Доклад на тему Свойства металлов

Свойства металлов

Доклад на тему Свойства металлов

Свойства металлов обусловливаются характером элементарных частиц, из которых состоит тот или другой металл, расположением этих частиц в пространстве и их взаимодействием. Таким образом, при одном и том же химическом составе всякое изменение в структуре металла должно сопровождаться изменением его физических свойств.

Если подвергается изменению и химический состав вещества, обладающего характерными для металла признаками, то изменения в свойствах могут быть еще значительнее. Например, полоса стали с содержанием углерода 0,5% будет иметь один и тот же химический состав до и после закалки, между тем ее структура и свойства после закалки изменятся.

Если произвести закалку подобной же стальной полосы, но с содержанием углерода 0,7%, то результат закалки будет уже иной.

Доказательством того, что изменение свойств металла или сплава связано с изменением его структуры, может служить различие характера излома металлов или сплавов, обладающих при одинаковом химическом составе различными свойствами.

Это различие становится еще более очевидным при рассмотрении шлифованной и травленой поверхности испытываемого материала под микроскопом.

Исследование структуры металла при помощи рентгеновских лучей также подтверждает, что металлы или сплавы, при одинаковом химическом составе обладающие различными свойствами, имеют обычно различное строение.

Если, например, чистый металл — медь или железо — подвергнуть сильной деформации на холоде, то в структуре металла произойдут существенные изменения. Под микроскопом мы заметим, что зерна металла сильно вытягиваются в направлении деформации, а рентгеновский анализ покажет, что правильность расположения атомов в кристаллической решетке несколько

нарушится; эти искажения кристаллической решетки обусловливаются сильными внутренними напряжениями. В соответствии с этими изменениями зернистой и атомной структуры свойства металла также сильно изменятся: изменятся химические свойства (например, понизится коррозионная стойкость), физические свойства (магнитные и другие), возрастет твердость, пластичность, наоборот, уменьшится.

Свойства металлов принято разделять на физические, механические, химические и технологические.

Физические свойства

Физическими называют свойства материала, определяющие его отношение к физическим процессам, происходящим в природе, например, отношение к действию света, силе тяжести, к температурным переменам, воздействию электрического и магнитного поля и т. д.

К физическим свойствам металлов относятся, например, плотность, плавкость, изменение объема при нагреве, электропроводность, магнитные свойства и способность светиться при нагреве.

Плотностью называют массу 1 см3 данного вещества; она измеряется в г/см3.

Значение плотностей для отдельных металлов дано в табл. 1.

Плавкостью называют способность металлов переходить из твердого состояния в жидкое при постоянной для каждого металла температуре; эта температура называется температурой плавления.

Температура плавления железа равна + 1539о, олова + 232о, ртути – 39о, свинца + 327оС и т.д.

Температура плавления металлов является одновременно и температурой их затвердевания (при не слишком быстром охлаждении).

Для измерения высоких температур, с которыми приходится иметь дело как при изучении свойств металлов, так и при их термической обработке, применяют особые приборы, называемые пирометрами.

Пирометры бывают различного устройства; наиболее распространены термоэлектрические и оптические пирометры.

Термоэлектрический пирометр состоит из двух частей — термопары и гальванометра (фиг. 44).

Термопара (фиг. 44, а) представляет собой две спаянные проволоки из различных металлов. Для измерения температуры трубка, внутри которой находится спай термопары, вводится в среду, температуру которой желают определить.

При нагреве одного спая возникает термоэлектродвижущая сила, величина которой будет тем выше, чем выше разность температур горячего и холодного спаев термопары. Проходя через обмотку подвижной катушки соединенного с термопарой гальванометра (фиг.

44, б), ток отклоняет его подвижную катушку: чем больше термоэлектродвижущая сила, тем больше сила тока в катушке гальванометра, и, следовательно, больше угол поворота катушки.

Соединенная с катушкой стрелка перемещается своим концом по циферблату, на котором нанесены деления, соответствующие электродвижущей силе (мв) и температурам (°С).

Такие пирометры можно снабжать устройством для автоматической записи измеряемых температур.

Действие оптического пирометра основано на сравнении силы света, испускаемого телом, температура которого измеряется, с силой света, испускаемого волоском электрической лампочки, помещенной в приборе.

Наблюдая волосок лампочки на светлом фоне, образованном свечением тела, температуру которого определяют, и регулируя накал волоска, можно достигнуть полного слияния волоска с фоном, на котором он наблюдается; в этом случае температура наблюдаемого тела будет равна температуре волоска.

Зная температуру волоска при различных степенях накала, можно таким образом определить и температуру наблюдаемого тела.

На фиг. 45 представлена картина, наблюдаемая в оптическом пирометре; фиг. 45, A соответствует случаю, когда накал волоска больше накала наблюдаемого тела, фиг. 45, В соответствует случаю, когда тело нагрето больше, чем волосок, и фиг. 45, Б соответствует случаю надлежащего накала волоска.

Температуры волоска градуируют по силе тока, накаливающего волосок.

Изменение объема при нагреве. Для технических целей важно знать величину приращения длины того или иного металла при нагреве его до определенной температуры; эта величина может быть найдена, если известен линейный коэфициент расширения металла.

Линейный коэфициент расширения металла определяют по формуле

Для железа в = 0,000012, для меди—0,000017, для олова — 0,000012

Коэфициент расширения имеет особенно важное значение в измерительной технике, требующей или постоянства размеров отдельных частей (например, калибров), или изменения их объема на определенную величину (например, материал оправы оптических приборов или проволок, подводящих электрический ток в лампы накаливания и катодные лампы, должен иметь тот же коэфициент расширения, что и стекло).

Способность светиться при нагреве1 (цвета накала). Испускаемый различными телами при нагреве их свет имеет особый оттенок при каждой температуре. Температуры, соответствующие различной интенсивности свечения тел, приблизительно таковы:

До изобретения приборов для измерения высоких температур различие оттенков испускаемого нагретым металлом света было единственным признаком при суждении о степени нагрева металла.

Электропроводность. Основной величиной, характеризующей электрические свойства металла, является его удельное сопротивление р. Чаще всего удельное сопротивление металлов определяют как сопротивление в омах проводника сечением 1 мм2 и длиной 1 м; тогда р выражается в ом • мм2/м. Удельной проводимостью (электропроводностью) называют величину, обратную удельному сопротивлению

Металлы обладают высокой электропроводностью. Из всех металлов наилучшим проводником тока является серебро, за ним следует медь; минимальную электропроводность имеет висмут. Чем чище металлы, чем меньше в них примесей, тем выше их электропроводность.

В расплавленном металле и в металлических кристаллах часть валентных электронов (наименее прочно связанных с ядрами атомов) в результате между-атомного взаимодействия как бы обобществляется атомами (точнее сказать — ионами, образовавшимися после отделения от атомов некоторого количества электронов). Такие электроны, не связанные с определенными атомами, способны перемещаться по всему объему металла, почему их называют часто свободными.

Наличие свободных электронов является одной из наиболее характерных особенностей металлов в твердом и жидком состоянии и обусловливает их высокую электропроводность и теплопроводность.

Электропроводность металлов зависит от температуры: с повышением температуры она падает, с понижением — растет. Многие металлы при очень низких температурах обладают свойством сверхпроводимости, т. е. уменьшением электросопротивления до нуля.

Металлы и сплавы, способные переходить в сверхпроводящее состояние, называются сверхпроводниками. Переход к сверхпроводимости происходит в чистых металлах скачкообразно.

В сверхпроводнике после отключения источника электродвижущей силы ток может циркулировать сколь угодно долго.

Среди практически существенных металлов сверхпроводниками являются Al, Zn, Sn, Pb, Нg, Ti, Th, Та, Nb, Zr, V (несомненно, число сверхпроводников будет увеличиваться по мере усовершенствования техники получения низких температур и все большего приближения к абсолютному нулю).

Теплопроводностью называют способность материала передавать тепло от более нагретых частиц к менее нагретым без перемещения самих частиц; она характеризуется удельной теплопроводностью — количеством тепла в малых

калориях, которое материал способен передать в 1 сек. через сечение 1 см3 на длине 1 см при разности температур по обеим сторонам проводника тепла в 1°С.

Все металлы обладают высокой теплопроводностью; наивысшей теплопроводностью среди металлов обладают серебро и медь. С изменением температуры теплопроводность металлов почти не меняется. Чем чище металл, тем выше его теплопроводность.

Магнитная проницаемость материала определяется через

где В — магнитная индукция и

Н — напряженность магнитного поля.

