Физические свойства металлов

Date: 2015-10-07; view: 560.

Характерные свойства металлов

Металлы. Общие физические и химические свойства. Методы извлечения металлов из руд. Способы получения высокочистых металлов.

Вопрос 56

Мета́ллы (от лат. metallum — шахта, рудник) — группа элементов, в виде простых веществ, обладающих характерными металлическими свойствами, такими как высокие тепло- и электропроводность, положительныйтемпературный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.

· Металлический блеск (характерен не только для металлов: его имеют и неметаллы иод и углерод в виде графита)

· Хорошая электропроводность

· Возможность лёгкой механической обработки (см.: пластичность; однако некоторые металлы, например германий и висмут, непластичны)

· Высокая плотность (обычно металлы тяжелее неметаллов)

· Высокая температура плавления (исключения: ртуть, галлий и щелочные металлы)

· Большая теплопроводность

· В реакциях чаще всего являются восстановителями

Для всех 88 металлов, кроме ртути, характерно твердое агрегатное состояние. Ртуть плавится при -33,6 ºС. Но твердость их различна и зависит от прочности кристаллической решетки. Наиболее твердые металлы VI В подгруппы: вольфрам, молибден, хром. Хром по твердости приближается к алмазу.

Наименее твердые металлы I A подгруппы – щелочные металлы, их можно резать ножом: K, Na.

Твердость металлов определяет возможность использования их в качестве конструкционных и инструментальных материалов.

Для металлических тел характерны: металлический блеск, электрическая проводимость, пластичность.

Металлический блеск – результат отражения световых лучей. В мелкораздробленном состоянии многие металлы (Fe, Pt) теряют блеск, становятся черными или серыми. Порошкообразные Al и Mg сохраняют блеск. Интенсивность блеска зависит от доли поглощаемого света; чем меньше света поглощает металл, тем ярче его блеск. Серебро и палладий, отличающиеся наиболее интенсивным блеском, применяют для изготовления зеркал.

На свойстве металлов полностью отражать радиоволны, основана радиолокация.

Большинство металлов почти полностью отражают свет всех длин волн спектра и имеют белый или серый цвет. Медь и золото поглощают зеленый или голубой свет сильнее, чем свет других длин волн, поэтому они окрашены в желтый или красный цвет.

Высокая электрическая проводимость – одно из самых характерных свойств металлов (проводников первого рода), проводящих электрический ток без химических изменений.

Лучшие проводники электричества – Ag, Cu, худшие - Pb, Hg. При нагревании металлов их электрическая проводимость падает, а при охлаждении растет, достигая максимального значения при стремлении температуры к абсолютному нулю. У некоторых металлов, например - Hg, Nb, около абсолютного нуля проводимость скачкообразно стремится к бесконечности, наблюдается явление сверхпроводимости.

Металлы обладают высокой теплопроводностью. Наибольшая теплопроводность – у металлов с наилучшей электрической проводимостью.

Эти свойства обусловлены присутствием в кристаллах свободных электронов, которые направленно перемещаются при наложении электрического поля. При нагревании колебательные движения ионов в кристалле усиливаются, что затрудняет движение электронов и ведет к снижению электрической проводимости. Переносчиками теплоты от нагретых слоев к холодным являются электроны, которые, сталкиваясь с колеблющимися ионами, обмениваются с ними энергией. С повышением температуры колебания ионов с помощью электронов передаются другим ионам, и температура всего металла быстро выравнивается.

Пластичность – способность прокатываться в листы, вытягиваться в проволоку, коваться, штамповаться, обусловлена тем, что под внешним воздействием одни слои ионов в кристаллах легко смещаются (скользят) по отношению к другим без разрыва. Но для сплавов, состоящих из ионов разного диаметра, это уже нехарактерно, Металлы теряют пластичность после ковки - механической обработки, нарушающей правильное строение кристаллов.

По плотности различают металлы легкие (ρ ≤ 5 г/см³) - алюминий, скандий, литий. Они также являются легкоплавкими (у Сs температура плавления t_пл = 28°С). Остальные металлы с ρ > 5 г/см³ относятся к тяжелым. У осмия Os, наиболее тяжелого металла, плотность равна 22,6 г/см³. Тяжелые металлы являются тугоплавкими, максимальную температуру плавления имеет вольфрам W (t_плавл. = 3380 °С).