Какое из указанных свойств характерно только для металлов

Слово «металл» заимствовано из немецкого языка и окончательно усвоено в Петровскую эпоху. Первоначально имело общее значение «минерал, руда, металл», а разграничение этих понятий произошло во времена М.В.Ломоносова.
Немецкое слово «metall» произошло от латинского «metallum» — «рудник, металл».
В латинский язык слово пришло из греческого — μεταλλον: «рудник, копь».

В современном понимании, металлы — группа химических элементов, в виде простых веществ, обладающих характерными металлическими свойствами: высокая тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.
Однако в астрофизике термин «металл» может иметь другое значение и обозначать все химические элементы тяжелее гелия.
Как химические элементы металлы очень распространены. Из 118 химических элементов, открытых на данный момент (из них не все официально признаны), к металлам относят:
6 элементов в группе щелочных металлов,
6 в группе щёлочноземельных металлов,
38 в группе переходных металлов,
11 в группе лёгких металлов,
7 в группе полуметаллов,
14 в группе лантаноиды + лантан,
14 в группе актиноиды (физические свойства изучены не у всех элементов) + актиний,
вне определённых групп — бериллий и магний.
Таким образом, к металлам относится 96 элементов из всех открытых.

Свойства металлов
Характерные свойства металлов
Металлический блеск (характерен не только для металлов: его имеют и неметаллы иод и углерод в виде графита)
Хорошая электропроводность (из неметаллов электропроводностью обладает также углерод)
Возможность лёгкой механической обработки (см.: пластичность; однако некоторые металлы, например, германий и висмут, непластичны)
Высокая плотность (обычно металлы тяжелее неметаллов)
Высокая температура плавления (исключения: ртуть, галлий и щелочные металлы)
Большая теплопроводность
В реакциях чаще всего являются восстановителями

Физические свойства металлов
Все металлы (кроме ртути и, условно, франция) при нормальных условиях находятся в твёрдом состоянии, однако обладают различной твёрдостью.
Температуры плавления чистых металлов лежат в диапазоне от −39°C (ртуть) до 3410°C (вольфрам). За исключением щелочных, металлы плавятся при высокой температуре, однако некоторые, например, олово и свинец, можно расплавить на обычной электрической или газовой плите.
В зависимости от плотности, металлы делят на лёгкие (плотность 0,53 ÷ 5 г/см³) и тяжёлые (5 ÷ 22,5 г/см³). Самым лёгким металлом является литий (плотность 0.53 г/см³). Самый тяжёлый металл в настоящее время назвать невозможно, так как плотности осмия и иридия — двух самых тяжёлых металлов — почти равны (около 22.6 г/см³ — ровно в два раза выше плотности свинца), а вычислить их точную плотность затруднительно: требуется полностью очистить металлы, так как любые примеси снижают их плотность.
Большинство металлов пластичны, то есть металлическую проволоку можно согнуть, и она не сломается. Это происходит из-за смещения слоёв атомов металлов без разрыва связи между ними. Самыми пластичными являются золото, серебро и медь. Из золота можно изготовить фольгу толщиной 0,003 мм, которую используют для золочения изделий. Однако проволока из цинка или олова хрустит при сгибании, марганец и висмут почти не сгибаются, а сразу ломаются. Пластичность зависит и от чистоты металла. Очень чистый хром весьма пластичен, но, загрязнённый даже незначительными примесями, становится хрупким и более твёрдым.
Все металлы хорошие проводники. Это обусловлено наличием в их кристаллических решётках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля. Серебро, медь и алюминий имеют наибольшую электропроводность. По этой причине последние два металла чаще всего используют в качестве материала для проводов. Очень высокую электропроводность имеет также натрий, в экспериментальной аппаратуре известны попытки применения натриевых токопроводов в форме тонкостенных труб из нержавеющей стали, заполненных натрием. Благодаря малому удельному весу натрия, при равном сопротивлении натриевые «провода» получаются значительно легче медных и даже несколько легче алюминиевых.
Высокая теплопроводность металлов также зависит от подвижности свободных электронов. Поэтому ряд теплопроводностей похож на ряд электропроводностей, и лучшим проводником тепла, как и электричества, является серебро. Натрий также находит применение как хороший проводник тепла. Широко известно, например, применение натрия в клапанах автомобильных двигателей для улучшения их охлаждения.
Цвет у большинства металлов примерно одинаковый — светло-серый с голубоватым оттенком. Золото, медь и цезий соответственно жёлтого, красного и светло-жёлтого цвета.

