Металлы С давних пор простые вещества разделяли на

Металлы С давних пор простые вещества разделяли на металлы и неметаллы. В средние века было известно всего 7 металлов: Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Fe, Hg. К металлам относили вещества с характерным «металлическим» блеском, ковкие. По мере развития химии было обнаружено много других отличительных свойств, присущих металлам.

Металлы. Если в ПСЭ провести диагональ от B к At, то в правой верхней части ПС будут находиться неметаллы (исключая элементы побочных подгрупп), а в левой нижней – металлы.

Металлы. Элементы, расположенные вблизи диагонали (Al, Ti, Ga, Nb, Sb и другие), обладают двойственным характером (промежуточными свойствами). То есть к металлам относятся: все s - элементы (I и II гр. ), все d- и f- элементы, а также p-элементы главных подгрупп: III (кроме B), IV (Sn, Pb), V (Sb, Bi) и VI (Po). Т. о. из 118 элементов 96 являются металлами.

Металлы. Нахождение в природе Самыми распространёнными металлами в земной коре являются: 7% - Al 5% - Fe 4% - Ca по 2% - Na, K, Mg Ag-1∙ 10 -5% Au- 5∙ 10 -7% Pt- 5∙ 10 -8% Содержание остальных металлов незначительно: 0, 3 % - Cr 0, 2 % - Ni 0, 01 % - Cu

Металлы. Нахождение в природе Металлы встречаются в природе как в свободном виде, так и в соединениях: Щелочные, щелочно-земельные (до Ni) – в виде солей, металлы средней активности – в виде оксидов. Ag, Pt, Au - в свободном виде

Металлы. Физические свойства 1) Все металлы ( за исключением Hg, Cs и Ga ) в обычных условиях являются твёрдыми веществами. Натрий – мягкий металл, его можно резать ножом

Металлы. Физические свойства 2) Высокая электро- и теплопроводность Это обусловлено наличием в металлических решётках свободно перемещающихся электронов, которые в электрическом поле легко приобретают направленное движение. Лучшими проводниками являются: Ag, Cu и Al. При повышении tº электропроводность и теплопроводность металлов понижается, т. к. усиливаются колебания атомов, что затрудняет направленное движение электронов. Hо при понижении tº электропроводность растёт и вблизи абсолютного 0 переходит в сверхпроводимость.

Металлы. Физические свойства 3) Ковкость и пластичность. Многие металлы пластичны и обладают хорошей ковкостью, что объясняется особенностью металлической связи; т. к. атомы в металлической решётке непосредственно не связаны друг с другом, отдельные слои могут перемещаться один относительно другого. Это свойство металлов используется при их механической обработке. Ковкие: щелочные металлы, Au, Ag, Cu. Хрупкие: Cr, Mn, Sb…- т. к. у атомов этих элементов по 5 -7 свободных электронов, которые препятствуют свободному перемещению слоёв атомов.

Металлы. Физические свойства 4) Плотность различна. Она тем меньше, чем меньше атомная масса элемента – металла и чем больше радиус атома. Самый лёгкий: Li = 0, 53 г/см 3 Самый тяжёлый: Os = 22, 6 г/см 3 < 5 г/см 3 - лёгкие металлы > 5 г/см 3 - тяжёлые металлы. Металлический рубидий в ампуле

Металлы. Физические свойства 5) tº плавления. Самые легкоплавкие: Hg t плавления = -38, 9 º C Cs t плавления = 29 º С Ga t плавления = 29, 8 º C Самый тугоплавкий: W t плавления = 3390 º C он применяется для изготовления нитей накаливания электроламп t плавления ‹ 1000 º C - легкоплавкие металлы. t плавления › 1000 º C - тугоплавкие. Металлический цезий в ампуле

Металлы. Физические свойства 6) Отношение к магнитным полям а) Ферромагнитные – способные намагничиваться при действии слабых магнитных полей (Fe, Co, Ni…) б) Парамагнитные – проявляют слабую способность к намагничиванию (Al, Cr, Ti…) в) Диамагнитные – не притягивающиеся к магниту (Bi, Sn, Cu) и даже слегка отталкивающиеся от него.

