Металлы – это твердые элементы, сплавы которых широко используются в промышленности, строительстве и быту. Пластичность, твердость, тепло- и электропроводность, а также способность плавиться и ковать определяются строением металлов.

Строение

Электронная структура атома металла включает:

  • положительно заряженное ядро;
  • отрицательно заряженные электроны.

Ядро состоит из протонов и нейтронов. Число протонов, заряд ядра и количество электронов соответствуют атомному номеру металла в периодической таблице.

Электроны в атомах металлов расположены значительно дальше от ядра, чем электроны в неметаллах. Этим объясняется легкое разделение валентных электронов, поэтому металлы всегда являются восстановителями в химических реакциях.

Атомы всех металлов, за исключением ртути, образуют кристаллические решетки. Кристаллическая решетка состоит из повторяющихся комплексов атомов — элементарных кристаллических ячеек, которые бывают трех типов. Их отличия описаны в таблице металлоконструкций.

Тип гриля

Характеристика

Примеры

Телоцентрированная кубическая (BCC)

восемь ионов размещены по углам обычного куба, один — в центре

Fe, Cr, Mo, W, V

Кубическая грань по центру

Ионы размещаются в углах куба и в центре каждой стороны. Центр куба свободен

Cu, Ag, Ni, Pb, Al

Шестиугольные плотно упакованные

Шестиугольная призма. В углах и посередине между ними находятся ионы. В центре призмы находятся ионы, образующие треугольник

Zn, Ti, Mg, Co, Zr

Структура металлов

Рис. 1. Виды металлических решеток.

Физические свойства

Металлы отличаются от неметаллов характерными физическими свойствами:

  • иметь металлический блеск;
  • проводят электрический ток и тепло;
  • не имеет запаха;
  • имеет серебристо-серый цвет (исключение составляют медь и золото).

Благодаря пластичности и плавлению металлы могут образовывать сплавы – смеси химических элементов. Большую часть сплавов составляют металлы, остальную часть составляют случайные примеси и специально вводимые вещества. Сплавы характеризуются высокой прочностью, эластичностью и хрупкостью. Широкое распространение получили сплавы на основе железа (черные металлы) и алюминия (цветные металлы).

Высокую электропроводность обуславливают свободные электроны, перемещающиеся по кристаллической решётке под действием электрических полей. При нагревании электропроводность уменьшается.

Виды

Классификация металлов приведена в таблице.

В разводе

Вид

Пример

Температура кипения

Легкоплавкие (Т<1000°С)

К, Ал, Цинк

Огнеупорный (Т>1000°С)

Au, Cu, Ni

Плотность

Легкие (ρ<5 г/см3)

Ли

Тяжелый (ρ>5 г/см3)

Нас

Твердость

Мягкая — режут ножом

Na, Rb, Cs

Твердый – используется для резки

Кр

В химии по структуре орбиталей атома металла различают s-, p-, d-, f-металлы.

Химические свойства

Металлы являются восстановителями и реагируют с неметаллами с образованием оксидов, гидроксидов и солей. Наиболее активны щелочные и щелочноземельные металлы, помещенные в I и II группы таблицы Менделеева. Драгоценные металлы (Au, Ag, Pt) малоактивны и не взаимодействуют с кислородом и водой.

Структура металлов

Рис. 2. Шкала активности металлов.

Особенности химического взаимодействия металлов с другими элементами описаны в таблице.

Взаимодействие

Продукты

Уравнение

С кислородом

Оксиды

2Mg + O2 → 2MgO

С серой

Сульфиды

Zn + S → ZnS

С азотом

Нитриды

6Li + N2 → 2Li3N

С фосфором

Фосфиды

3Ca + 2P → Ca3P2

С галогенами

Галогениды

2Na + Cl2 → 2NaCl

С водой

Гидроксиды

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

С кислотами

Соли

2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2

С солями (заменить менее активные металлы)

Соль

2Fe + Cu2SO4 → Fe2SO4 + 2Cu

Золото растворяется в царской водке (смеси соляной и азотной кислот), серебро – в концентрированной азотной и горячей серной кислотах.

Структура металлов

Рис. 3. Золото.

Что мы узнали?

Мы исследовали структурные свойства атомов металлов, физические и химические свойства. Металлы состоят из элементарных кристаллических ячеек, различающихся по конфигурации. Элементы обладают металлическим блеском, электропроводностью, пластичностью и твердостью. Металлы являются восстановителями. Наиболее активны в I и II группах таблицы Менделеева. Металлы реагируют с кислородом, водой, кислотами, галогенами и неметаллами.