Металлы в природе. Добыча и обогащение

Источник

Общие физические свойства мекталлов:

1) Пластичность – способность изменять форму при ударе, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы. В ряду – Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe уменьшается.
2) Блеск, обычно серый цвет и непрозрачность. Это связано со взаимодействием свободных электронов с падающими на металл квантами света.
3) 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”.
4) 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.
5) Твердость. Самый твердый – хром (режет стекло) ; самые мягкие – щелочные металлы – калий, натрий, рубидий и цезий – режутся ножом.
6) 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”.
7) Температуры плавления и кипения. Самый легкоплавкий металл – ртуть (т. пл. = -39°C), самый тугоплавкий металл – вольфрам (t°пл. = 3390°C).
Металлы с t°пл. выше 1000°C считаются тугоплавкими, ниже – низкоплавкими.

Все металлы являются восстановителями. Для металлов главных подгрупп восстановительная активность (способность отдавать электроны) возрастает сверху вниз и справа налево. Например, Натрий и кальций вытесняют водород из воды уже при обычных условиях:

Ca + 2H2O  Ca(OH)2 + H2¬ ; 2Na + 2H2O  2NaOH + H20

А магний при повышении температуры:

Mg + H2O –t MgO + H2

Восстановительная способность и химическая активность элементов побочных подгрупп увеличивается снизу вверх по группе (например, серебро на воздухе окисляется, а золото нет; медь вытесняет серебро из его соли) :

Cu + 2AgNO3 → 2Ag ↓ + Cu(NO3)2
Cu0 -2 ē → Cu+2 1 О. О. В.
Ag+ + ē → Ag0 2 В. В. О.

Высшая положительная степень окисления для металлов главных подгрупп в их соединениях равна номеру группы (например, NaCl, MgCl2, AlCl3, SnCl4), а для металлов побочных подгрупп в их кислородосодержащих соединениях также часто совпадает с номером группы (например, ZnO, TiO2, V2O5, CrO3, KMnO4).
Свойства оксидов металлов слева направо по периоду и снизу вверх по группе изменяются от основных к амфотерным для металлов главных подгрупп (Na2O и MgO – основные оксиды, Al2O3 и BeO – амфотерные) . Для металлов побочных подгрупп свойства оксидов, в которых металлы проявляют свою высшую степень окисления, изменяются от основных через амфотерные к кислотным ( CuO – основной, ZnO – амфотерный, CrO3 – кислотный) .
Сила оснований, образуемых металлами главных подгрупп увеличивается справа налево по периоду и сверху вниз по группе ( Be(OH)2 и Al(OH)3– амфотерные гидроксиды, Mg(OH)2 – слабое основание, NaOHи – Ca(OH)2 сильные основания) . Гидраты оксидов металлов побочных подгрупп с высшими степенями окисления металла вдоль периода слева направо меняют свои свойства от оснований через амфотерные гидроксиды к кислотам ( Cu(OH)2 – основание, Zn(OH)2 – амфотерный гидроксид, H2CrO4 – кислота) .
В природе металлы встречаются в основном в виде соединений – оксидов или солей. Исключение составляют такие малоактивные металлы, как серебро, золото, платина, которые встречаются в самородном состоянии.
Все способы получения металлов основаны на процессах их восстановления из природных соединений.

Источник

В одной из предыдущих частей мы уже говорили, что металлы характеризуются металлическими свойствами, то есть способностью отдавать электроны, а чуть позднее, это было вот тут, упомянули о том, что говорить о металлической связи мы можем тогда, когда эта самая связь образуется между атомами химических элементов металлов.
Сегодня мы попробуем раскрыть большую часть первоначальных сведений, касающихся металлической связи, что, кстати, позволит понять в том числе и природу физических свойств металлов, поэтому наберитесь терпения, возможно, будет интересно!

Различные металлические воплощения

Начнём мы несколько издалека, а именно с определения химии (неожиданно). Я не удивлю Вас, если скажу, что
Химия – это наука о веществах, их свойствах и превращениях.
Попробуем коротко раскрыть смысл, заложенный в данном определении. Для этого мы должны прийти к единой точки зрения относительно таких понятий, как вещества и их свойства.

