Основные свойства металлов

Металлы обладают механическими, технологическими, физическими и химическими свойствами.

К физическим свойствам относятся: цвет, плотность, плавкость, электропроводность, магнитные свойства, теплопроводность, теплоемкость, расширяемость при нагревании и фазовых превращениях;

к химическим — окисляемость, растворимость, коррозионная стойкость, жароупорность;

к механическим — прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность, хрупкость;

к технологическим — прокаливаемость, жидкотекучесть, ковкость, свариваемость, обрабатываемость резанием.

Прочность — способность металла сопротивляться действию внешних сил, не разрушаясь.

Удельная прочность— отношение предела прочности к плотности.

Твердостью— называется способность тела противостоять проникновению в него другого тела.

Упругость— свойство металла восстанавливать свою форму после прекращения действия внешних сил, вызывающих изменение формы (деформацию).

Вязкость— способность металла оказывать сопротивление ударным внешним силам. Вязкость — свойство обратное хрупкости.

Пластичность— свойство металла деформироваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять новую форму после прекращения действия сил.

Современными методами испытания металлов являются механические испытания, химический, спектральный, металлографический и рентгенографический анализы, технологические пробы, дефектоскопия. Эти испытания дают возможность получить представление о природе металлов, их строении, составе и свойствах.

Механические свойства. Первое требование, предъявляемое ко всякому изделию, — это достаточная прочность. Многие изделия, кроме общей прочности, должны обладать еще особыми свойствами, характерными для данного изделия.

Свойства металлов (стр. 1 из 2)

Например, режущие инструменты должны обладать высокой твердостью. Для изготовления режущих и других инструментов применяют инструментальные стали и сплавы, а для рессор и пружин — специальные стали, обладающие высокой упругостью.

Вязкие металлы применяют в тех случаях, когда детали при работе подвергаются ударной нагрузке.

Пластичность металлов дает возможность обрабатывать их давлением (ковать, прокатывать, штамповать).

Физические свойства. В авиа-, авто-, приборо-, и вагоностроении вес деталей часто является важнейшей характеристикой, поэтому сплавы алюминия и магния являются здесь особенно полезными.

Плавкостьиспользуется для получения отливок путем заливки расплавленного металла в формы. Легкоплавкие металлы (свинец) применяют в качестве закалочной среды для стали. Некоторые сложные сплавы имеют столь низкую температуру плавления, что расплавляются в горячей воде. Такие сплавы применяются для отливки топографических матриц, предохранителей в приборах пожарной безопасности.

Металлы с высокой электропроводностью(медь, алюминий) используют в электромашиностроении, в линиях электропередач, а сплавы с высоким электросопротивлением — для ламп накаливания, электронагревательных приборов.

Магнитные свойстваметаллов используются в электромашиностроении при производстве электродвигателей, трансформаторов в приборостроении (телефонные и телеграфные аппараты).

Теплопроводностьметаллов дает возможность равномерно нагревать их для обработки давлением, термической обработки, кроме того, она обеспечивает возможность пайки и сварки металлов.

Некоторые металлы имеют коэффициент линейного расширения, близкий к нулю; такие металлы применяют для изготовления точных приборов при сооружении мостов, путепроводов и др.

Химические свойства. Коррозионная стойкость особенно важна для изделий, работающих в химически активных средах (детали машин в химической промышленности). Для таких изделий используют сплавы с высокой коррозионной стойкостью — нержавеющие, кислотостойкие и жароупорные стали.

Какими свойствами обладают металлы?

Положение металлов в периодической таблице

Если в периодической таблице элементов Д.И.Менделеева провести диагональ от бериллия к астату, то слева внизу по диагонали будут находиться элементы-металлы (к ним же относятся элементы побочных подгрупп), а справа вверху – элементы-неметаллы. Элементы, расположенные вблизи диагонали (Be, Al, Ti, Ge, Nb, Sb и др.), обладают двойственным характером.
К элементам — металлам относятся s — элементы I и II групп, все d- и f — элементы, а также p- элементы главных подгрупп: III (кроме бора), IV (Ge, Sn, Pb), V (Sb,Bi) и VI (Po). Наиболее типичные элементы – металлы расположены в начале периодов (начиная со второго).

Общие свойства металлов. Виды кристаллических решеток.

атомная

ионная

металлическая

Кристаллические решетки металлического типа содержат в узлах положительно заряженные ионы и нейтральные атомы; между ними передвигаются относительно свободные электроны.

