Ізичні властивості металів.
Основні фізичні властивості найпоширеніших металів.
| Метали | Густина, ρ, кг/м3 | Температура плавлення, °C | Температура кипіння, °C | Твердість, HB |
| Залізо | 50-70 | |||
| Алюміній | 20-30 | |||
| Мідь | ||||
| Магній | 25-30 | |||
| Нікель | ||||
| Титан | ||||
| Молібден | 150-160 |
Усі метали (за винятком ртуті) при звичайних умовах є кристалічними речовинами. Їхні атоми розташовані в певному геометричному порядку і утворюють просторову кристалічну ґратку. У вузлах кристалічної ґратки містяться іони металів. Валентні електрони дуже слабо зв'язані з атомами і можуть легко переміщатися по всьому об'єму металу, переходячи від одних іонів до інших.
Легкою рухливістю валентних електронів пояснюється висока електропровідність і теплопровідність металів. На відміну від розчинів і розплавів при проходженні електричного струму через металічний провідник переносу частинок речовини не відбувається. Метали мають електронну електропровідність. За електропровідністю і теплопровідністю метали розміщуються в однаковому порядку. Найкращими провідниками електричного струму є срібло, мідь, золото і алюміній.
Характерна особливість металів — металічний блиск, тобто здатність добре відбивати світло. Але ця здатність проявляється лише тоді, коли метал утворює суцільну і гладку (поліровану) поверхню.
Дуже важливою властивістю більшості металів є пластичність, тобто здатність змінювати зовнішню форму при дії сторонньої сили і зберігати набуту форму після припинення впливу зовнішньої дії. На цій здатності базуються різні способи механічної обробки металів: прокатка, кування, штамповка, волочіння. Однак ця властивість у різних металів виявляється не однаково. Здатність розкатуватись у тоненькі листи і витягуватись у тоненький дріт найкраще виявляється у золота, срібла, міді, алюмінію і олова, трохи гірше в заліза і цинку. Деякі метали зовсім не виявляють пластичності, вони дуже крихкі — це бісмут, манган і особливо стибій (сурма). При ударі вони розпадаються на шматочки.
За густиною метали умовно поділяють на:
Ø легкі (густина яких менша 5 г/см3),
Ø важкі (густина яких більша 5 г/см3).
До найлегших металів належать літій, калій і натрій. Легкі метали — манган, алюміній і титан. Найважчими вважаються ртуть, золото, платина і осмій.
За твердістю метали теж дуже відрізняються один від одного. Найтвердішим металом є хром, який дряпає скло. За ним іде вольфрам, нікель і ін. До найм’якіших металів належать калій і натрій, які легко ріжуться ножем. Дуже м'яким є також свинець.
За температурами плавлення метали теж різко відрізняються один від одного. Найнижчу температуру плавлення має ртуть (–39°С), за нею йде цезій (28,5°C), рубідій (38,5°C), калій (62,3°C), а найвищу – вольфрам (3410°C).
За забарвленням метали умовно поділяють на чорні – залізо, манган та їх чисельні сплави (чавун, сталь) і кольорові, до яких відносять усі інші метали. Відповідно до цього і промисловість, яка їх добуває, називають чорною і кольоровою металургією.
5. Хімічні властивості
Характерною особливістю металів є здатність їх атомів віддавати свої валентні електрони і утворювати позитивно заряджені іони. На відміну від неметалів метали негативно заряджених іонів не утворюють. Вільні метали є відновниками. Чим легше даний метал віддає свої валентні електрони, тим він активніший відновник.
За хімічною активністю метали можна поділити на три групи:
· сильно активні – калій, натрій, барій, кальцій і ін.,
· середньої активності – цинк, залізо, нікель,
· мало активні – срібло, золото і платина.
Сильно активні метали з киснем повітря енергійно взаємодіють вже при звичайній температурі, утворюючи оксиди:
2Ca + O2 = 2CaO
Тому лужні і лужноземельні метали зберігають під шаром гасу, щоб запобігти їх окисненню киснем повітря. Метали середньої активності окиснюються киснем повітря лише з поверхні, покриваючись тонкою оксидною плівкою, яка запобігає дальшому окисненню металу. Наприклад:
2Zn + O2 = 2ZnO
Але при високій температурі вони енергійно взаємодіють з киснем і перетворюються в оксиди.
Малоактивні (благородні) метали з киснем безпосередньо не реагують взагалі. Більшість металів може безпосередньо реагувати з сіркою, хлором і майже з усіма неметалами, особливо при високій температурі. З водою сильно активні (лужні і лужноземельні) метали взаємодіють вже при звичайній температурі з виділенням водню і утворенням розчинних гідроксидів:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 ↑
Ba + 2H2O = Ba(OH)2 + H2↑
Метали середньої активності, наприклад залізо, реагують з водою (водяною парою) лише при сильному розжаренні:
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2↑
Малоактивні метали з водою не реагують ні за яких умов. Відношення металів до кислот визначається їх місцем в електрохімічному ряді напруг (ряді активності). Усі метали, що займають місце в ряді напруг лівіше від водню взаємодіють з кислотами з утворенням солі і виділенням водню (з нітратної кислоти водень не виділяється!). Метали, що займають місце в ряду напруг правіше від водню, водню з кислот не витісняють. Але деякі з них можуть реагувати з концентрованою сульфатною кислотою при нагріванні з утворенням солі і виділенням діоксиду сірки SO2, наприклад:
Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + 2H2O + SO2↑
При взаємодії нітратної кислоти з усіма металами, водень з HNO3 не виділяється, а утворюються оксиди азоту і сіль металу:
3Zn + 6HNO3 = 3Zn(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
3Ag + 3HNO3 = 3AgNO3 + NO↑ + 2H2O