Металлы

Металлы – это химические элементы, атомы которых способны только отдавать электроны, имеют низкие значения электроотрицательности (от 0,7 до 2,0).

Общие физические свойства и строение металлов. 

Как объяснить существование большой группы твердых веществ, именуемых металлами, легко поддающихся механической обработке? Они гнуться, куются, прокатываются в листы, превращаются в проволоку и тонкую фольгу. Всем хорошо знакомы лепестки золотой фольги, покрывающие купола старинных соборов; вольфрамовые спирали, сияющие ярким светом в лампах накаливания; медные и алюминиевые провода линии электропередач…

Ковалентные и ионные химические связи не позволили бы металлам вести себя столь странно.

Какую связь называют металлической?

Какой тип кристаллической решётки в металлах?

Для металлов характерны несколько общих физических свойств: пластичность, металлический блеск, способность проводить электрический ток и тепло. По некоторым физическим свойствам металлы в значительной степени отличаются друг от друга. Это связано с особенностями строения атомов металлических элементов главных и побочных подгрупп и особенностями металлической кристаллической решётки.

Любой металл следует рассматривать как одну гигантскую молекулу, вокруг ее ионов перемещаются по обобщенным орбиталям общие электроны. Число возможных мест на этих орбиталях, как правило, значительно превышает количество валентных электронов у атомов металлов. Достаточно небольшого возбуждения, например теплом или электрическим током, чтобы электроны внутри металла перепрыгнули с занятых орбиталей на свободные и начали направленное, согласованное движение. Крохотные электроны, как настоящие волшебные гномы, легки на подъём.

Благодаря этой особенности внутренней энергетической структуры металлов – полузаполненности обобщенных орбиталей – электронный газ, образуемый свободными электронами, очень прочно соединяющий, будто склеивающий ионный остов металла, в то же время всегда готов к быстрому переносу электрического тока или тепла.

При механических нагрузках и нагреве подвижный электронный газ смягчает перемещение положительных ионов, экранируя их друг от друга. Вследствие этого обработка металлов с изменением формы происходит без разрушения, атомные плоскости кристалла легко скользят одна по другой, вернее, по разделяющему их слою электронного клея-смазки.

Вездесущее облако электронов определяет и такую заметную внешнюю характеристику металлов, как их блеск. Свет поглощается поверхностью металла, электроны начинают колебаться в такт падающему оптическому излучению и тут же испускают уже свои, вторичные волны излучения, идущие в обратном направлении. Все это происходит так быстро, что мы принимаем вторичное излучение электронов за отраженный свет, хотя на самом деле освещенный металл слепит наши глаза переизлученным светом своих возбужденных электронов.

Пластичность: Аu, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe (уменьшается).

Электро- и теплопроводность: Ag, Cu, Аu, Al, Fe (уменьшается).

 Металлы классифицируют по:

а) плотности б) температурам плавления в) твёрдости г) отношению к магнитному полю.

Среди металлов есть очень легкие и довольно тяжелые: плотность такого металла, как литий, в 2 раза меньше плотности воды, его кусочки не утонут в воде, а плотность свинца, золота и осмия – более чем в одиннадцать, девятнадцать, двадцать два раза больше плотности воды!

Прекрасный пример исключительных пластических способностей демонстрирует золото: из кусочка этого драгоценного металла весом всего в один грамм может быть получена проволока длиной в 3 км! 

 Ряд стандартных электродных потенциалов металлов. Распространение в природе.  Положение того или иного металла в ряду напряжений характеризует его способность к окислительно-восстановительным взаимодействиям в водных растворах при стандартных условиях.

Чем ближе металл к началу ряда, тем более сильные восстановительные свойства проявляет металл как простое вещество.

Чем дальше расположен металл в ряду напряжений, тем более сильными окислителями являются в водном растворе его ионы.

            Подавляющее большинство металлов находится в природе в виде соединений, лишь немногие встречаются в самородном состоянии (золото и платина – исключительно в самородном, самый большой самородок из золота – 112 кг; серебро и медь – в самородном состоянии и в виде соединений, самые большой самородок серебра – 13,5 т, меди – 420 т; иногда в самородном состоянии встречается ртуть) 

I. Использование самородных металлов

II. Гидрометаллургия(восстановление из раствора)

III. Пирометаллургия(восстановление при высокой температуре)

IV. Восстановление из оксидов (при нагревании)

V. Электрометаллургия (восстановление электрическим током)