Вещество – это то, из чего состоит физическое тело. И вне всяких сомнений металлы непосредственно относятся к веществам, положенным в основу огромного количества физических тел, так железо (Fe) или медь (Cu) являются веществом для таких физических тел, как гвоздь или проволока. Но мы идём дальше.

А как определить, что такое свойства вещества? Давайте размышлять. Например, у меня есть различные свойства. Рост, вес, возраст и т.д. Совокупность всех моих свойств в конечном итоге отличает меня от Вас. Понимаете? Проводя аналогию с веществами, можно сказать, что
Свойства вещества – это то, что отличает одни вещества от других.

Физические свойства металлов.

И если физические свойства металлов нам из нашей повседневной практики известны достаточно хорошо, то вопрос о том, чем могут быть обусловлены эти свойства, я думаю, большинству из нас не покажется столь уж простым.
Дело в том, что в химии существует понимание: свойства вещества обусловлены, во-первых, составом вещества, во-вторых, его строением.

Свойства любого вещества обусловлены его составом и строением

И состав и строение в каждом конкретном случае по понятным причинам может значительно изменяться, внося свои существенные коррективы в итоговый результат, но наша задача выделить в этом общее, характерное для металлов!
Общую составляющую состава мы уже коротко обсудили, она включает в себе систему, состоящую из атомов химических элементов металлов, объединённых химической связью, что коротко может быть описано как Ме – Ме.
Чтобы добраться до общего, характеристического для металлов по части строения, нам вновь придётся поразмышлять. Итак, если металлы характеризуются металлическими свойствами, то есть, способностью отдавать электроны, то возникает логичный вопрос: кому они отдают электроны? Представьте, если я хочу отдать электроны, и Вы хотите отдать электроны, как мы можем найти общий язык?
Как выяснилось, атомы химических элементов металлов при образовании химической связи между собой отдают электроны в общее пользование, а в некотором роде освобождают эти электроны, и последние заполняют собой межузловое пространство металлической кристаллической решётки.

Схема металлической кристаллической решётки

Таким образом мы вводим новое для нас понятие:

Кристаллическая решётка – совокупность упорядоченно расположенных в пространстве структурных единиц твёрдого вещества.

Структурные единицы, входящие в состав кристаллической решётки называются узлами. Для удобства работы нашего представления узлы кристаллической решётки соединяют воображаемыми линиями.

В узлах же металлической кристаллической решётки находятся так называемые атом-ионы. Почему?
Дело в том, что освобождая электроны, или отдавая электроны в общее пользование для всей металлической кристаллической решётки, атом металла (Ме) перестаёт быть атомом и приобретает положительный заряд , то есть, становится ионом (катионом).

Схема металлической химической связи

Данный процесс обратим. (Стрелочка, направленная как в одну сторону, так и в другую, – символ обратимости). То есть, в действительности происходит беспокойный переход атома металла в состояние иона (катиона) с освобождением электронов и наоборот.
Почему же при отдаче электронов атом металла приобретает положительный заряд? Дело в том, что в случае отдачи электронов совокупный отрицательный заряд электронной оболочки уменьшается, а положительный заряд ядра остаётся неизменным и начинает преобладать над отрицательным зарядом электронной оболочки, что приводит к совокупному положительному заряду всей частицы, то есть к состоянию иона (катиона).

Переход атома кальция (Ca) в состояние иона (катиона) кальция

Теперь мы наконец-то готовы определить, что же такое металлическая связь:

Металлическая связь – это химическая связь, образованная за счёт обобществлённых (свободных) электронов, между атом-ионами металлов.

Именно наличием в межузловом пространстве металлической кристаллической решётки свободных обобществлённых электронов и объясняются все физические свойства металлов, такие как электропроводность, металлический блеск, ковкость и так далее.
Возможно, поподробнее мы об этом когда-нибудь и поговорим. А на этом у меня всё. Спасибо. Пока.

Источник

Тест по теме «Физические свойства металлов»

Часть А ( Задания с выбором ответа)

А1. Тип связи, существующий в кристаллах металлов

Ковалентная неполярная 2) ковалентная полярная 3) ионная 4) металлическая

А2. В узлах кристаллических решёток металлов располагаются

Атомы и положительные ионы металлов 3) молекулы
Атомы и отрицательные ионы металлов 4) электроны

А3. Укажите верное суждение: А) элетро- и теплопроводность – важнейшие свойства металлов;

Б) Все металлы – твёрдые и хрупкие.