Общие физические свойства

Объясняются особым строением кристаллической решетки — наличием свободных электронов ("электронного газа").

— Пластичность — способность изменять форму при ударе, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы. В ряду Au,Ag,Cu,Sn,Pb,Zn,Fe уменьшается.

— Блеск, обычно серый цвет и непрозрачность. Это связано со взаимодействием свободных электронов с падающими на металл квантами света.

— Электропроводность.Объясняется направленным движением свободных электронов от отрицательного полюса к положительному под влиянием небольшой разности потенциалов. В ряду  Ag,Cu,Al,Fe уменьшается.
При нагревании электропроводность уменьшается, т.к. с повышением температуры усиливаются колебания атомов и ионов в узлах кристаллической решетки, что затрудняет направленное движение "электронного газа".

— Теплопроводность. Закономерность та же. Обусловлена высокой подвижностью свободных электронов и колебательным движением атомов, благодаря чему происходит быстрое выравнивание температуры по массе металла.

Наибольшая теплопроводность — у висмута и ртути.

— Твердость. Самый твердый – хром (режет стекло); самые мягкие – щелочные металлы – калий, натрий, рубидий и цезий – режутся ножом.

— Плотность. Она тем меньше, чем меньше атомная масса металла и чем больше радиус его атома (самый легкий — литий (r=0,53 г/см3); самый тяжелый – осмий (r=22,6 г/см3).
Металлы, имеющие r < 5 г/см3 считаются "легкими металлами".

— Температуры плавления и кипения. Самый легкоплавкий металл – ртуть (т.пл. = -390C), самый тугоплавкий металл – вольфрам (t0пл. = 33900C).
Металлы с t0пл. выше 10000C считаются тугоплавкими, ниже – низкоплавкими.

Общие химические свойства металлов

Сильные восстановители: Me0 – ne Men+

I. Реакции с неметаллами

С кислородом:

2Mg+ O2 2MgO

С серой:

Hg + S HgS

С галогенами:

Ni + Cl2  Ni+2Cl2

С азотом:

3Ca + N2  Ca3N2

С фосфором:

3Ca + 2P    Ca3P2

С водородом (реагируют только щелочные и щелочноземельные металлы):

2Li + H2 2LiH
Ca + H2 CaH2

II. Реакции с кислотами

Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до H восстанавливают кислоты-неокислители до водорода:

Mg + 2HCl MgCl2 + H2

2Al+ 6HCl 2AlCl3 + 3H2

6Na + 2H3PO4 2Na3PO4 + 3H2

Восстановление металлами кислот-окислителей смотри в разделах: "окислительно-восстановительные реакции", "серная кислота", "азотная кислота".

III. Взаимодействие с водой

Активные (щелочные и щелочноземельные металлы) образуют растворимое основание и водород:

2Na0 + 2H2O 2NaOH + H2

Ca0 + 2H2O Ca(OH)2 + H2

Металлы средней активности окисляются водой при нагревании до оксида:

Zn0 + H2  ZnO + H2

Неактивные (Au, Ag, Pt) — не реагируют.

Вытеснение более активными металлами менее активных металлов из растворов их солей:

Fe+ CuSO4 Cu + FeSO4

Физические свойства металлов

Каковы характерные свойства металлов и чем они определяются?

Свойства обусловлены особенностями строения металлов. Согласно теории металлического состояния, металл представляет собой вещество, состоящее из положительных ядер, вокруг которых по орбиталям вращаются электроны. На последнем уровне число электронов невелико и они слабо связаны с ядром. Эти электроны имеют возможность перемещаться по всему объему металла, т.е. принадлежать целой совокупности атомов.

Металлы в твердом и отчасти в жидком состоянии обладают рядом характерных свойств:

– высокими теплопроводностью и электрической проводимостью;

– положительным температурным коэффициентом электрического сопротивления; с повышением температуры электрическое сопротивление чистых металлов возрастает; большое число металлов обладают сверхпроводимостью (у этих металлов при температуре, близкой к абсолютному нулю, электрическое сопротивление падает скачкообразно, практически до нуля);

– термоэлектронной эмиссией, т. е. способностью испускать электроны при нагреве;

– хорошей отражательной способностью: металлы непрозрачны и обладают металлическим блеском;

– повышенной способностью к пластической деформации.

Таким образом, пластичность, теплопроводность и электропроводность обеспечиваются наличием «электронного газа».

Рубрики: Путешествия

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *