Металлы

Общность свойств металлов
1) как правило, атомы металлов имеют небольшое число электронов на внешнем уровне электронной оболочки;
2) практически для всех металлов характерна слабая связь валентных электронов с ядрами атомов.

Отличает металлическую связь от ковалентной отсутствие направленности связи и меньшая прочность.
Энергия металлической связи в 3÷4 раза меньше энергии ковалентной связи.

Мерой энергии связи – является величина энергии атомизации металла
Энергия атомизации (Еатом.) – это та энергия, которую необходимо затратить для распада 1 моля вещества на свободные атомы:
Ме(тв.) → Ме(г).

Температура плавления – мера прочности связи в кристаллической решетке металла

Металлы – понятие химическое и физическое одновременно.
В химическом аспекте металл это донор электронов (восстановитель):

а) высокая тепло-электропроводность;
б) пластичность;
в) металлический блеск (связанный с высокой отражательной способностью и непрозрачностью).
В физическом аспекте – металлы это вещества, обладающие рядом специфических свойств:

Диаграмма состояния металлов в координатах (P,T)

Физические характеристики некоторых металлов:

Металлической называется кристаллическая решетка, где в узлах расположены атомы или ионы, а в межузловом пространстве электроны (электронный газ).

О свободе электронов:
электроны выбиваются с поверхности металла:
а) при облучении металлов ультрафиолетом – фотоэффект Столетова;
б) при нагревании
– термоэлектронная эмиссия;
в) при сообщении металлу высокого электрического потенциала (напряжения)
– автоэлектронная эмиссия.

Характерные физические характеристики

Метод молекулярных орбиталей (ММО) для молекулы водорода

При взаимодействии n – атомов зона разрешенных состояний расширяется, уменьшается разность между дискретными уровнями.

Заполнение электронами энергетических уровней в кристалле металла при нормальных условиях

Две схемы трактовки структуры металла

Электронная проводимость Кристаллов простых веществ

В полупроводниках и изоляторах зоны проводимости и валентные зоны разделены активационным барьером – ΔE.

Зависимость проводимости от напряжения

Получение металлов из руд.
Различают:
самородные металлы (Au, Ag, Hg, Cu, Pt);
металлы в связанном состоянии (основная масса: оксиды, соли и т.д.).
Самородные металлы получают механической обработкой руды (промывка золота с помощью драг - двух ярусный комбайн).

Остальные металлы получают химической переработкой руд следующими методами:
Пирометаллургия – получение металлов при высокой температуре с помощью восстановителя (кокс – чугун, сталь).
Гидрометаллургия – обработка руды водными растворами реагентов и последующим извлечением металлов из растворов.
Электрометаллургия – электролиз растворов и расплавов.

Применение металлов.
Металлы применяют как конструкционные материалы и в виде комбинированных материалов (железобетон, металлокерамика, металлопластика и др.)

Влияние чистоты металла на применение
металлы высокой чистоты (для каждого металла своя степень чистоты) используются в полупроводниковой технике (Ge), в атомной энергетике (Sr), в космической технике (Ti).
металлы средней чистоты в технике
сплавы – применение этих материалов весьма разнообразно.

Сплавы.
Выделяют сплавы трех модификаций:
сплав – механическая смесь кристаллитов (простая эвтектика);
твердые растворы;
сплавы с интерметаллическим соединением.

Диаграммы плавкости – первый тип

Линия охлаждения состава в точке «К»

Для точки 2 справедливо соотношение:
– правило рычага

Диаграмма с твердым раствором – второй тип
Компоненты смешиваются как в жидком, так и в твердом состоянии;
Атомы обоих компонентов способны замещать друг друга в кристаллических решетках.

Путь кристаллизации из точки K

Условие образования твердых растворов:
компоненты должны иметь одинаковые по типу кристаллические решетки;
различие в атомных размерах компонентов должно быть в пределах (8-15%);
компоненты должны обладать близким строением валентной оболочки.

Диаграмма с образованием интерметаллического соединения – третий тип

Характерные особенности интерметаллического соединения
атомы в решетке располагаются, упорядочено, т.е. атомы одного элемента закономерно и в определенном количестве расположены среди атомов другого элемента;
в соединениях всегда сохраняется кратное весовое отношение элементов и это позволяет выразить их состав простой формулой, например, Sb2Mg3;
резко отличаются свойства от свойств составляющих металлов (температура плавления).

Интерметаллические соединения - кристалл одного сорта вошедший в кристалл другого сорта частично, углом, ребром или полностью

Теплота плавления интерметаллического соединения:

Химические свойства металлов s-,p-,d- элементов
Для получения металлов использовался ряд активности металлов Бекетова:
Легкость разряда катиона в водном растворе возрастает