Таким образом, величина р. характеризует способность материала намагничиваться под действием поля; при одной и той же напряженности поля магнитная индукция, возникающая в материале, будет тем больше, чем больше р:

Максимальная магнитная проницаемость свойственна железу; следующее место принадлежит кобальту и затем никелю; эти металлы называют ферромагнитными; все остальные практически используемые чистые металлы не обладают ферромагнитными свойствами. Ферромагнитные свойства металлов при нагреве до определенной температуры скачкообразно исчезают. Температура, выше которой металл становится немагнитным, называется температурой Кюри.

Механические свойства

Механическими называют свойства, определяющие отношение твердого тела к воздействию внешних сил; к этим свойствам относят прочность, истираемость, упругость, твердость и пластичность.

Прочность. Пределом прочности называют сопротивление тела внешним силам в момент разрушения.

Таким образом, прочность определяет способность тела сопротивляться внешним силам, -стремящимся нарушить связь между элементарными частицами, из которых построено тело.

Предел прочности может быть различным в зависимости от характера действия внешних сил, которые могут сжимать, растягивать, скручивать или изгибать тело.

Предел прочности при статической нагрузке измеряют напряжением материала при максимальной нагрузке, которую способен выдерживать материал, отнесенным к начальной площади сечения образца.

При растяжении предел прочности определяют по формуле

Предел прочности при растяжении для чистого железа достигает приблизительно 30 кг/мм2, для меди — 22 кг/мм2.

На фиг. 46 показано устройство машины ГЗИП, служащей для испытания металлов на растяжение и сжатие. Деформирование испытываемого образца 1 производят перемещением нижнего захвата 4, получающего движение от вращения рукоятки 3 или от электродвигателя 8 через редуктор 2.

При растяжении или сжатии образца 1 получает отклонение маятник 7, связанный с верхним захватом 4 и тягами 6. Маятник связан со стрелкой шкалы 9, показывающей величину действующей на образец 1 нагрузки.

Машина снабжена самопишущим прибором 5, чертящим диаграмму зависимости между величинами нагрузки и получаемой испытываемым образцом деформации.

Прочность при динамической нагрузке определяют сопротивлением удару; ее измеряют работой, поглощаемой образцом при его разрушении под действием удара, и выражают в кгм/см2.

Испытание ка удар производят на вертикальных или маятниковых копрах (фиг. 47). Баба 2 копра, весящая G кг, отклоняется на высоту Н м; при ударе часть работы затрачивается на разрушение образца 1, а неиспользованная часть поднимает бабу на высоту hм. Работа, израсходованная на разрушение образца, отнесенная к единице, будет равна

где F — сечение образца в см2.

Прочность вибрационную определяют как сопротивление материала при знакопеременной нагрузке; пределом усталости (или выносливости) называется то наибольшее напряжение, подсчитанное по формулам механики, которое выдерживает материал, не разрушаясь при сколь угодно большом числе перемен нагрузок (практически, например, для стали испытание заканчивают после 107 циклов).

На фиг. 48 приведена диаграмма зависимости разрушающего напряжения от числа циклов знакопеременной нагрузки для стали.

Причиной усталости металла являются сдвиги, возникающие в кристаллических зернах и образующие в них трещины.

При разрушении материала под влиянием усталости наблюдаются две ясно различимые зоны: зашлифованная, камневидного строения часть излома, представляющая прогрессивно развивающуюся трещину, и кристаллическая часть излома мгновенного (хрупкого) разрушения.

Типичный излом усталости представлен на фиг. 49: правая, более крупнозернистая часть излома получилась в момент окончательного (хрупкого) разрушения, а левая часть излома представляет прогрессивно развивающуюся трещину усталости.

Причиной быстрого возникновения трещины усталости являются местные перенапряжения материала во время работы детали. Чем чище металл и однороднее его структура, тем больше его стойкость при знакопеременных нагрузках.

Истираемостью называют способность материала изнашиваться под влиянием усилий, отрывающих частицы материала от поверхности его и таким образом постепенно уменьшающих вес истираемого материала.

Истираемость определяют потерей веса образца в единицу времени, отнесенной к единице трущейся поверхности при данных усло-

виях работы. Такого рода испытания дают результат лишь сравнительного характера для разных материалов.

Твердостью называют способность тела сопротивляться проникновению в него другого тела.

Наиболее распространенным способом испытания металлов на твердость является способ Бринеля, заключающийся в том, что в испытываемый металл вдавливается под действием определенной силы шарик, диаметр которого известен; по диаметру полученного отпечатка судят о твердости испытываемого

металла. Твердость по Бринелю вычисляют по формуле

где Р — нагрузка на шарик в кг;

F — площадь поверхности отпечатка в мм2.

Твердость по Бринелю, как видно из формулы, равна силе в кг, отнесенной к величине площади поверхности отпечатка в мм2.

На фиг. 50 представлена схема устройства пресса Бринеля: винт 1 поднимает к шарику 2 испытываемый материал; в цилиндр 3 нагнетают масло; меняя грузы 4 и 5 поршня 6, можно регулировать давление на поршень 7 и шарик 2.

На фиг. 51 дан внешний вид пресса Бринеля.

Опытом установлена зависимость между пределом прочности при растяжении и твердостью по Бринелю; для стали эта зависимость выражается формулой

где ов — предел прочности при разрыве в кг/мм2;

Нв — твердость по Бринелю.

Кроме метода Бринеля, имеет также широкое применение способ Роквелла. Этим способом пользуются при измерении твердости более твердых материа

лов (например, закаленной стали). Твердость по способу Роквелла определяют глубиной проникновения в материал стального шарика небольшого размера или алмазного конуса; чем меньше глубина проникновения, тем тверже материал.

Из числа имеющих применение в технике чистых металлов максимальной твердостью обладает вольфрам.

Для измерения твердости, кроме методов Бринеля и Роквелла, существует ряд других методов.

Соотношения цифр твердостей, определяемых различными способами, можно найти в специальных таблицах.

Упругость. Упругостью называют способность деформированного внешней силой тела принимать прежнюю форму по прекращении действия этой силы.

На фиг. 52 дана диаграмма зависимости между величиной нагрузки на стержень при растяжении и получающимися при различных нагрузках удлинениями; здесь по горизонтальной оси отложены получаемые стержнем удлинения, а по вертикальной — величины нагрузок или напряжений (нагрузка, отнесенная к единице площади поперечного сечения стержня).

Из диаграммы видно, что в начале опыта деформации пропорциональны нагрузкам; такая пропорциональность сохраняется до тех пор, пока напряжение материала не достигнет величины ар, после чего линия зависимости между напряжением и удлинением начнет отклоняться от прямой.

Максимальное напряжение о , при котором еще сохраняется пропорциональность удлинений напряжениям, называется пределом пропорциональности.

Если стержень будет разгружен ранее достижения напряжения арУ то длина его уменьшится до первоначальной; если же продолжать увеличивать нагрузку, стержень останется растянутым; поэтому предел пропорциональности практически совпадает с пределом упругости (т. е. с тем напряжением, при котором упругая деформация переходит в так называемую пластическую деформацию, описываемую ниже).

Когда нагрузка достигнет величины Рмах, начинается удлинение материала при уменьшающейся нагрузке. С этого момента начинается местное сужение материала, продолжающееся до момента разрыва стержня. Сужение сечения стержня перед разрывом дано на фиг. 53.

Из диаграммы фиг. 52 видно, что нагрузка на стержень перед его разрушением начинает уменьшаться, но в это время начинает уменьшаться и сечение стержня, и если подсчитать истинное напряжение (на единицу площади сечения в суживающейся части стержня), то окажется, что напряжение продолжает увеличиваться до момента разрыва.

При растяжении металла расстояние между его атомами возрастает в направлении действия растягивающей силы и уменьшается в перпендикулярном к ней направлении.

Эти изменения расстояний могут иметь место только в том случае, если растягивающая сила достаточно велика для преодоления реакции со стороны сил, действующих между элементарными частицами металла.

Если растягивающая сила не нарушает взаимного расположения атомов к междуатомных связей, то по прекращении действия силы элементарные частицы металла возвращаются в первоначальное положение — в этом случае мы имеем дело с упругой деформацией металла; если же внешняя сила способна изменить взаимное положение атомов, нарушая междуатомную связь, то подвергаемый действию растягивающей силы образец металла после прекращения действия внешней силы не примет прежней формы, и будет иметь место остаточная деформация.

То же самое можно сказать и относительно явлений, происходящих при воздействии на металл сжимающих, скручивающих и изгибающих сил.

Пластичностью называют способность тела получать остаточную деформацию под действием внешней силы.

