Весь комплекс фізичних властивостей металів відображено у табл. 1.

обумовлені структурою енергетичних рівнів металів. Близькість енергій великої кількостізайнятих та вільних рівнів призводить до того, що будь-якому кванту видимого світла
з енергією E = h · vзавжди відповідає така пара енергетичних рівнів, один з яких знаходиться у валентній зоні, а інший – у зоні провідності, а різниця їх енергій дорівнює е.І тут електрон, поглинаючи квант світла з валентної зони, перетворюється на зону провідності. Світло не відбивається, а поглинається. Тож метали непрозорі. У той же час металам характерний блиск, який з'являється в результаті випромінювання світла при поверненні збуджених світлом електронів на нижчі енергетичні рівні.

Щільність металів змінюється у дуже широких межах. s-елементів до d-елементам, що у центрі періоду, зменшується. Тому максимум щільності посідає метали елементів центру періоду. У 6 періоді
густина металів ще більше збільшується за рахунок лантаноїдного стиснення радіусів атомів елементів.

Щільність металів помітно змінюється із температурою. Через збільшення амплітуди коливань атомів у разі підвищення температури середня рівноважна відстань між атомами збільшується, а щільність, отже, зменшується. Чим більша частка
металевого зв'язку та менше частка ковалентного зв'язку в металі, тим вищий коефіцієнт термічного розширення металу. Так, наприклад, для Mg, Al, Zn коефіцієнт термічного розширення
у 2-4 рази більше, ніж для Cr та Fe. Цей параметр важливий при підборі пар металів, що експлуатуються в широкому інтервалі температур: значення коефіцієнтів термічного розширення повинні бути якомога ближче один до одного.

