Воздействие окружающей среды на металлы
7 Содержание. Строение атомов металлов. Положение металлов в периодической системе. Группы металлов...1 Физические свойства металлов...2 Химические свойства металлов...3 Коррозия металлов...5 Понятие о сплавах...6 Способы получения металлов...7 Список использованной литературы...9 I. Строение атомов металлов. Положение металлов в периодической системе. Группы металлов. В настоящее время известно 105 химических элементов, большинство из них - металлы. Последние весьма распространены в природе и встречаются в виде различных соединений в недрах земли, водах рек, озер, морей, океанов, составе тел животных, растений и даже в атмосфере. По своим свойствам металлы резко отличаются от неметаллов. Впервые это различие металлов и неметаллов определил М. В. Ломоносов. “Металлы, - писал он, - тела твердые, ковкие блестящие”. Причисляя тот или иной элемент к разряду металлов, мы имеем в виду наличие у него определенного комплекса свойств: Плотная кристаллическая структура. Характерный металлический блеск. Высокая теплопроводность и электрическая проводимость. Уменьшение электрической проводимости с ростом температуры. Низкие значения потенциала ионизации, т.е. способность легко отдавать электроны. Ковкость и тягучесть. Способность к образованию сплавов. Все металлы и сплавы, применяемые в настоящее время в технике, можно разделить на две основные группы. К первой из них относят черные металлы - железо и все его сплавы, в которых оно составляет основную часть. Этими сплавами являются чугуны и стали. В технике часто используют так называемые легированные стали. К ним относятся стали, содержащие хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий, кобальт, титан и другие металлы. Иногда в легированные стали входят 5-6 различных металлов. Методом легирования получают различные ценные стали, обладающие в одних случаях повышенной прочностью, в других - высокой сопротивляемостью к истиранию, в третьих - коррозионной устойчивостью, т.е. способностью не разрушаться под действием внешней среды. Ко второй группе относят цветные металлы и их сплавы. Они получили такое название потому, что имеют различную окраску. Например, медь светло-красная, никель, олово, серебро - белые, свинец - голубовато-белый, золото -желтое. Из сплавов в практике нашли большое применение: бронза - сплав меди с оловом и другими металлами, латунь - сплав меди с цинком, баббит - сплав олова с сурьмой и медью и др. Это деление на черные и цветные металлы условно. Наряду с черными и цветными металлами выделяют еще группу благородных металлов: серебро, золото, платину, рутений и некоторые другие. Они названы так потому, что практически не окисляются на воздухе даже при повышенной температуре и не разрушаются при действии на них растворов кислот и щелочей. Физические свойства металлов. С внешней стороны металлы, как известно, характеризуются прежде всего особым “металлическим” блеском, который обусловливается их способностью сильно отражать лучи света. Однако этот блеск наблюдается обыкновенно только в том случае, когда металл образует сплошную компактную массу. Правда, магний и алюминий сохраняют свой блеск, даже будучи превращенными, в порошок, но большинство металлов в мелкораздробленном виде имеет черный или темно-серый цвет. Затем типичные металлы обладают высокой тепло- и электропроводностью, причем по способности проводить тепло и ток располагаются в одном и том же порядке: лучшие проводники - серебро и медь, худшие - свинец и ртуть. С повышением температуры электропроводность падает, при понижении температуры, наоборот, увеличивается. Очень важным свойством металлов является их сравнительно легкая механическая деформируемость. Металлы пластичны, они хорошо куются, вытягиваются в проволоку, прокатываются в листы и т.п. Характерные физические свойства металлов находятся в связи с особенностями их внутренней структуры. Согласно современным воззрениям, кристаллы металлов состоят из положительно заряженных ионов и свободных электронов, отщепившихся от соответствующих атомов. Весь кристалл можно себе представить в виде пространственной решетки, узлы которой заняты ионами, а в промежутках между ионами находятся легкоподвижные электроны. Эти электроны постоянно переходят от одних атомов к другим и вращаются вокруг ядра то одного, то другого атома. Так как электроны не связаны с определенными ионами, то уже под влиянием небольшой разности потенциалов они начинают перемещаться в определенном направлении, т.