Состояние металла, при котором он получает возрастающие деформации под действием постоянной силы, называют пластичным, а самую деформацию — истечением. Пластичность металла играет исключительно важную роль при обработке металлов посредством давления, так как все виды такой обработки (ковка, прокатка, волочение) возможны лишь при пластичном состоянии металла.

Металлы, не обладающие способностью переходить в пластичное состояние, называют хрупкими, и обрабатывать их посредством давления нельзя.

Явление пластичности объясняется способностью кристаллических зерен давать под влиянием внешних сил сдвиги вдоль определенных, характерных для каждого металла атомных плоскостей (плоскостей скольжения).

В результате таких сдвигов части зерна оказываются смещенными относительно друг друга подобно тому, как это изображено на фиг.

54, где Р — направление производящих сдвиги сил и а — части зерна, отделяющиеся друг от друга плоскостями скольжения.

Тело только в том случае будет обладать пластичностью, если будут пластичны его кристаллы.

Условие пластичности кристалла заключается, очевидно, в том, чтобы сопротивление кристалла разрушению было больше напряжения, способного вызвать скольжения в нем.

При соблюдении этого условия материал может деформироваться без разрушения, и, когда деформирующая сила достигает соответствующей обусловливаемой родом материала величины, начнется истечение материала.

Кристаллы данного материала тем пластичнее, чем больше систем плоскостей скольжения они могут образовать.

Способность к образованию плоскостей скольжения и, следовательно, пластичность материала меняется с температурой, при которой внешние силы действуют на материал, и с изменением величины этих сил. Пластичность материала возрастает с увеличением температуры и давления.

Пластичный материал под действием даже относительно небольшой, но длительно действующей нагрузки может с течением времени деформироваться, следствием чего является уменьшение сечения испытываемого образца.

Результатом же уменьшения сечения является увеличение внутренних напряжений в материале и ускорение процесса деформации, ведущее к разрушению. Такое явление называют «ползучестью» материала.

Так, например, латунь, имеющая предел прочности на растяжение 51,5 кг/мм2, может быть разрушена в течение суток под действием нагрузки 40 кг/мм2, через 25 суток — 30 кг/мм2, и через 110 суток — 16 кг/мм2.

Ползучесть материала возрастает с его нагревом.

Установлено, что при сравнительно небольших напряжениях явление ползучести имеет затухающий характер (фиг. 55).

Нагрузка на единицу площади поперечного сечения металла, которая вызывает допускаемую скорость деформации при данной температуре (например, 1% относительного удлинения через 107 час.), называется пределом ползучести.

Величина предела ползучести может изменяться в зависимости от требований, предъявляемых к данному изделию.

Современные представления о строении металла позволяют судить о тех возможностях, которые могут быть достигнуты при пользовании металлом, если его строение будет удовлетворять идеальным требованиям в отношении чистоты и однородности.

Приближенный подсчет, основанный на электронной теории строения металлов, дает теоретический предел прочности при разрыве порядка 104 кг/мм2. Это показывает, как велики возможности в отношении повышения прочности металлов и сплавов, применяемых в технике, так как предел прочности при разрыве наиболее прочных сталей не превышает пока 200—300 кг/мм2.

Химические и технологические свойства

Химическими свойствами металла называются свойства, определяющие его отношение к химическим воздействиям на него других веществ. Наиболее важным в смысле использования металла для технических целей является его стойкость против «коррозии» — разъедающего действия окружающей среды.

Не все металлы и сплавы одинаково способны подвергаться разрушающему действию кислот, щелочей, пресной и морской воды, влажного воздуха. Степень устойчивости того или другого металла по отношению к различным химически действующим на металл веществам определяет выбор материала, предназначаемого для работы в близком соприкосновении с разъедающей средой.

Технологическими свойствами называют совокупность физических, химических и механических свойств металла, определяющую его отношение к процессам обработки, например, к ковке; к технологическим свойствам относятся ковкость, способность свариваться и усадка.

Ковкостью называется способность металлов изменять под действием внешних сил свою форму, сохраняя ее по прекращении действий этих сил. Орудием ковки является молот или пресс.

Для получения на металле следа от удара молотом или от воздействия пресса необходимо, чтобы сила удара или усилие, развиваемое прессом, была больше силы, соответствующей пределу упругости деформируемого металла;

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Пароль на архив: privetstudent.com

Источник: https://privetstudent.com/referaty/proizvodstvo/24-svoystva-metallov.html

Химические и физические свойства металлов

Доклад на тему Свойства металлов

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

1. Физические свойства металлов

2. Химические свойства металлов

2.1 Отношение металлов к окислителям – простым веществам

Список литературы

fВведение

К металлам относят простые вещества, образованные атомами элементов, имеющих небольшое число (от 1 до 4) электронов на внешнем энергетическом уровне.

Атомы металлов обладают тенденцией к отдаче электронов, поэтому для них характерна высокая восстановительная активность, определяющаяся низкими значениями энергии ионизации (Eи) валентных электронов атомов. Известно, что в пределах одного периода величина Eи возрастает с увеличением порядкового номера элемента, а в главных подгруппах – уменьшается.

Такая тенденция изменения восстановительной активности атомов и объясняет тот факт, что элементы-металлы находятся в Периодической системе (длиннопериодный вариант) левее диагонали “бор – астат”.

К металлам относят s-элементы (за исключением Водорода и Гелия), d- и f-элементы, а также p-элементы, расположенные левее и ниже указанной.

При этом следует помнить, что деление элементов на металлы и неметаллы является условным (об этом свидетельствует наличие так называемых амфотерных элементов, которые группируются у отмеченной выше диагонали).

Для них характерна малая электроотрицательность (ЭО) (в рамках шкалы ЭО по Полингу считают, что для атомов металлов величина ЭО меньше 2). Этим обусловлена способность атомов металлов образовывать центры только положительных зарядов в молекулах, элементарных и сложных ионах.

f1. Физические свойства металлов

https://www.youtube.com/watch?v=I0jnGDhMEOk

В простых веществах, образованных атомами элементов-металлов, доминирующим типом химической связи является металлическая. Металл рассматривают как плотно упакованную структуру из катионов, погруженных в “электронный газ” (газ Ферми) (более подробно см. главу “Химическая связь”).

Наличие в металлах свободных электронов (электронного газа) определяет общие для всех металлов физические свойства: высокую электро- и теплопроводность, металлический блеск (как правило в компактном состоянии), преимущественно серый цвет (исключения – медь, золото); легкую механическую деформируемость (пластичность) и ковкость; способность испускать электроны под действием высокочастотного облучения (фотоэффект) или высоких температур (термоэлектронная эмиссия); компактность кристаллических структур.

Наряду с общими свойствами каждый металл имеет и свои индивидуальные особенности.

К ним относят: строение кристаллических решеток; для металлов характерны, в основном, три вида решеток: кубическая объемно-центрированная (координационное число 8, плотность упаковки или часть пространства в данном кубе, занятая шарообразными ионами, составляет 68%); кубическая гранецентрированная (координационное число 12 и плотность упаковки 74%) и гексагональная (координационное число 12 и плотность упаковки также 74%).

Особенности кристаллических решеток металлического типа обусловливают характерные физические свойства металлов. Так, железо имеет четыре полиморфные модификации (рис.1).

Рис. 1. Полиморфные превращения железа.

До 770 °C устойчиво a-железо с объемно-центрированной кубической решеткой и ферромагнитными свойствами. При 770°C a -железо переходит в b – железо; кристаллическая структура его существенно не изменяется, железо становится парамагнитным.

При 910°C происходит полиморфное превращение, при котором кристалл из объемно-центрированной переходит в гранецентрированную кубическую структуру g – железо: металл остается парамагнитным.

При 1400°C происходит новый полиморфный переход: образуется d – железо с объемно-центрированной кубической решеткой, которая существует вплоть до температуры плавления железа (1539°C).

Плотность металлов (r). Она определяется типом кристаллической решетки металла и радиусом его атома. Чем больше радиус атома металла, тем меньше его плотность.

Наименьшие объемы (следовательно, наибольшую плотность) имеют атомы, расположенные в середине периодов: – кобальт, никель, медь (4 период); рутений, родий, палладий (5 период); осмий, иридий, платина (6 период).

Условно металлы подразделяют на легкие – r < 5000 кг/м3 (5 г/см3) и тяжелые r > 5000 кг/м3 (5 г/см3). К легким металлам относят щелочные, щелочноземельные металлы, бериллий, магний, алюминий, скандий, иттрий и титан; к тяжелым – все остальные.