Таблиця 1

Фізичні властивостіметалів

Властивість	Значення для деяких металів	Примітка
Металевий блиск		In і Ag відображають світло краще за інші метали, тому застосовуються для виготовлення дзеркал
Щільність ρ, кг/м3 (г/см3, г/мл)	ρ < 5000 кг/м3 - легкі метали: Li, Ca, Na, Mg, Al ρ > 5 000 кг/м3 - важкі метали: Zn, Fe, Ni, Cr, Pb, Ag, Au, Os	Найлегший метал – літій: ρ(Li) = 530 кг/м3 Найважчий – осмій: ρ(Os) = 22 600 кг/м3
Твердість Н	Твердість деяких металів за шкалою Моосу: Н(Na) = 0,4; H(Sn) = 1,8; H(Au) = 2,5; H(Al) = 2,9; H(Fe) = 4; H(Ni) = 5; H(Cr) = 9	Найм'якіші метали: K, Rb, Cs, Na (ріжуться ножем) Найтвердіший - Cr (ріже скло)
Пластичність	Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe Зменшення пластичності	З пластичного Au можна виготовити фольгу завтовшки 0,003 мм.
Температура плавлення Тпл, °С	Тпл > 1 000 °C - тугоплавкі метали: Au, Cu, Ni, Fe, Pt, Ta, Nb, Mo, W Тпл< 1 000 °C - легкоплавкие металлы: Hg, K, Na, Sn, Pb, Zn, Mg, Al, Ca	Найнижча Тпл у ртуті: Тпл (Hg) = - 39 ° С, а найвища - у вольфраму: Тпл(W)=3410 °C
Теплопровідність λ	Ag, Cu, Au, Al, W, Fe Зменшення λ
Електропровідність σ	Ag, Cu, Au, Al, W, Fe Твердість металів - опір проникненню в цей метал іншого твердого тіла. При поєднанні металевих поверхонь (пари, що труться, зубчасті колеса) необхідно враховувати відносну твердість металів, так як це визначає надійність і довговічність контакту. Так, наприклад, у редукторах з черв'ячною передачею матеріал черв'яка вибирається твердішим (сталь), ніж матеріал черв'ячного колеса (бронза). При експлуатації цієї пари нарізка зубчастого колеса поступово припрацьовується нарізкою черв'яка. Це забезпечує більше високе значеннякоефіцієнта корисної дії передачі, довговічність та безшумність у роботі. s-елементів менше твердості p-елементів, твердість останніх менше, ніж твердість d-Елементів. У випадках, коли робочі температури експлуатації металевих виробів перевищують поріг 0,3 tпл, важлива здатність металу тривалий час чинити опір деформуванню та руйнуванню при підвищених температурах. Ця властивість металу називається жароміцністю. Жароміцність є важливою практичною властивістю ряду металів, сплавів та інших сполук. Пластичністьметалів також пояснюється специфічними властивостями металевого зв'язку. При механічному впливі на тверде тіло окремі шари його кристалічних ґрат зміщуються відносно один одного. З огляду на вищого ступеня делокализации електронів при зміщенні окремих верств кристалічної решітки відбувається лише деяке перерозподіл електронної щільності, що зв'язує друг з одним атоми металу, але розриву хімічних зв'язків немає - метал деформується, не руйнуючись. s-хмар: при механічному впливі відбувається перекриття хмар, які не залежать від спрямованості. Метал змінює свою форму без втрати міцності. Механізм утворення зсувів пов'язаний з появою та рухом дислокацій. Тендітними певний час вважалися титан, вольфрам, хром, молібден, тантал, вісмут, цирконій. Очищені від домішок ці метали – високопластичні матеріали, які можна кувати, пресувати, прокочувати. міцністю розуміють властивість матеріалу за певних умов сприймати прикладені навантаження не руйнуючись. Металеві кристали, позбавлені дислокацій, мають дуже високу міцність. Такими кристалами є вирощувані в особливих умовахниткоподібні кристали або «вуса». Їхня міцність у багато разів перевищує міцність звичайних зразків відповідного металу і близька до теоретичної величини, обчисленої для кристалічних грат металу, що не має дефектів структури. Так, майже ідеальні кристали міді, звані мідними вусами, при 900 ° С витримують навантаження в 50 разів більше, ніж звичайна мідь. наклеп - зміцнення металу під дією пластичної деформації. При нагріванні сильно деформованого металу спотворення його структури, спричинені зсувами, поступово знімаються - метал повертається в структурно стійкіший стан; його пластичність зростає, а твердість та міцність знижуються. Температура плавлення металів. Тверде тіло починає плавитися, коли кінетична енергіяруху його частинок стає порівнянною з енергією їх тяжіння один до одного. Таким чином, чим менша міцність хімічного зв'язку в металах, тим нижча температура їх плавлення. Міцність хімічного зв'язку в металах визначається кількістю валентних електронів атома елемента, причому збільшення їхньої кількості збільшує міцність зв'язку. Визначальним фактором збільшення з номером періоду міцності зв'язку між атомами d-Елементів є збільшення (за модулем) енергії s-електронів через ефекти проникнення. Ефект проникнення s-електронів під d- І f-електронні підболочки стабілізує стан електронів і знижує енергію. Наявність неспарених ( n- 1) d-Електронів також збільшує міцність хімічного зв'язку в металах за рахунок утворення додаткових ковалентних зв'язків. Збільшення розмірів атомів діє у протилежному напрямку, а також збільшення координаційного числа. Характер зміни температури плавлення металів за періодами періодичної системи багато в чому близький до зміни їх густини. Загалом для металів дотримується така закономірність: tпл ( s-Елементів)< tпл ( p-Елементів)< tпл ( d-Елементів), але трапляються і винятки. Природа рідкої ртуті, як говорилося, пов'язується з релятивістськими ефектами. тугоплавким. Поняття тугоплавкості широко використовується при обговоренні властивостей ряду металів та багатьох сплавів. Теплопровідність металів. Вільні електрони металу, що знаходяться в постійному русі, стикаються з атомами, що коливаються, у вузлах кристалічної решітки і обмінюються із нею енергією. Коливання атомів, що посилилися при нагріванні металу, негайно передаються за допомогою електронів сусіднім та віддаленим атомам. В результаті відбувається швидке вирівнювання температури по всій масі металу. Це забезпечує високу теплопровідність металів. Висока теплопровідність металів, по суті, визначається тими самими факторами, що та електропровідність. Електропровідність металів. Висока електропровідність металів обумовлена ​​вищим ступенем деколізації електронів, наявністю в кристалічній решітці електронів провідності, що відрізняються великою рухливістю. створення Різниця потенціалів у металі призводить до спрямованого руху електронів - носіїв електрики, виникає електричний струм. s-електрони. (Атоми срібла, міді та золота внаслідок проскоку s-електрони мають електронні конфігурації валентних оболонок атомів лужних елементів ns 1). У цих випадках у компактних металах реалізується, як правило, металевий зв'язок. Поява неспарених p- І d-електронів призводить до збільшення частки спрямованих ковалентних зв'язків, електропровідність зменшується. Атом заліза на передній електронній оболонці має неспарені 3 d-Електрони, які також утворюють ковалентні зв'язки. Крім цього, коли в кристалі металу, енергетичні рівні атомів об'єднуються в енергетичні зони. d- і 4 s-Зони перетинаються. Тому при певному збудженні s-Електрони можуть перейти на молекулярні орбіталі d-Зони і, таким чином, кількість носіїв заряду може зменшитися. Тому метали d-Елементів з частково заповненою електронною d-подоболочкой у атомів мають дещо вищий електричний опір, ніж метали неперехідних елементів.