1) верно только А 2) верно только Б 3) верны оба суждения 4) оба суждения неверны

А4. Металлическая связь обеспечивает

Электро- и теплопроводность 2) Металлический блеск 3) пластичность 4) все вышеперечисленные свойства

А5.Пластичность металлов обусловлена

Отражение световых лучей
Присутствием подвижных электронов в кристаллических решётках
Скольжением слоев атом-ион в кристаллах относительно друг друга
Колебанием ионов при посредстве электронов

А6. Электропроводность металлов обусловлена

Скольжением слоев атом-ион в кристаллах относительно друг друга

2) Присутствием подвижных электронов в кристаллических решётках

3) Отражение световых лучей

4) Колебанием ионов при посредстве электронов

А7. Теплопроводность металлов обусловлена

Скольжением слоев атом-ион в кристаллах относительно друг друга 3) Отражение световых лучей
Присутствием подвижных электронов в кристаллических решётках 4) Плотностью металлов

А8. Металлический блеск металлов обусловлен

Скольжением слоев атом-ион в кристаллах относительно друг друга
Присутствием подвижных электронов в кристаллических решётках
Отражение световых лучей 4) Колебанием ионов при посредстве электронов

А9. Жидкое агрегатное состояние при 25 0С характерно для 1) Hg 2) Cd 3) Cu 4) Sn

А10. Самые твёрдые металлы находятся

В основной подгруппе I группы 3) В основной подгруппе IV группы
В побочной подгруппе III группы 4) В побочной подгруппе VI группы

А11. Самые мягкие металлы находятся

В основной подгруппе I группы 3) В основной подгруппе IV группы

В побочной подгруппе III группы 4) В побочной подгруппе VI группы

А12. Легкий метал 1) Ca 2) Fe 3) Cu 4) Mo

А13. Легкоплавкий металл 1) Fe 2) Ba 3) Na 4) Cr

А14. Самый тяжелый металл 1) Pb 2) Os 3) Hg 4) Au

А15. Самый тугоплавкий металл 1) Cr 2) Os 3) Li 4) W

Часть В ( Задания с кратким ответом)

В1. Установите соответствие между свойствами металла и фактором его обуславливающим. Ответ дайте в виде последовательности цифр, соответствующих буквам по алфавиту.

СВОЙСТВА МЕТАЛЛА ФАКТОР

А) электропроводность 1) Скольжением слоев атом-ион в кристаллах относительно друг друга

Б) теплопроводность 2) Отражение световых лучей

В) металлический блеск 3) наличие положительных ионов в узлах кристаллической решётки

Г) пластичность 4) присутствие в кристаллической решётке подвижных электронов

В2. Установите соответствие между металлом и его характерным свойством. Ответ дайте в виде последовательности цифр, соответствующих буквам по алфавиту.

МЕТАЛЛ СВОЙСТВО

А) Ag 1) лучшая отражательная способность

Б) Cr 2) наиболее тугоплавкий

В) Au 3) самый тяжёлый

Г) W 4) самый пластичный

Д) Os 5) наиболее твёрдый

В3. К легким металлам относятся: 1) Na 2) Cr 3) Li 4) Ba 5) AL 6) Sc 7) Ti 8) Os. Ответ дайте в виде последовательности цифр в порядке возрастания.

В4. В конструкцию электролампы входят металлы: 1) Zn 2) Hg 3) W 4) Cu 5) Pb 6) Li 7) Na 8) Fe 9)Au. Ответ дайте в виде последовательности цифр в порядке возрастания.

В5. . Установите соответствие между металлом и группой металлов в технике. Ответ дайте в виде последовательности цифр, соответствующих буквам по алфавиту.

МЕТАЛЛ ГРУППА МЕТАЛЛОВ

А) Ag 1) чёрные

Б) Cr 2) цветные

В) Au 3) драгоценные

Г) Fe

Д) сплавы Fe

Тест по теме «Сплавы»

Часть А ( Задания с выбором ответа)

А1.Сплав меди и олова 1) Бронза 2) чугун 3) сталь 4) дюралюминий

А2. Сплав железа с углеродом 1)Бронза 2) чугун 3) латунь 4) дюралюминий

А3. Сплав алюминия, марганца и меди 1)Бронза 2) чугун 3) сталь 4) дюралюминий

А4. Укажите верное суждение: А) компонентами сплавов могут быть металлы;

Б) компонентами сплавов могут быть неметаллы и соединения.