Температура плавления. Из всех известных металлов при стандартных условиях в жидком состоянии находится только ртуть (t = -39,2°С). Наиболее легкоплавкими из них являются цезий (28,5°C); галлий (29,78°C); и рубидий (39°C).

В малых периодах температуры плавления металлов с увеличением порядкового номера элемента возрастают, что связано с увеличением плотности упаковки кристаллической решетки металла.

В больших периодах по этой же причине температура плавления увеличивается до середины периода, а затем уменьшается.

Следовательно, самые тугоплавкие металлы, например, вольфрам (t = 3422°С) находятся в середине больших периодов.

Пластичность. Наличие свободных электронов в структуре металла допускает смещение ионов, расположенных в узлах кристаллической решетки, без разрыва химической связи между ними.

Благодаря этому металлы обладают способностью сохранять деформацию, изменять форму под воздействием механических нагрузок, не разрушаясь, прокатываться в листы и проволоку.

Наиболее пластичные металлы: золото, серебро, медь, олово, свинец, цинк, железо и др.

Электро и теплопроводность. Для металлов характерны высокие значения электро- и теплопроводности. Наибольшей электропроводностью обладают серебро, медь, золото, алюминий, железо и др.

Кроме перечисленных общих и индивидуальных физических свойств металлов, можно выделить и другие их характеристики: электромагнитные, оптические и механические.

f2. Химические свойства металлов

Характерным химическим свойством металлов является их восстановительная активность, т.е. способность переходить в состояние положительно заряженного иона, теряя при этом электроны:

Количественно восстановительная активность металлов определяется: величиной Eи атома металла (для реакций, протекающих в газовой фазе); величиной стандартного электродного потенциала металла j°Men+/Me (для реакций, протекающих в растворах). При этом следует иметь в виду тот факт, что величина j°Men+/Me изменяется в зависимости от условий процесса, т.к. образовавшиеся ионы Men+ могут участвовать в процессе комплексообразования.

Восстановительная активность металлов проявляется при взаимодействии их с окислителями.

2.1 Отношение металлов к окислителям – простым веществам

Металлы чаще всего реагируют со следующими окислителями – простыми веществами: кислородом, галогенами, серой, азотом, водородом.

Отношение металлов к кислороду.

Большинство металлов окисляется кислородом воздуха, но при различных условиях:

По отношению к кислороду все металлы принято подразделять на 4 группы:

Металлы, активно окисляющиеся кислородом воздуха при обычных условиях. К ним относят: элементы IА, IIА (кроме бериллий, магний), IIIБ (кроме скандия) групп. При взаимодействии указанных металлов с кислородом могут образовываться различные продукты:

Металлы, окисляющиеся только с поверхности (с образованием плотной оксидной пленки, предохраняющей металл от дальнейшего окисления). К этой группе металлов относят берилий, магний, скандий, алюминий, цинк, хром, свинец. Например, при окислении алюминия образуется оксидная пленка толщиной менее 30 нм, которая защищает металл от дальнейшего окисления.

Металлы, не окисляющиеся при обычных условиях кислородом воздуха (кобальт, никель, медь, теллур, рений, висмут и др.) окисляются при нагревании. Поверхностный слой (преимущественно оксидного характера) при этом металл не защищает.

Металлы, для которых устойчивы высшие степени окисления, в частности, элементы VIБ-группы, окисляются с образованием высших оксидов.

Металлы не окисляющиеся кислородом в отсутствие других реагентов: золото, серебро, палладий, иридий, платина. Для оксидов этих металлов величина DfG°(298 K) > 0, следовательно, образующиеся оксиды этих металлов должны распадаться в момент образования.

В некоторых случаях металлы, не взаимодействующие с кислородом, окисляются им в присутствии других соединений. Например, молекулы аммиака, способствующие комплексообразованию, облегчают процесс окисления меди кислородом.

Медные изделия на воздухе покрываются зеленоватым налетом – патиной, состоящей преимущественно из основного карбоната меди.

Серебряные предметы на воздухе темнеют из-за образования на поверхности металла сульфида серебра.

Медь, серебро и золото растворяются в цианидах (в присутствии кислорода).

Аллотропная модификация кислорода – озон (O3) также является достаточно сильным окислителем, взаимодействующим даже с малоактивными металлами.

Отношение металлов к галогенам.

Практически все металлы при нагревании окисляются галогенами (F2, Cl2, Br2, I2) с образованием соответствующих галидов (при обычных условиях с галогенами взаимодействуют только элементы IА-группы).

Большинство металлов взаимодействуют с галогенами при нагревании.

Отношение металлов к сере.

Ртуть с серой взаимодействует при стандартных условиях.

Все остальные металлы (за исключением золота, платины, палладия) взаимодействуют с серой при нагревании.

Отношение металлов к азоту.

При обычных условиях с азотом взаимодействует только литий. Натрий, калий, рубидий, цезий – взаимодействуют с азотом в электрическом разряде. Алюминий, марганец, магний, а также элементы IIIБ, IVБ, VБ, VIБ – групп взаимодействуют с азотом при нагревании.

Не взаимодействуют с азотом элементы IБ, IIБ, VIIIБ – групп, а также – олово, свинец, висмут, технеций, рений.

Отношение металлов к водороду.

При нагревании с водородом взаимодействуют металлы IА и IIА – групп. Окислителем в данных реакциях является водород.

С остальными металлами водород непосредственно не реагирует, но образует со многими из них твердые растворы. Это приводит к повышению хрупкости и снижению пластичности металла.

Способность некоторых металлов (алюминий, элементы VБ, VIБ, VIIIБ – групп) поглощать (адсорбировать) своей поверхностью значительные объемы водорода широко используют в катализе.

Так, один объем палладия при 80°С может поглотить до 900 объемов водорода, что позволяет использовать его (как и некоторые другие металлы, например, никель) в качестве катализатора в реакциях гидрирования (восстановления водородом).

Отношение металлов к окислителям – сложным веществам.

В качестве окислителей сложного состава, с которыми чаще всего контактируют металлы, обычно рассматривают воду, водные растворы щелочей и кислот.

По химической активности в водных средах все металлы условно делят на: активные – стоящие в ряду напряжений от лития по алюминий (включительно), средней активности – стоящие в ряду напряжений от алюминия до водорода, малоактивные – стоящие в ряду напряжений после водорода.

Следует отметить, что восстановительная активность металлов может существенно изменяться в зависимости от условий протекания реакции. В частности, при комплексообразовании величина электродного потенциала металла значительно уменьшается.

Аналогичный характер изменения величины электродного потенциала металла наблюдают, если в процессе реакции образуются малорастворимые соединения.

Отношение металлов к воде.

В реакциях данного типа роль окислителя играют ионы водорода, образующиеся при диссоциации молекул воды. При рН = 7 j°2H+/H2 = -0,41 В, следовательно, с водой теоретически могут реагировать все металлы, имеющие величину j° меньше -0,41 В. Реально же наблюдается следующее:

а) активные металлы интенсивно взаимодействуют с водой, вытесняя при этом водород.

Аналогичная реакция с магнием протекает при нагревании, исключения составляют: – берилий, алюминий и скандий, поверхность которых покрыта прочными оксидными пленками, нерастворимыми в воде; магний, образующийся гидроксид которого – Mg(OH)2, малорастворим;

б) металлы средней активности при стандартных условиях с водой практически не реагируют, т.к. они или покрыты оксидными пленками, или образуют труднорастворимые гидроксиды (хром, никель, цинк) на поверхности металлов. Данные металлы могут разлагать воду при достаточно высоких температурах (до 1000 °С).

в) малоактивные металлы с водой при обычных условиях не взаимодействуют, поскольку величина их стандартного электродного потенциала значительно больше потенциала окислителя (-0,41 В) и термодинамически данная реакция невозможна.

Отношение металлов к водным растворам щелочей.

С водными растворами щелочей взаимодействуют металлы, расположенные в ряду напряжений до водорода и образующие амфотерные гидроксиды: берилий, алюминий, цинк, хром, олово, свинец.

Взаимодействие часто обусловлено сдвигом величины электродного потенциала металла в сторону отрицательных значений за счет процесса образования гидроксокомплексов. Тем не менее, данный процесс возможен.

Его можно представить в виде двух более простых:

1) взаимодействие металла с водой.

2) растворение образующегося амфотерного гидроксида в избытке щелочи с образованием гидроксокомплекса.

Отношение металлов к кислотам.

По окислительной активности кислоты условно делят на 2 группы:

1) кислоты – слабые окислители. В растворах этих кислот окислителем является ион водорода.

2) кислоты – сильные окислители. Окислителями в растворах этих кислот являются кислородсодержащие анионы.

