Het eerste materiaal dat mensen hebben leren gebruiken voor hun behoeften is steen. Later, toen een persoon zich echter bewust werd van de eigenschappen van metalen, bewoog de steen ver terug. Het zijn deze stoffen en hun legeringen die het belangrijkste en belangrijkste materiaal in de handen van mensen zijn geworden. Er werden huishoudelijke artikelen van gemaakt, er werden arbeidsmiddelen van gemaakt, er werden gebouwen gebouwd. Daarom zullen we in dit artikel ingaan op wat metalen zijn, waarvan de algemene kenmerken, eigenschappen en gebruik tot op de dag van vandaag zo relevant zijn. Immers, letterlijk direct na het stenen tijdperk volgde een heel sterrenstelsel van metalen: koper, brons en ijzer.
Metalen: algemene kenmerken
Wat verenigt alle vertegenwoordigers van deze eenvoudige stoffen? Dit is natuurlijk de structuur van hun kristalrooster, soorten chemische bindingen en kenmerken van de elektronische structuur van het atoom. Immers, vandaar de karakteristieke fysische eigenschappen die ten grondslag liggen aan het gebruik van deze materialen door de mens.
Beschouw allereerst metalen als chemische elementen van het periodiek systeem. Daarin bevinden ze zich vrij vrij en bezetten ze 95 van de tot nu toe bekende 115. Er zijn verschillende kenmerken van hun locatie in het algemeen.systeem:
- Ze vormen de hoofdsubgroepen van groepen I en II, evenals III, te beginnen met aluminium.
- Alle secundaire subgroepen bestaan alleen uit metalen.
- Ze bevinden zich onder de voorwaardelijke diagonaal van boor naar astatine.
Op basis van dergelijke gegevens is het gemakkelijk te zien dat niet-metalen worden verzameld in de rechterbovenhoek van het systeem, en de rest van de ruimte behoort tot de elementen die we overwegen.
Ze hebben allemaal verschillende kenmerken van de elektronische structuur van het atoom:
- Grote atomaire straal, waardoor de binding tussen het buitenste elektron en de kern verzwakt, zodat metalen het gemakkelijk weggeven en als reductiemiddel werken.
- Een klein aantal elektronen in de buitenste energielaag.
- In de groep van boven naar beneden worden de metallische eigenschappen van de elementen verbeterd, en in de periode van links naar rechts verzwakken ze juist. Het sterkste niet-metaal is dus fluor en het zwakste is francium.
De algemene kenmerken van metalen en niet-metalen stellen ons in staat patronen in hun structuur te identificeren. Het kristalrooster van de eerste is dus van metaal, speciaal. De knooppunten bevatten verschillende soorten deeltjes tegelijk:
- ions;
- atomen;
- elektronen.
Binnen hoopt zich een gewone wolk op, elektronengas genaamd, die alle fysieke eigenschappen van deze stoffen verklaart. Type chemische binding in metalen met dezelfde naam met hen.
Fysieke eigenschappen
Er zijn een aantal parameters die alle metalen verenigen. Algemene kenmerken van hun fysiekeeigenschappen ziet er als volgt uit.
- Metaalglans. Alle vertegenwoordigers van deze groep stoffen hebben het. Tegelijkertijd reflecteert het meeste licht van één golflengte, daarom stra alt het een zachte wit-zilveren kleur uit. Maar sommige (goud, koper, veel legeringen) hebben een gele glans.
- Kneedbaarheid en plasticiteit. Deze parameter is ook inherent aan metalen. Het algemene kenmerk op deze basis is echter niet helemaal juist, omdat er onder de vertegenwoordigers zeer zacht, kneedbaar en ductiel zijn, en er zijn vrij fragiele die machinaal zijn bewerkt. De meest kneedbare en kneedbare zijn goud, zilver, koper, aluminium en anderen. Minder kneedbaar - tin, lood, mangaan en andere.
- Elektrische en thermische geleidbaarheid. Het is zonder uitzondering in het bezit van alle vertegenwoordigers. Metalen zijn geleiders van de eerste soort.
- Hoge smelt- en kookpunten. Op basis hiervan zijn ze verdeeld in vuurvast (temperatuur boven 1500 graden), smeltbaar - onder het gespecificeerde cijfer.
- Lichte en zware metalen afhankelijk van hun dichtheid. Het is hoe kleiner, hoe kleiner het atoomgewicht van het element. Het lichtste is lithium en het zwaarste is osmium.
- Hardheid. De recordhouder voor deze indicator is chroom en de zachtste is cesium, het smelt in de handen.
De vermelde parameters - dit is het algemene kenmerk van metalen, dat wil zeggen alles wat ze verenigt in één grote familie. Het moet echter duidelijk zijn dat er uitzonderingen zijn op elke regel. Bovendien zijn er te veel van dit soort elementen. Dus binnen het gezin zelf,er zijn onderverdelingen in verschillende groepen, die we hieronder zullen bekijken en waarvoor we de karakteristieke kenmerken zullen aangeven.
Chemische eigenschappen
Vanuit het oogpunt van de scheikunde zijn alle metalen reductiemiddelen. En, heel sterk. Hoe minder elektronen in het buitenste niveau en hoe groter de atomaire straal, hoe sterker het metaal volgens de gespecificeerde parameter.
Hierdoor kunnen metalen reageren met:
- niet-metalen;
- water;
- zuren;
- met alkaliën (amfotere metalen);
- oxiden;
- zouten van zwakkere metalen.
Dit is slechts een algemeen overzicht van chemische eigenschappen. Voor elke groep elementen zijn ze immers puur individueel.
