Gruppe getrennt zu betrachten und ihre Eigenschaften zu beschreiben.