Отношение металлов к кислотам – слабым окислителям.

Величина стандартного электродного потенциала окислителя (H+) при рН = 0 равна j°2H+/H2 = 0 В. Следовательно, металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода (j°Men+/Me < 0), должны вытеснять его из растворов этих кислот. Исключение составляют металлы, которые при взаимодействии с данными кислотами образуют труднорастворимые соединения.

Некоторые малоактивные металлы, не взаимодействующие с разбавленными растворами кислот – слабых окислителей, взаимодействуют с концентрированными растворами этих же кислот. В частности, медь не взаимодействует с разбавленными растворами соляной кислоты, но растворяется в ее концентрированных растворах за счет процесса комплексообразования.

Ряд металлов, для которых характерны устойчивые соединения в высшей степени окисления образуют анионные комплексы.

Отношение металлов к кислотам – сильным окислителям.

а). Отношение металлов к концентрированной серной кислоте.

Окислителем в концентрированных растворах серной кислоты является сера в ионах HSO4-, SO42-. В зависимости от активности металла он может восстанавливаться до H2S, S или до SO2. Кроме этих соединений, во всех трех случаях основными продуктами реакции также являются соответствующая соль (сульфат или гидросульфат) и вода.

Некоторые металлы взаимодействуют с концентрированными и разбавленными растворами серной кислоты неодинаково. Так, олово с разбавленной серной кислотой образует соль катионного типа, повышая свою степень окисления до (+2), а с концентрированной серной кислотой образует соль, в которой олово находится в высшей степени окисления (+4).

В концентрированных растворах серной кислоты пассивируются на холоду алюминий, хром, железо, кобальт, никель, титан, цирконий, гафний, молибден, вольфрам и др.

Не взаимодействуют с серной кислотой: платина, золото, рутений, родий, иридий, и др.

б). Отношение металлов к разбавленной азотной кислоте.

Окислителем в растворах азотной кислоты является нитрат-ион: NO3-. Как и в предыдущем случае, состав основных продуктов реакции определяется активностью металла, участвующего во взаимодействии.

Пассивация – торможение (или полное прекращение) химического процесса за счет продуктов взаимодействия (образование труднорастворимых оксидных, гидроксидных, солевых и иных пленок на поверхности металла). Пассивируются в разбавленных растворах азотной кислоты (на холоду) алюминий, молибден, вольфрам и др. Не взаимодействуют: платина, золото, рутений, родий, иридий.

в). Отношение металлов к концентрированной азотной кислоте.

В отличие от взаимодействия металлов с разбавленной HNO3 в данном случае состав продуктов реакции менее разнообразен. В большинстве случаев нитрат-ион восстанавливается до NO2. Часто процесс протекает при нагревании. Ряд элементов, имеющих высокие (+4 и более) степени окисления при взаимодействии с концентрированной азотной кислотой образует гидроксиды (оксиды) в данной степени окисления.

Пассивируются в концентрированных растворах азотной кислоты (на холоду) бериллий, алюминий, хром, железо, кобальт, никель, титан, цирконий, гафний, свинец, висмут но при нагревании ряд металлов начинает активно взаимодействовать с азотной кислотой. Не взаимодействуют: платина, золото, иридий, рутений, родий, ниобий, тантал.

г) Отношение металлов к смесям кислот.

Ряд малоактивных металлов (золото, рутений, смий) не растворяется (или очень плохо) в перечисленных выше кислотах – сильных окислителях. Однако, в смесях кислот, в частности, HNO3 + 3HCl (“царская водка”) эти металлы растворяются. Вместо соляной кислоты при растворении ряда металлов предпочтительнее использовать HF (плавиковая кислота).

Отношение металлов к смесям окислителей.

Для решения ряда технологических вопросов, связанных с получением или обработкой некоторых металлов, иногда приходится использовать в качестве окислителей различные смеси сложных веществ. Можно привести процессы окисления ряда металлов в щелочной среде:

а) нитратами.

б) гипохлоритами.

в) хлоратами.

г) пероксидами.

Возможно использование и других окислительных смесей.

металл свойство окислитель кислота

fСписок литературы

1. Лившиц Б.Г., Крапошин В.С., Липецкий Я.Л., Физические свойства металлов и сплавов, 2 изд., М., 1980

2. Зайцев Б.Е., Общие физические и химические свойства металлов, М., 1987

3. Семенов И.Н., Максимов А.С., Макареня А.А., Химия и научно-технический прогресс, М., “Просвещение”, 1988

Размещено на Allbest.ru

Источник: https://otherreferats.allbest.ru/chemistry/00139283_0.html

Металлы. Свойства металлов

Доклад на тему Свойства металлов

Реферат потеме: «.»

Ученика 9-гкласса

среднейшколы №9

Агеева Максима.

Учитель:

БелокопытовЮ.С.

Июнь1999

г.Чехов.

.

  1. Строениеатомов металлов.Положениеметаллов впериодическойсистеме. Группыметаллов………………2

  1. Физическиесвойстваметаллов………………………………3

  1. Химическиесвойстваметаллов………………………………4

  1. Коррозияметаллов…………………………………………………6

  1. Понятиеосплавах………………………………………………….8

  1. Способыполученияметаллов………………………………….9

  1. Списокиспользованнойлитературы………………………11

I.Строение атомовметаллов. Положениеметаллов впериодическойсистеме. Группыметаллов.

Внастоящее времяизвестно 105химическихэлементов,большинствоиз них – металлы.Последниевесьма распространеныв природе ивстречаютсяв виде различныхсоединенийв недрах земли,водах рек, озер,морей, океанов,составе телживотных, растенийи даже в атмосфере.

Посвоим свойствамметаллы резкоотличаютсяот неметаллов.Впервые эторазличие металлови неметалловопределил М.В. Ломоносов.«Металлы, – писалон, – тела твердые,ковкие блестящие».

Причисляятот или инойэлемент к разрядуметаллов, мыимеем в видуналичие у негоопределенногокомплексасвойств:

  1. Плотнаякристаллическаяструктура.

  2. Характерныйметаллическийблеск.

  3. Высокаятеплопроводностьи электрическаяпроводимость.

  4. Уменьшениеэлектрическойпроводимостис ростом температуры.

  5. Низкиезначения потенциалаионизации,т.е. способностьлегко отдаватьэлектроны.

  6. Ковкостьи тягучесть.

  7. Способностьк образованиюсплавов.

Все металлыи сплавы, применяемыев настоящеевремя в технике,можно разделитьна две основныегруппы. К первойиз них относятчерные металлы- железо и всеего сплавы, вкоторых оносоставляетосновную часть.Этими сплавамиявляются чугуныи стали. В техникечасто используюттак называемыелегированныестали.

К нимотносятсястали, содержащиехром, никель,вольфрам, молибден,ванадий, кобальт,титан и другиеметаллы. Иногдав легированныестали входят5-6 различныхметаллов. Методомлегированияполучают различныеценные стали,обладающиев одних случаяхповышеннойпрочностью,в других – высокойсопротивляемостьюк истиранию,в третьих -коррозионнойустойчивостью,т.е.

способностьюне разрушатьсяпод действиемвнешней среды.

Ко второйгруппе относятцветные металлыи их сплавы.Они получилитакое названиепотому, чтоимеют различнуюокраску. Например,медь светло-красная,никель, олово,серебро – белые,свинец – голубовато-белый,золото -желтое.Из сплавов впрактике нашлибольшое применение:бронза – сплавмеди с оловоми другими металлами,латунь – сплавмеди с цинком,баббит – сплаволова с сурьмойи медью и др.

Это делениена черные ицветные металлыусловно.

Нарядус черными ицветными металламивыделяют ещегруппу благородныхметаллов: серебро,золото, платину,рутений и некоторыедругие. Ониназваны такпотому, чтопрактическине окисляютсяна воздухе дажепри повышеннойтемпературеи не разрушаютсяпри действиина них растворовкислот и щелочей.

  1. Физическиесвойства металлов.

С внешнейстороны металлы,как известно,характеризуютсяпрежде всегоособым «металлическим»блеском, которыйобусловливаетсяих способностьюсильно отражатьлучи света.Однако этотблеск наблюдаетсяобыкновеннотолько в томслучае, когдаметалл образуетсплошную компактнуюмассу.

Правда,магний и алюминийсохраняют свойблеск, дажебудучи превращеннымив порошок, нобольшинствометаллов вмелкораздробленномвиде имеетчерный илитемно-серыйцвет. Затемтипичные металлыобладают высокойтепло- и электропроводностью,причем по способностипроводить теплои ток располагаютсяв одном и томже порядке:лучшие проводники- серебро и медь,худшие – свинеци ртуть.