Способы получения металлов Au, Pt – встречаются в виде самородных металлов. Ag, Cu, Hg, Sn – металлы, находящиеся в природе как в самородном состоянии, так и виде соединений. Остальные металлы, стоящие в ряду напряжений до Sn – только в виде соединений. Металлы получают из минералов или горных пород, содержащих металлы или их соединения – из руд. Минералы алюминия: Боксит Креолит Кристаллы хлорида натрия – минерал галит

Ученые, занимающиеся получением металлов. Николай Николаевич Бекетов (1827 -1911) Русский химик и физик. Способствовал развитию физической химии как самостоятельной области науки. Открыл химический процесс вытеснения металлов из растворов их солей под действием других металлов и водорода.

Ученые, занимающиеся получением металлов. Гемфри Дэви (1778 -1829) Английский химик и физик. Один из основателей электрохимии. Путем электролиза солей и щелочей получил калий, натрий, барий, кальций, амальгаму (раствор металла в ртути) стронция и магния.

Металлы. Способы получения металлов Металлургия – наука о промышленных способах получения металлов из природного сырья. Металлургией также называют металлургическую промышленность. Современная металлургия получает более 75 металлов и сплавов на их основе В зависимости от способов получение металлов различают: -пирометаллургию -гидрометаллургию -электрометаллургию

Металлы. Способы получения металлов 1. Пирометаллургия - занимает ведущее место в металлургии. Она основана на реакциях восстановления при высокой tº. В качестве восстановителей применяют: уголь, активные металлы, CO, H 2, CH 4. Cu 2 O + C = 2 Cu + CO Cu 2 O + CO = 2 Cu + CO 2 Если руда – это сульфид металла, её предварительно переводят в оксид путём окислительного обжига: 2 Zn. S + 3 O 2 = 2 Zn. O + 2 SO 2 Zn. O + C = Zn + CO

Пирометаллургия Если восстановитель металлотермия: - металл, процесс называется Cr 2 O 3 + 2 Al = 2 Cr + Al 2 O 3 Ti. Cl 4+ 2 Mg = Ti + 2 Mg. Cl 2 Этим способом получают металлы, которые с углеродом образуют карбиды – Mn, Cr, Ti, Mo, W и другие. Если восстановитель – H 2, процесс называют водородотермия. В этом случае получают металлы большой чистоты: Mo. O 3 + 3 H 2 = Mo + 3 H 2 O WO 3 + 3 H 2 = W + 3 H 2 O

Металлы. Способы получения металлов 2. Гидрометаллургия – способы получения металлов из растворов их солей. Металл, входящий в состав руды, сначала переводят в раствор, затем извлекают из раствора. Cu. O + H 2 SO 4= Cu. SO 4 + H 2 O Cu. SO 4 + Fe = Cu + Fe. SO 4 Этот метод позволяет получать металлы, не извлекая руду на поверхность: добывают: Au, Ag, Zn, Cd, U и другие. Например, Au (метод цианирования, из бедных руд) Руду, содержащую самородное золото обрабатывают KCN. Всё KCN золото переходит в раствор в виде растворимых комплексных соединений. Из раствора его извлекают вытеснением металлическим Zn, Al или электролизом.

Металлы. Способы получения металлов 3. Электрометаллургия – способы получения металлов с помощью электролиза Т. о. получают лёгкие металлы - Al, Na и другие из их расплавленных оксидов или хлоридов. Электролиз также используют для очистки некоторых металлов. Из очищаемого металла изготавливают анод. При электролизе анод растворяется, ионы металла переходят в раствор, а на катоде они осаждаются. Примеси переходят в раствор. Так получаются электролитические чистые металлы: Cu, Ag, Fe, Ni, Pb и многие другие.

Металлы. Способы получения металлов Электролиз расплава Mg. Cl 2: (-) катод: Mg 2+ + 2 е- = Mg (+) анод: 2 Cl- = 2 Cl + 2 е 2 Cl = 2 Cl 2 Mg 2++2 Cl= Mg + Cl 2 Электролиз – совокупность процессов, происходящих при прохождении электрического тока через электрохимическую систему. Электрохимическая система состоит из двух электродов (проводников 1 рода), раствора или расплава электролита (проводника 2 рода) и внешней цепи, соединяющей электроды.