Alkalische aardmetalen
De algemene kenmerken van aardalkalimetalen zijn als volgt:
- Hebben twee elektronen op het buitenste niveau.
- Ze vormen de tweede groep van de hoofdsubgroep van het periodiek systeem, behalve beryllium.
- Onder normale omstandigheden zijn dit vaste stoffen die niet met een mes kunnen worden gesneden.
- De kleur van eenvoudige metalen is zilvergrijs, bedekt met een oxidefilm in de lucht.
- Hun chemische activiteit is hoog, het neemt toe van magnesium tot radium.
- Wijdverbreid in de natuur, vooral calcium. In een eenvoudige vorm worden ze niet gevonden vanwege hun hoge activiteit, maar ze vormen veel verschillende verbindingen die belangrijk zijn voor de mens.
- Biologisch belangrijk. Calcium en magnesium zijn belangrijke sporenelementen van het menselijk lichaam endieren. Magnesium maakt ook deel uit van plantchlorofyl.
Alkalimetalen zijn dus veelvoorkomende elementen van de s-familie, vertonen een hoge chemische activiteit en zijn sterke reductiemiddelen en belangrijke deelnemers aan biologische processen in het lichaam.
Alkalimetalen
Het algemene kenmerk van alkalimetalen begint met hun naam. Ze ontvingen het vanwege het vermogen om op te lossen in water en alkaliën te vormen - bijtende hydroxiden. Reacties met water zijn zeer hevig, soms ontvlambaar. Deze stoffen komen niet in vrije vorm in de natuur voor, omdat hun chemische activiteit te hoog is. Ze reageren met lucht, waterdamp, niet-metalen, zuren, oxiden en zouten, zo ongeveer alles.
Dit komt door hun elektronische structuur. Op het buitenste niveau is er maar één elektron, dat ze gemakkelijk weggeven. Dit zijn de sterkste reductiemiddelen, daarom duurde het vrij lang om ze in hun pure vorm te verkrijgen. Dit werd voor het eerst gedaan door Humphrey Davy al in de 18e eeuw door elektrolyse van natriumhydroxide. Nu worden alle vertegenwoordigers van deze groep gemined met behulp van deze methode.
Het algemene kenmerk van alkalimetalen is dat ze de eerste groep vormen van de hoofdsubgroep van het periodiek systeem. Het zijn allemaal belangrijke elementen die veel waardevolle natuurlijke verbindingen vormen die door de mens worden gebruikt.
Algemene kenmerken van metalen van de d- en f-families
Deze groep elementen omvat al diewaarvan de oxidatie kan variëren. Dit betekent dat het metaal, afhankelijk van de omstandigheden, zowel als oxidatiemiddel als reductiemiddel kan werken. Dergelijke elementen hebben een groot vermogen om reacties aan te gaan. Onder hen een groot aantal amfotere stoffen.
De algemene naam voor al deze atomen is overgangselementen. Ze kregen het omdat ze qua eigenschappen als het ware in het midden staan tussen typische metalen van de s-familie en niet-metalen van de p-familie.
Het algemene kenmerk van overgangsmetalen impliceert de aanduiding van hun vergelijkbare eigenschappen. Ze zijn als volgt:
- een groot aantal elektronen in het buitenste niveau;
- grote atoomstraal;
- verschillende oxidatietoestanden (van +3 tot +7);
- valentie-elektronen bevinden zich op het d- of f-subniveau;
- vormen 4-6 grote perioden van het systeem.
Als eenvoudige stoffen zijn de metalen van deze groep erg sterk, kneedbaar en kneedbaar, daarom zijn ze van groot industrieel belang.
Zijsubgroepen van het periodiek systeem
De algemene kenmerken van de metalen van de secundaire subgroepen vallen volledig samen met die van de overgangsgroepen. En dit is niet verwonderlijk, want in feite is het precies hetzelfde. Alleen de zijsubgroepen van het systeem worden precies gevormd door vertegenwoordigers van de d- en f-families, dat wil zeggen overgangsmetalen. Daarom kunnen we zeggen dat deze concepten synoniemen zijn.
De meest actieve en belangrijkste daarvan zijn de eerste rij van 10 vertegenwoordigers van scandium tot zink. Ze zijn allemaal van groot industrieel belang en vaakgebruikt door de mens, vooral voor het smelten.
legeringen
De algemene kenmerken van metalen en legeringen stellen ons in staat te begrijpen waar en hoe deze stoffen kunnen worden gebruikt. Dergelijke verbindingen hebben de afgelopen decennia grote transformaties ondergaan, omdat er steeds meer nieuwe additieven worden ontdekt en gesynthetiseerd om hun kwaliteit te verbeteren.
De meest bekende legeringen van vandaag zijn:
- messing;
- duraluminium;
- gietijzer;
- staal;
- brons;
- zal winnen;
- nichrome en anderen.
Wat is een legering? Dit is een mengsel van metalen verkregen door deze te smelten in speciale ovens. Dit wordt gedaan om een product te verkrijgen dat qua eigenschappen superieur is aan de zuivere stoffen waaruit het bestaat.
Vergelijking van de eigenschappen van metalen en niet-metalen
Als we het hebben over algemene eigenschappen, dan zullen de kenmerken van metalen en niet-metalen op één heel belangrijk punt verschillen: voor het laatste kunnen vergelijkbare kenmerken niet worden onderscheiden, omdat ze sterk verschillen in hun fysieke en chemische eigenschappen.
Daarom is het onmogelijk om zo'n kenmerk te creëren voor niet-metalen. Het is alleen mogelijk om de vertegenwoordigers van elke groep afzonderlijk te beschouwen en hun eigenschappen te beschrijven.