С повышениемтемпературыэлектропроводностьпадает, припонижениитемпературы,наоборот,увеличивается.

Оченьважным свойствомметаллов являетсяих сравнительнолегкая механическаядеформируемость.Металлы пластичны,они хорошокуются, вытягиваютсяв проволоку,прокатываютсяв листы и т.п.

Характерныефизическиесвойства металловнаходятся всвязи с особенностямиих внутреннейструктуры.Согласно современнымвоззрениям,кристаллыметаллов состоятиз положительнозаряженныхионов и свободныхэлектронов,отщепившихсяот соответствующихатомов.

Веськристалл можносебе представитьв виде пространственнойрешетки, узлыкоторой занятыионами, а впромежуткахмежду ионаминаходятсялегкоподвижныеэлектроны. Этиэлектроныпостояннопереходят отодних атомовк другим и вращаютсявокруг ядрато одного, тодругого атома.

Так как электроныне связаны сопределеннымиионами, то ужепод влияниемнебольшойразности потенциаловони начинаютперемещатьсяв определенномнаправлении,т.е. возникаетэлектрическийток.

Наличиемсвободныхэлектроновобусловливаетсяи высокаятеплопроводностьметаллов. Находясьв непрерывномдвижении, электроныпостоянносталкиваютсяс ионами иобмениваютсяс ними энергией.

Поэтому колебанияионов, усилившиесяв данной частиметалла вследствиенагревания,сейчас же передаютсясоседним ионам,от них – следующими т.д.

, и тепловоесостояниеметалла быстровыравнивается;вся масса металлапринимаетодинаковуютемпературу.

По плотностиметаллы условноподразделяютсяна две большиегруппы: легкиеметаллы, плотностькоторых небольше 5 г/см3,и тяжелые металлы- все остальные.Плотность, атакже температурыплавлениянекоторыхметаллов приведеныв таблице №1.

Таблица№1

Плотностьи температураплавлениянекоторыхметаллов.

НазваниеАтомныйвесПлотность,г/см3Температураплавления, C

Легкиеметаллы.
Литий6,9390,534179
Калий39,1020,8663,6
Натрий22,98980,9797,8
Кальций40,081,55850
Магний24,3051,74651
Цезий132,9051,9028,5
Алюминий26,98152,702660,1
Барий137,343,5710
Тяжелыеметаллы
Цинк65,377,14419
Хром51,9967,161875
Марганец54,93807,441244
Олово118,697,28231,9
Железо55,8477,861539
Кадмий112,408,65321
Никель58,718,901453
Медь63,5468,921083
Висмут208,9809,80271,3
Серебро107,86810,5960,8
Свинец207,1911,344327,3
Ртуть200,5913,546-38,87
Вольфрам183,8519,33380
Золото196,96719,31063
Платина195,0921,451769
Осмий190,222,52700

Частицыметаллов, находящихсяв твердом ижидком состоянии,связаны особымтипом химическойсвязи – такназываемойметаллическойсвязью. Онаопределяетсяодновременнымналичием обычныхковалентныхсвязей междунейтральнымиатомами и кулоновскимпритяжениеммежду ионамии свободнымиэлектронами.Таким образом,металлическаясвязь являетсясвойством неотдельныхчастиц, а ихагрегатов.

  1. Химическиесвойства металлов.

Основнымхимическимсвойствомметаллов являетсяспособностьих атомов легкоотдавать своивалентныеэлектроны ипереходитьв положительнозаряженныеионы. Типичныеметаллы никогдане присоединяютэлектронов;их ионы всегдазаряженыположительно.

https://www.youtube.com/watch?v=ZXK7JVDM-90

Легкоотдавая прихимическихреакциях своивалентныеэлектроны,типичные металлыявляются энергичнымивосстановителями.

Способностьк отдаче электроновпроявляетсяу отдельныхметаллов далеконе в одинаковойстепени. Чемлегче металлотдает своиэлектроны, темон активнее,тем энергичнеевступает вовзаимодействиес другими веществами.

Опустимкусочек цинкав растворкакой-нибудьсвинцовой соли.Цинк начинаетрастворяться,а из растворавыделяетсясвинец. Реакциявыражаетсяуравнением:

Zn + Pb(NO3)2= Pb + Zn(NO3)2

Изуравненияследует, чтоэта реакцияявляется типичнойреакциейокисления-восстановления.

Сущность еесводится ктому, что атомыцинка отдаютсвои валентныеэлектроны ионамдвухвалентногосвинца, темсамым превращаясьв ионы цинка,а ионы свинцавосстанавливаютсяи выделяютсяв виде металлическогосвинца.

Еслипоступитьнаоборот, тоесть погрузитькусочек свинцав раствор цинковойсоли, то никакойреакции непроизойдет.Это показывает,что цинк болееактивен, чемсвинец, что егоатомы легчеотдают, а ионытруднее присоединяютэлектроны, чематомы и ионысвинца.

Вытеснениеодних металловиз их соединенийдругими металламивпервые былоподробно изученорусским ученымБекетовым,расположившимметаллы по ихубывающейхимическойактивностив так называемый«вытеснительныйряд». В настоящеевремя вытеснительныйряд Бекетованосит названиеряда напряжений.

Втаблице №2представленызначения стандартныхэлектродныхпотенциаловнекоторыхметаллов. СимволомMe+/Meобозначенметалл Me,погруженныйв раствор егосоли. Стандартныепотенциалыэлектродов,выступающихкак восстановителипо отношениюк водороду,имеют знак «-»,а знаком «+»отмечены стандартныепотенциалыэлектродов,являющихсяокислителями.

Таблица№2

Стандартныеэлектродныепотенциалыметаллов.

ЭлектродЕ0,ВЭлектродЕ0,В
Li+/Li-3,02Co2+/Co-0,28
Rb+/Rb-2,99Ni2+/Ni-0,25
K+/K-2,92Sn2+/Sn-0,14
Ba2+/Ba-2,90Pb2+/Pb-0,13
Sr2+/Sr-2,89H+/1/2H20,00
Ca2+/Ca-2,87Sb3+/Sb+0,20
Na+/Na-2,71Bi3+/Bi+0,23
La3+/La-2,37Cu2+/Cu+0,34
Mg2+/Mg-2,34Cu+/Cu+0,52
Al3+/Al-1,67Ag+/Ag+0,80
Mn2+/Mn-1,05Pd2+/Pd+0,83

Zn2+/Zn-0,76Hg2+/Hg+0,86
Cr3+/Cr-0,71Pt2+/Pt+1,20
Fe2+/Fe-0,44Au3+/Au+1,42
Cd2+/Cd-0,40

Металлы,расположенныевпорядкевозрастанияихстандартныхэлектродныхпотенциалов,иобразуютэлектрохимическийряднапряженийметаллов:Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn,Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.

Ряднапряженийхарактеризуетхимическиесвойства металлов:

  1. Чемменьше электродныйпотенциалметалла, тембольше еговосстановительнаяспособность.

  2. Каждыйметалл способенвытеснять(восстанавливать)из растворовсолей те металлы,которые стоятв ряду напряженийпосле него.

  3. Всеметаллы, имеющиеотрицательныйстандартныйэлектродныйпотенциал, тоесть находящиесяв ряду напряженийлевее водорода,способны вытеснятьего из растворовкислот.

Необходимоотметить, чтопредставленныйряд характеризуетповедениеметаллов и ихсолей тольков водных растворахи при комнатнойтемпературе.

Кроме того,нужно иметьввиду, что высокаяэлектрохимическаяактивностьметаллов невсегда означаетего высокуюхимическуюактивность.Например, ряднапряженийначинаетсялитием, тогдакак более активныев химическомотношениирубидий и калийнаходятсяправее лития.

Это связанос исключительновысокой энергиейпроцесса гидратацииионов литияпо сравнениюс ионами другихщелочных металлов.

Почтивсе металлы,приходя всоприкосновениес окружающейих газообразнойили жидкойсредой, болееили менее быстроподвергаютсяс поверхностиразрушению.Причиной егоявляется химическоевзаимодействиеметаллов снаходящимисяв воздухе газами,а также водойи раствореннымив ней веществами.

Всякийпроцесс химическогоразрушенияметаллов поддействиемокружающейсреды называюткоррозией.

Прощевсего протекаеткоррозия присоприкосновенииметаллов сгазами. Наповерхностиметалла образуютсясоответствующиесоединения:оксиды, сернистыесоединения,основные солиугольной кислоты,которые нередкопокрываютповерхностьплотным слоем,защищающимметалл от дальнейшеговоздействиятех же газов.