Особливостями будови металів визначаються їх характерні фізичні властивості.

Пластичність. При деформації (зміні форми шматка металу) іони лише зміщуються відносно один одного, але розриву не відбувається, так як електрони, що їх зв'язують, відповідно перемістившись, продовжують здійснювати зв'язок між іонами, що змістилися. На практиці пластичність проявляється в тому, що під ударами молота метали не дробляться на шматки, а розплющуються – вони кування. Найпластичніший метал – золото: його можна витягувати в тонкі золоті нитки, невидимі людському оку або розкачувати в найтонші напівпрозорі листи.

Електрична провідність пояснюється здатністю електронів легко переміщатися по всьому шматку металу.

Висока теплопровідність також обумовлена ​​рухом електронів, оскільки саме вони передають теплоту різні ділянкишматка металу, завдяки електронам метали мають характерні оптичні властивості непрозорості та металевого блиску. Метали блищать тому, що відбивають від своєї поверхні світлові промені, а не пропускають їх як скло і не поглинають їх як сажа.

Різні властивості виявляються в металах неоднаковою мірою. Найкращою провідністю має срібло, друге місце по електронній провідності займає мідь, далі слідує алюміній. З допомогою цих металів можна передавати електричну енергію великі відстані. Але в електротехніці як матеріал для проведення використовуються алюміній і мідь, так вони значно дешевше срібла.

У такому порядку метали розташовуються і по теплопровідності: срібло, мідь, алюміній.

З найважливіших властивостей металу варто звернути увагу на щільність, твердість, міцність і температуру плавлення. Щільність металу тим більша, чим більша його відносна атомна маса і чим менший радіус атома і навпаки. Наприклад, у літію – 534 кг/м 3 , а в осмію – 22500 кг/м 3 . Метали щільністю нижче 5000 кг/м 3 називають легкими: магній, алюміній, титан. Метали з великою густиною: свинець, осмій.

Такі властивості металів як міцність, твердість і температура плавлення залежать від міцності металевого зв'язку. Особливо сильний цей зв'язок у важких металів з передостаннім електронним шаром атома, що добудовується: танталу, вольфраму та ін. Ці метали і відрізняються високою твердістю і низькою плавкістю.

Температура плавлення металів змінюється від 39˚С (ртуть) до 3410˚С (вольфрам). Ртуть є єдиним рідким металом.

Твердість металів змінюється у межах: лужні метали достатні м'які, а саами тверді метали не піддаються обробці напилком.

www.сайт, при повному або частковому копіюванні матеріалу посилання на першоджерело обов'язкове.

Металеві елементи займають переважно ліву нижню частину Періодичної системи хімічних елементівД. І. Менделєєва. До металевих елементів відносяться ті елементи, в атомах яких на зовнішньому електронному рівні знаходиться невелике (від одного до чотирьох) число електронів, атоми можуть легко віддавати.

Метали мають низку загальних фізичних властивостей:

Хорошу електропровідність;

Хорошу теплопровідність;

Металевий блиск;

Хорошу пластичність (ковкість)

Зазвичай високу твердість;

Найчастіше перебувають у твердому агрегатному стані.

Про належність речовини до металів не можна судити лише за однією ознакою. Так, деякі неметали можуть проводити електричний струм (графіт), мають металевий блиск (йод), мають пластичність (пластична сірка). Таким чином, відносити ту чи іншу просту речовину до металів або неметалів можна лише за сукупністю ознак. Загальні фізичні властивості металів (електропровідність, теплопровідність, блиск тощо) пояснюються наявністю рухомих електронів, інакше кажучи, особливим характером металевого зв'язку. Однак різні метали все-таки мають різні фізичні властивості, такі як температура плавлення, щільність і т.д. Ці властивості багато в чому залежать від кристалічних структур металів.