е. возникает электрический ток. Наличием свободных электронов обусловливается и высокая теплопроводность металлов. Находясь в непрерывном движении, электроны постоянно сталкиваются с ионами и обмениваются с ними энергией. Поэтому колебания ионов, усилившиеся в данной части металла вследствие нагревания, сейчас же передаются соседним ионам, от них - следующим и т.д., и тепловое состояние металла быстро выравнивается; вся масса металла принимает одинаковую температуру. По плотности металлы условно подразделяются на две большие группы: легкие металлы, плотность которых не больше 5 г/см3, и тяжелые металлы - все остальные. Плотность, а также температуры плавления некоторых металлов приведены в таблице №1. Таблица №1 Плотность и температура плавления некоторых металлов. |
Название | Атомный вес | Плотность, г/см3 | Температура плавления, C | | |
|
Легкие металлы. | | | | | Литий | 6,939 | 0,534 | 179 | | Калий | 39,102 | 0,86 | 63,6 | | Натрий | 22,9898 | 0,97 | 97,8 | | Кальций | 40,08 | 1,55 | 850 | | Магний | 24,305 | 1,74 | 651 | | Цезий | 132,905 | 1,90 | 28,5 | | Алюминий | 26,9815 | 2,702 | 660,1 | | Барий | 137,34 | 3,5 | 710 | | Тяжелые металлы | | | | | Цинк | 65,37 | 7,14 | 419 | | Хром | 51,996 | 7,16 | 1875 | | Марганец | 54,9380 | 7,44 | 1244 | | Олово | 118,69 | 7,28 | 231,9 | | Железо | 55,847 | 7,86 | 1539 | | Кадмий | 112,40 | 8,65 | 321 | | Никель | 58,71 | 8,90 | 1453 | | Медь | 63,546 | 8,92 | 1083 | | Висмут | 208,980 | 9,80 | 271,3 | | Серебро | 107,868 | 10,5 | 960,8 | | Свинец | 207,19 | 11,344 | 327,3 | | Ртуть | 200,59 | 13,546 | -38,87 | | Вольфрам | 183,85 | 19,3 | 3380 | | Золото | 196,967 | 19,3 | 1063 | | Платина | 195,09 | 21,45 | 1769 | | Осмий | 190,2 | 22,5 | 2700 | | |
Частицы металлов, находящихся в твердом и жидком состоянии, связаны особым типом химической связи - так называемой металлической связью. Она определяется одновременным наличием обычных ковалентных связей между нейтральными атомами и кулоновским притяжением между ионами и свободными электронами. Таким образом, металлическая связь является свойством не отдельных частиц, а их агрегатов. Химические свойства металлов. Основным химическим свойством металлов является способность их атомов легко отдавать свои валентные электроны и переходить в положительно заряженные ионы. Типичные металлы никогда не присоединяют электронов; их ионы всегда заряжены положительно. Легко отдавая при химических реакциях свои валентные электроны, типичные металлы являются энергичными восстановителями. Способность к отдаче электронов проявляется у отдельных металлов далеко не в одинаковой степени. Чем легче металл отдает свои электроны, тем он активнее, тем энергичнее вступает во взаимодействие с другими веществами. Опустим кусочек цинка в раствор какой-нибудь свинцовой соли. Цинк начинает растворяться, а из раствора выделяется свинец. Реакция выражается уравнением: Zn + Pb(NO3)2 = Pb + Zn(NO3)2 Из уравнения следует, что эта реакция является типичной реакцией окисления-восстановления. Сущность ее сводится к тому, что атомы цинка отдают свои валентные электроны ионам двухвалентного свинца, тем самым превращаясь в ионы цинка, а ионы свинца восстанавливаются и выделяются в виде металлического свинца. Если поступить наоборот, то есть погрузить кусочек свинца в раствор цинковой соли, то никакой реакции не произойдет. Это показывает, что цинк более активен, чем свинец, что его атомы легче отдают, а ионы труднее присоединяют электроны, чем атомы и ионы свинца. Вытеснение одних металлов из их соединений другими металлами впервые было подробно изучено русским ученым Бекетовым, расположившим металлы по их убывающей химической активности в так называемый “вытеснительный ряд”. В настоящее время вытеснительный ряд Бекетова носит название ряда напряжений. В таблице №2 представлены значения стандартных электродных потенциалов некоторых металлов. Символом Me+/Me обозначен металл Me, погруженный в раствор его соли. Стандартные потенциалы электродов, выступающих как восстановители по отношению к водороду, имеют знак “-”, а знаком “+” отмечены стандартные потенциалы электродов, являющихся окислителями. Таблица №2 Стандартные электродные потенциалы металлов. |
Электрод | Е0,В | Электрод | Е0,В | | Li+/Li | -3,02 | Co2+/Co | -0,28 | | Rb+/Rb | -2,99 | Ni2+/Ni | -0,25 | | K+/K | -2,92 | Sn2+/Sn | -0,14 | | Ba2+/Ba | -2,90 | Pb2+/Pb | -0,13 | | Sr2+ /Sr | -2,89 | H+/1/2H2 | 0,00 | | Ca2+/Ca | -2,87 | Sb3+/Sb | +0,20 | | Na+/Na | -2,71 | Bi3+/Bi | +0,23 | | La3+/La | -2,37 | Cu2+/Cu | +0,34 | | Mg2+/Mg | -2,34 | Cu+/Cu | +0,52 | | Al3+/Al | -1,67 | Ag+/Ag | +0,80 | | Mn2+/Mn | -1,05 | Pd2+/Pd | +0,83 | | |
Страницы: 1, 2
|