Способы получения металлов Доменная печь

Способы получения металлов Конвертер

Металлы. Химические свойства металлов Атомы металлов сравнительно легко отдают валентные электроны, поэтому металлы являются восстановителями. Вступают в реакции с различными веществами, среди которых могут быть - простые вещества, - кислоты, - соли менее активных металлов и другие.

I. Реакции с простыми веществами. Атом водорода восстанавливается до степени окисления – 1.

Металлы. Химические свойства металлов II. Реакции со сложными веществами. 1) Взаимодействие с кислотами. Металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода, вытесняют его из кислот: (Исключение составляют концентрированная серная кислота и азотная кислота). 2) Взаимодействие с солями. Более активные металлы вытесняют менее активные из растворов их солей:

Металлы. Химические свойства металлов 3) Самые активные металлы взаимодействуют с H 2 O с образованием щёлочи: Менее активные – с образованием оксида: Кусочек металлического натрия реагирует с водой в присутствии фенолфталеина 4) Металлы могут образовывать соединения между собой интерметаллиды В этих веществах химическая связь преимущественно металлическая. По внешнему виду они похожи на металлы. Твёрдость – выше, пластичность – ниже, чем у образующих их металлов. Применение – полупроводники.

Окраска пламени ионами щелочных металлов Li+ Cs+ Na+ Cs+

Сплавы – это материалы, состоящие из 2 -х и более компонентов, из которых хотя бы один - металл. Свойства сплавов весьма разнообразные и отличаются от исходных компонентов. (Например; сплав Ag и Au характеризуются большой твёрдостью). При взаимодействии металлов возможны следующие варианты. 1) Расплавленные металлы смешиваются в любых соотношениях, однако при охлаждении твёрдый раствор не образуется, получаются мелкие образуется кристаллики (т. е. механическая смесь). Pb - Sn, Bi - Cd, Ag - Pb.

Сплавы 2) Расплавленные металлы смешиваются в любых соотношениях, неограниченно растворяясь друг в друге. При охлаждении получаются твёрдые растворы (Ag-Cu, Cu-Ni, Ag. Au, Mg-Fe, Pt-Au), т. е. металлы, кристаллизующиеся в однотипных решётках и имеющие близкие по размерам атомы. По сравнению с чистыми металлами твёрдые растворы характеризуются более высокой прочностью, твёрдостью, химической стойкостью, они пластичны и хорошо проводят электрический ток. 3) Расплавленные металлы при смешивании взаимодействуют друг с другом, образуя химические соединения – интерметаллиды. Cu. Zn, Cu. Zn 3, Cu 2 Zn 3 Ca 3 Sb 3 , Na 2 Pb 5, Na 4 Pb, Zn 3 Hq, Aq 2 Zn 5, Cu 3 Zn.

Применение сплавов

Оборудование для получения сплавов

Примеры сплавов Бронза – 90% Cu, 10% Sn 20% Латунь – 60% Cu, 40% Zn – детали механизмов Мельхиор – 80% Cu, 20% Zn Нихром - 80% Ni, 20% Cr Нейзильбер – 65% Cu, 20% Zn, 15% Zn –монеты Дюралюмин – 94% Al, 4% Cu, 0, 5% Mg 0, 5% Mn 0, 5% Fe 0, 5% Si Чугун – Fe ≥ 1, 7% C, Si, Mg, S, P. Сталь – Fe 0, 1 -2% C, , Si, Mn, S, P.

Примеры сплавов Сплав: 10% Tl, 20% Sn, 70% Pb – не разъедается даже смесью H 2 SO 4 + HCl + HNO 3. Нержавеющая сталь ≥ 12% Cr Победит – 80 -85% W, 7 -13% Co, 5 -7% C. Константан – 40% Ni, 60% Cu – измерительные приборы. Никелин – 31% Ni, 56% Cu, 13% Zn – электрические нагреватели.