Завдяки металевому зв'язку окремі шари у кристалах металів можуть зміщуватися відносно один одного. Це надає металам пластичності (ковкості) – здатності змінювати свою форму без розриву хімічних зв'язків. Наприклад, найбільш куванням металом є золото - з 1 г золота можна витягнути дріт завдовжки 2,4 км і завтовшки в кілька разів менше за товщину волосся. Водночас метал труба дуже крихкий – його навіть можна розтирати на порошок у ступці.

0скільки різні метали мають подібні металеві зв'язки, а в ряді випадків утворюють подібні металеві кристали, то багато з них при переході в розплавлений стан можуть змішуватися один з одним, утворюючи сплави. Сплави мають різноманітні властивості проти металами, у промисловості рідко використовують чисті метали. Найчастіше виготовлення деталей різних машин і приладів застосовують сплави. Так, мідь, олово та цинк – це м'які метали, тоді як сплав на їх основі – бронза – дуже твердий, тому бронзу люди здавна використовували для виготовлення зброї, плугів та інших виробів, де потрібна підвищена жорсткість. Сплав олова зі свинцем (треник) застосовують при паянні, так як він має порівняно низьку температуруплавлення. Найбільш поширеними зі сплавів є чавун та сталь - сплав заліза з вуглецем та іншими неметалами.

Відповідно саме з такою будовою метали характеризуються загальними фізичними властивостями.

а) твердість- всі метали крім ртуті, при звичайних умовахТверді речовини. Найм'якіші – натрій, калій. Їх можна різати ножем; найтвердіший хром – дряпає скло.

б) густина.Метали діляться на м'які (5г/см³) та важкі (менше 5г/см³).

в) плавкість.Метали поділяються на легкоплавкі та тугоплавкі.

г) електропровідність, теплопровідністьметалів обумовлена ​​їх будовою. Хаотично рухомі електрони під дією електричної напруги набувають спрямованого руху, внаслідок чого виникає електричний струм.

При підвищенні температури амплітуда руху атомів та іонів, що знаходяться у вузлах кристалічних ґрат різко зростає, і це заважає руху електронів, і електропровідність металів падає.

д) металевий блиск– електрони, що заповнюють міжатомний простір, відображають світлові промені, а не пропускають як скло. Тому всі метали у кристалічному стані мають металевий блиск. Для більшості металів рівною мірою розсіюються всі промені видимої частини спектру, тому вони мають сріблясто-білий колір. Тільки золото та мідь великою мірою поглинають короткі хвилі та відбивають довгі хвилісвітлового спектру, тому мають жовтий колір. Найблискучіші метали – ртуть, срібло, паладій. У порошку всі метали, крім Al та Mg, втрачають блиск і мають чорний або темно-сірий колір.

е) пластичність.Механічне вплив на кристал з металевими гратами викликає тільки зміщення шарів атомів і не супроводжується розривом зв'язку, і тому метал характеризується високою пластичністю.

Деякі метали, наприклад, залізо, титан, олово та ін здатні після досягнення певних температур змінювати кристалічну будову. Це явище отримало назву алотропії або поліморфізмуа самі переходи від однієї кристалічної будови до іншої називаються алотропічними або поліморфними.

5. Хімічні властивості металів.

Ряд напруг характеризує Хімічні властивостіметалів: що менше електродний потенціал металу, то більше вписувалося його відновна здатність.

А) Взаємодія з неметалами (у назвах отриманих речовин закінчення

-Іди)

2Mg 0 +O 2 0 ->2Mg 2+ O 2- (окс ідмагнію) Mg 0 -2e – ->Mg 2+ 2 відновник

2O 0 +4e – ->2O 2– 1 окислювач

Fe 0 +S 0 ->Fe 2+ S 2- (сульф ідзаліза II)

Fe 0 -2e – ->Fe 2+ 1 відновник

S 0 +2e - ->S 2- 1 окислювач

Б) Взаємодія із водоюНайкращі активні метали реагують з водою за звичайних умов, і в результаті цих реакцій утворюються розчинні у воді основи та виділяється водень

2Na + 2HOH = 2NaOH + H 2 0

2Li 0 +2H 2 + O 2– -> 2Li + O 2- H + + H 2 0

Li 0 -1e – ->Li + 2 відновник

2H + +2e – ->2H 0 1 окислювач

Li – відновник.

Менш активні металиреагують з водою при підвищеній температурі з виділенням водню та утворенням оксиду відповідного металу Zn+H2O=ZnO+H2