Иначеобстоит делопри соприкосновенииметалла с жидкойсредой – водойи раствореннымив ней веществами.Образующиесяпри этом соединениямогут растворяться,благодаря чемукоррозияраспространяетсядальше вглубьметалла.

Крометого, вода,содержащаярастворенныевещества, являетсяпроводникомэлектрическоготока, вследствиечего постоянновозникаютэлектрохимическиепроцессы, которыеявляются однимиз главныхфакторов,обуславливающихи ускоряющихкоррозию.

Чистыеметаллы в большинствеслучаев почтине подвергаютсякоррозии. Дажетакой металл,как железо, всовершенночистом видепочти не ржавеет.Но обыкновенныетехническиеметаллы всегдасодержат различныепримеси, чтосоздает благоприятныеусловия длякоррозии.

Убытки,причиняемыекоррозиейметаллов, огромны.Вычислено,например, чтовследствиекоррозии ежегодногибнет такоеколичествостали, котороеравно приблизительночетверти всеймировой добычиего за год. Поэтомуизучению процессовкоррозии иотысканиюнаилучшихсредств еепредотвращенияуделяется оченьмного внимания.

Способыборьбы с коррозиейчрезвычайноразнообразны.Наиболее простойиз них заключаетсяв защите поверхностиметалла отнепосредственногосоприкосновенияс окружающейсредой путемпокрытия маслянойкраской, лаком,эмалью или,наконец, тонкимслоем другогометалла. Особыйинтерес стеоретическойточки зренияпредставляетпокрытие одногометалла другим.

Кним относятся:катодное покрытие,когда защищающийметалл стоитв ряду напряженийправее защищающего(типичным примеромможет служитьлуженая, тоесть покрытаяоловом, сталь);анодное покрытие,например, покрытиестали цинком.

Длязащиты от коррозиицелесообразнопокрыватьповерхностьметалла слоемболее активногометалла, чемслоем менееактивного.Однако другиесоображениянередко заставляютприменять такжепокрытия изменее активныхметаллов.

Напрактике чащевсего приходитсяпринимать мерык защите сталикак металла,особенноподверженногокоррозии. Кромецинка, из болееактивных металловдля этой целииногда применяюткадмий, действующийподобно цинку.Из менее активныхметаллов дляпокрытия сталичаще всегоиспользуютолово, медь,никель.

Покрытыеникелем стальныеизделия имеюткрасивый вид,чем объясняетсяширокое распространениеникелирования.При повреждениислоя никелякоррозия проходитменее интенсивно,чем при повреждениислоя меди (илиолова), так какразность потенциаловдля пары никель-железогораздо меньше,чем для парымедь-железо.

Издругих способовборьбы с коррозиейсуществуетеще способпротекторов,заключающийсяв том, что защищаемыйметаллическийобъект приводитсяв контакт сбольшой поверхностьюболее активногометалла. Так,в паровые котлывводят листыцинка, находящиесяв контакте состенками котлаи образующиес ними гальваническуюпару.

Характернойособенностьюметаллов являетсяих способностьобразовыватьдруг с другомили с неметалламисплавы.

Чтобыполучить сплав,смесь металловобычно подвергаютплавлению, азатем охлаждаютс различнойскоростью,которая определяетсяприродой компонентови изменениемхарактера ихвзаимодействияв зависимостиот температуры.

Иногда сплавыполучают спеканиемтонких порошковметаллов, неприбегая кплавлению(порошковаяметаллургия).Итак сплавы- это продуктыхимическоговзаимодействияметаллов.

Кристаллическаяструктурасплавов вомногом подобначистым металлам,которые, взаимодействуядруг с другомпри плавлениии последующейкристаллизации,образуют: а)химическиесоединения,называемыеинтерметаллидами;б) твердые растворы;в) механическуюсмесь кристалловкомпонентов.

Тот илииной тип взаимодействияопределяетсясоотношениемэнергии взаимодействияразнородныхи однородныхчастиц системы,то есть соотношениемэнергий взаимодействияатомов в чистыхметаллах исплавах.

Современнаятехника используетогромное числосплавов, причемв подавляющембольшинствеслучаев онисостоят не издвух, а из трех,четырех и большегочисла металлов.Интересно, чтосвойства сплавовчасто резкоотличаютсяот свойствиндивидуальныхметаллов, которымиони образованы.

Так, сплав,содержащий50% висмута, 25% свинца,12,5% олова и 12,5% кадмия,плавится всегопри 60,5 градусахЦельсия, в товремя как компонентысплава имеютсоответственнотемпературыплавления 271,327, 232 и 321 градусЦельсия.

Твердостьоловяннойбронзы (90% медии 10% олова) втроебольше, чем учистой меди,а коэффициентлинейногорасширениясплавов железаи никеля в 10 разменьше, чем учистых компонентов.

Однаконекоторыепримеси ухудшаюткачество металлови сплавов. Известно,например, чточугун (сплавжелеза и углерода)не обладаеттой прочностьюи твердостью,которые характерныдля стали. Помимоуглерода, насвойства сталивлияют добавкисеры и фосфора,увеличивающиеее хрупкость.

Средисвойств сплавовнаиболее важнымидля практическогопримененияявляютсяжаропрочность,коррозионнаястойкость,механическаяпрочность идр.

Для авиациибольшое значениеимеют легкиесплавы на основемагния, титанаили алюминия,для металлообрабатывающейпромышленности- специальныесплавы, содержащиевольфрам, кобальт,никель. В электроннойтехнике применяютсплавы, основнымкомпонентомкоторых являетсямедь.

Сверхмощныемагниты удалосьполучить, используяпродуктывзаимодействиякобальта, самарияи других редкоземельныхэлементов, асверхпроводящиепри низкихтемпературахсплавы – на основеинтерметаллидов,образуемыхниобием с оловоми др.

VI.Способы полученияметаллов.

Огромноебольшинствометаллов находитсяв природе ввиде соединенийс другими элементами.

Тольконемногие металлывстречаютсяв свободномсостоянии, итогда они называютсясамородными.Золото и платинавстречаютсяпочти исключительнов самородномвиде, сереброи медь – отчастив самородномвиде; иногдапопадаютсятакже самородныертуть, оловои некоторыедругие металлы.

Добываниезолота и платиныпроизводитсяили посредствоммеханическогоотделения ихот той породы,в которой онизаключены,например промывкойводы, или путемизвлеченияих из породыразличнымиреагентамис последующимвыделениемметалла израствора. Всеостальныеметаллы добываютсяхимическойпереработкойих природныхсоединений.

Минералыи горные породы,содержащиесоединенияметаллов ипригодные дляполучения этихметаллов заводскимпутем, носятназвание руд.Главными рудамиявляются оксиды,сульфиды икарбонатыметаллов.

Важнейшийспособ полученияметаллов изруд основанна восстановленииих оксидовуглем.

Если,например, смешатькрасную меднуюруду (куприт)Cu2Oс углем и подвергнутьсильному накаливанию,то уголь, восстанавливаямедь, превратитсяв оксид углерода(II),а медь выделитсяв расплавленномсостоянии:

Cu2O+ C = 2Cu + CO

Подобнымже образомпроизводитсявыплавка чугунаих железныхруд, получениеолова из оловянногокамня SnO2и восстановлениедругих металловиз оксидов.

Припереработкесернистых рудсначала переводятсернистыесоединенияв кислородныепутем обжиганияв особых печах,а затем ужевосстанавливаютполученныеоксиды углем.Например:

2ZnS + 3O2= 2ZnO + 2SO2

ZnO+ C = Zn + CO

Втех случаях,когда рудапредставляетсобой сольугольной кислоты,ее можно непосредственновосстанавливатьуглем, как иоксиды, так какпри нагреваниикарбонатыраспадаютсяна оксид металлаи двуокисьуглерода. Например:

ZnCO3= ZnO+ CO2

Обычноруды, кромехимическогосоединенияданного металла,содержат ещемного примесейв виде песка,глины, известняка,которые оченьтрудно плавятся.

Чтобы облегчитьвыплавку металла,к руде примешиваютразличныевещества, образующиес примесямилегкоплавкиесоединения- шлаки. Такиевещества называютсяфлюсами.

Еслипримесь состоитиз известняка,то в качествефлюса употребляютпесок, образующийс известнякомсиликат кальция.Наоборот, вслучае большогоколичествапеска флюсомслужит известняк.

Вомногих рудахколичествопримесей (пустойпороды) таквелико, чтонепосредственнаявыплавка металловиз этих рудявляется экономическиневыгодной.Такие рудыпредварительно«обогащают»,то есть удаляютиз них частьпримесей. Особенношироким распространениемпользуетсяфлотационныйспособ обогащенияруд (флотация),основанныйна различнойсмачиваемостичистой рудыи пустой породы.