1) верно только А 2) верно только Б 3) верны оба суждения 4) оба суждения неверны

А5.Неоднородным сплавом является 1) Бронза 2) чугун 3) сталь 4) дюралюминий

А6. Содержание углерода в чугуне 1) 1-1,5% 2) 1-3% 3) 2-4,5% 4) 3-6%

А7. К чёрным металлам относится 1) Латунь 2) мельхиор 3) дюралюминий 4) сталь

А8. К цветным сплавам относится 1) Латунь 2) легированная сталь 3) чугун 4) углеродистая сталь

А9. Используется для переработки в сталь

Литейный чугун 2) серый чугун 3) белый чугун 4) углеродистая сталь

А10. Используется при производстве литых деталей

Цементит 2) серый чугун 3) белый чугун 4) все выше перечисленные

А11. Твёрдые стали содержат углерода

4,3%

А12. Сплав, содержащий медь и до 20% олова

Латунь 2) бронза 3) мельхиор 4) дюралюминий

А13. Сплав, содержащий медь и 10-50% цинка

Латунь 2) бронза 3) мельхиор 4) дюралюминий

А13. Сплав, содержащий 80% меди и 20% никеля

Латунь 2) бронза 3) мельхиор 4) дюралюминий

А15. Сплав, применяемый в самолёто- и машиностроении

Латунь 2) бронза 3) мельхиор 4) дюралюминий

Часть В ( Задания с кратким ответом)

В1. Установите соответствие между легирующим элементом и особыми свойствами стали, содержащей этот элемент. Ответ дайте в виде последовательности цифр, соответствующих буквам по алфавиту.

ЛЕГИРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ОСОБЫЕ СВОЙСТВА СТАЛИ

А) Cr 1) вязкость, механическая прочность, коррозионная стойкость

Б) Ni 2) твёрдость и коррозионная стойкость

В) W 3) жаростойкость, механическая прочность при высоких температурах, коррозионная стойкость

Г) Ti 4) твёрдость и жаропрочность, износоустойчивость

Д) Mn 5) Твёрдость, механическая прочность, устойчивость к ударам и трению

В2. Установите соответствие между легирующим элементом и изделием, для производства которых используется сталь.

Ответ дайте в виде последовательности цифр, соответствующих буквам по алфавиту.

ЛЕГИРУЮЩИЙ

ЭЛЕМЕНТ ИЗДЕЛИЯ

А) Cr 1) Инструменты, резцы, зубила

Б) Ni 2) В самолёто-, ракето- и судостроении. Химическая аппаратура

В) Mn 3) Детали дробильных установок, железнодорожные рельсы, зубья ковшей экскаваторов

Г) Ti 4) турбины электростанций и реактивных двигателей, измерительные приборы, детали, работающие при высоких t

Д) W 5) быстрорежущие инструменты, пилы, фрезы, штампы, нити электрических ламп

В3. Расположите сплавы в порядке возрастания содержания в них углерода:1) чугун 2) мягкая углеродистая сталь 3) твёрдая углеродистая сталь 4) средняя углеродистая сталь. Ответ дайте в виде последовательности цифр.

В4. Установите соответствие между легирующим элементом в сплаве и названием сплава. Ответ дайте в виде последовательности цифр, соответствующих буквам по алфавиту.

ЛЕГИРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ НАЗВАНИЕ СПЛАВА

А) 1,25-4,0% Si 1) серый чугун

Б) углерод в виде графита 2) белый чугун

В) 1,5% Mn

Г) 4% Mn

Д) Fe3C

В5. Установите соответствие между легирующим элементом в сплаве и названием сплава. Ответ дайте в виде последовательности цифр, соответствующих буквам по алфавиту.

ЛЕГИРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ НАЗВАНИЕ СПЛАВА

А) Cu 50% Zn 1) дюралюминий

Б) Cu 20% Sn 2) мельхиор

В) Cu 20% Ni 3) латунь

Г) AL Cu,Mn 4) бронза

Источник