Техникафлотационногоспособа оченьпроста и в основномсводится кследующему.Руду, состоящую,например, изсернистогометалла и силикатнойпустой породы,тонко измельчаюти заливают вбольших чанахводой.

К водеприбавляюткакое-нибудьмалополярноеорганическоевещество,способствующееобразованиюустойчивойпены при взбалтыванииводы, и небольшоеколичествоспециальногореагента, такназываемого«коллектора»,который хорошоадсорбируетсяповерхностьюфлотируемогоминерала иделает ее неспособнойсмачиватьсяводой.

Послеэтого черезсмесь снизупропускаютсильную струювоздуха, перемешивающуюруду с водойи прибавленнымивеществами,причем пузырькивоздуха окружаютсятонкими маслянымипленками иобразуют пену.

В процессеперемешиваниячастицы флотируемогоминерала покрываютсяслоем адсорбированныхмолекул коллектора,прилипают кпузырькампродуваемоговоздуха, поднимаютсявместе с нимикверху и остаютсяв пене; частицыже пустой породы,смачивающиесяводой, оседаютна дно. Пенусобирают иотжимают, получаяруду с значительнобольшим содержаниемметалла.

Длявосстановлениянекоторыхметаллов изих оксидовприменяютвместо угляводород, кремний,алюминий, магнийи другие элементы.

Процессвосстановленияметалла из егооксида с помощьюдругого металланазываетсяметаллотермией.Если, в частности,в качествевосстановителяприменяетсяалюминий, топроцесс носитназваниеалюминотермии.

Оченьважным способомполученияметаллов являетсятакже электролиз.Некоторыенаиболее активныеметаллы получаютсяисключительнопутем электролиза,так как вседругие средстваоказываютсянедостаточноэнергичнымидля восстановленияих ионов.

Списокиспользованнойлитературы.

  1. «Основыобщей химии».Ю.Д.Третьяков,Ю.Г.Метлин. Москва«Просвещение»1980 г.

  2. «Общаяхимия». Н.Л.Глинка.Издательство«Химия», Ленинградскоеотделение 1972г.

  3. «Отчегои как разрушаютсяметаллы».С.А.Балезин.Москва «Просвещение»1976 г.

  4. «Пособиепо химии дляпоступающихв вузы». Г.П.Хомченко.1976 г.

  5. «Книгадля чтения понеорганическойхимии».

Часть 2.СоставительВ.А.Крицман.Москва «Просвещение»1984 г.

  1. «Химияи научно-техническийпрогресс».И.Н.Семенов,А.С.Максимов,А.А.Макареня.Москва «Просвещение»1988г.

Источник: https://xreferat.com/108/1415-1-metally-svoiystva-metallov.html

Доклад на тему Свойства металлов

Доклад на тему Свойства металлов

Металл на данный момент имеет особую популярность при изготовлении различных предметов. В основном это железо, но также и применяют цветные металлы, такие как алюминий, титан и прочие. В обычном состоянии все эти металлы имеют твердый вид с кристаллическим строением и обладают особыми способностями. Свойства в свою очередь бывают физическими, химическими и механическими.

Физические отличительные черты металла бывают следующими:

  • Плотность – взаимодействие плотности и массы данного металла. Как правило плотность тела изменяется с понижением температуры и увеличивается. Плотность металлов указана в специальной таблице. Так же плотность кардинально меняется при изменении агрегатного состояния.
  • Плавление – это переход металла из твердого агрегатного состояния в жидкое. Происходит это с помощью мощного воздействия температуры на высокой отметке. При этом каждый металл плавится при своей определенной температуре, которая четко установлена и нормирована.
  • Теплопроводность. Металл способен нагреваться и сохранять, а также направлять тепло через себя – это и называется теплопроводностью. При этом у каждого эта способность разная, какой-то металл это делает быстрее, а какой-то очень плохо проводит тепло.
  • Электропроводность – это, подобная теплопроводности, способность пропускать и передавать электрический ток. Металлы, которые делают это на высоком уровне активно используются в электрике при изготовлении проводов, ламп и прочего.
  • Тепловое расширение – это увеличение объема металла при нагревании.

Химические свойства нельзя увидеть обычным зрением, в отличии от физических или механических. При определённых смешиваниях или воздействиях веществ начинаются различные сопротивления. К ним относятся:

  • Окисляемость – это проявляемая реакция на кислород при воздействии кислот. Металл может соединяться с кислотой и под кислородом покрываться различной коррозией.
  • Коррозионная стойкость – это противоположная окисляемости способность, т.е. способность сопротивляться связи с кислотами, таким образом не получая коррозию.

Механические свойства бывают следующих типов:

  • Твердость – противостояние металла проникновению другого тела на металическую поверхность.
  • Прочность – способность металла противостоять внешнему воздействию и разрушению тела.
  • Вязкость – это сопротивление нагрузкам с максимальной скоростью.
  • Упругость – это восстановление металла после воздействия на него.

Данными свойствами обладают все существующие металлы.

Сообщение 2

На данный момент человечеству известно огромное количество металлов, большинство из которых обладают теми или иными свойствами, благодаря которым их можно разделять на группы, подгруппы, и различного рода множества.

Многие из этих металлов достаточно редкие, которые встречаются в единичных экземплярах очень редко, а другие же напротив настолько распространённые, что их иногда даже не используют.

Так или  иначе, любой металл, редкий он или нет, достоин внимания и тщательного изучения, так как возможно, что многие свойства этих металлов и по сей день остаются не раскрытыми.

Свойства металлов подразделяют на химические и физические, которые кардинально отличаются друг от друга.

Обычно физические свойства для большинства металлов схожи. Любой металл, в стандартном представлении любого человека, является блестящим, твёрдым, тяжелым, или не очень, и крепким материалом.

Также металлы хорошо проводят тепло и электрический ток, что позволяет делать из них весьма неплохие проводники электричества, однако с повышением температуры металла, электропроводимость его снижается, почему и ценятся металлы с высокой жаропрочностью.

Весьма важным металлическим физическим свойством металла является его лёгкая деформируемость, что позволяет человеческой мысли делать с данным веществом всё, на что она способна. Металл можно ковать, расплющивать, обрезать, плавить в другую форму, и ещё множество интересных вещей.

Химические свойства металлов.

Основополагающим химическим свойством металлов является их лёгкая способность атом с лёгкостью отдавать свои валентные электроны и трансформироваться в положительно заряженные ионы. Обычно металлы никогда не забирают электроны, так как их ионы всегда заряжены положительно.

Легко расставаясь со своими электронами, металлы по праву можно назвать отличными восстановителями, согласно законам химии.

Однако даже несмотря на всё вышеописанное способность к отдаче проявляется далеко не в равной степени. Если один металл может с лёгкостью отдать свои электроны, то другой же напротив расстаётся с ними весьма неохотно, что создает закономерность в их восстановительных функциях.

Исходя из всего вышеописанного, можно сделать вывод, что металлы обладают целым рядом удивительных свойств, как физических, так и химических, что делает их изучение ещё весьма увлекательным и интересным.

  • Алтайский заповедникНаибольшую часть России занимают леса и природные зоны. Все они отличаются друг от друга и имеют свои неповторимые особенности, которые заключаются в разнообразии флоры и фауны.
  • ЛаскаЛаска – очень интересный зверёк. Она совсем неласковая по натуре. Сложно сказать, что именно послужило поводом для такого названия. Этот зверёк далеко не ласковый. Ласка обладает особыми хара
  • Царство животныхДля лучшего изучения живых существ человек классифицирует их по определенным признакам. Царство животных состоит из организмов, которые варьируются от самых простых форм до самых сложных
  • ФиникиФиниками называют съедобные плоды нескольких видов финиковых пальм, но в первую очередь плоды Пальчатого финика. Это дерево исторически произрастает на территории Ближнего Востока и Северной
  • Лермонтов Михаил ЮрьевичМихаил Юрьевич Лермонтов был рожден в Москве в 1814 году. Отца Михаила Юрьевича звали Юрий Петрович, а мать – Мария Михайловна Арсеньева была уроженкой знатного рода Столыпиных.
  • Памятники животнымПамятниками увековечиваются не только великие личности, но и животные, которые как-то вошли в историю. Также памятники животным создаются как арт-объекты, украшающие город, формирующие его ун

Источник: https://doklad-i-referat.ru/soobshchenie/fizika/svojstva-metallov

Referat-i-doklad
Добавить комментарий