ПЛАН 1. Введение. Классификация металлов. 2. Металлическая связь.

ПЛАН 1. Введение. Классификация металлов. 2. Металлическая связь. 3. Химические свойства. 4. Природные соединения металлов. 5. Общие методы получения. 6. Сплавы. 7. Интерметаллические соединения.

характерные признаки: металлы тяжелее воды

Ga. Ga Cs. Cs Hg. Hg Большинство — твердые вещества при комнатной температуре, но есть и жидкие:

Большинство имеют металлический блеск, серые или белые Cs Cs кристаллы Cu Cu самородок Au Au самородок

1. Черные и цветные 2. Тяжелые ( ≥ƍ≥ƍ 5 г\см 33 ) и легкие ( ≤ƍ≤ƍ 5 г\см 33 ) ) 3. Драгоценные 4. Платиновые 5. Редкоземельные Благородные металлы Y, Sc, La и и лантаноиды

Черные Получено электро-л изом, чистота 99, 97% F e

Цветные AA gg Bi. Bi Rb. Rb S n. Ti

Тяжелы ее. Fe Hg. Hg Pb. Pb Bi. Bi

Тяжелые Co Sb Ni 99, 99 %% Медленный электролиз

Легк иеие. Li, K, Na, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, Sn Al. Al Ca. Ca Rb. Rb Mg. Mg «осч » »

Ag. Ag Au. Au

Os. Os Rh. Rh Pt. Pt

La. La

Eu. Eu YYSc. Sc

Металлы: ss -, -, dd -, -, ff — элементы, а также небольшое количество pp — элементов – Al. Al , , Ga. Ga , , In. In , , Tl. Tl , , Sn. Sn , , Pb. Pb , , Bi. . Металлическая связь. ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

Li 2 s 11 Al 3 s 22 3 p 3 p 11 Fe 4 s 22 3 d 3 d 66 Pb 6 s 22 6 p 6 p 22 Число ēē мало, число АО с низкой энергией велико

В кристаллах металлов АО перекрывают- сяся Единая 3 -мерная АО, в пределах которой движутся вален-тн ые ые ēē

КЧ = 88 1212 Металлическая связь ненаправленная, поэтому большие значения координационных чисел объемно-цент рирован-ная кубические: гране-центр ирован-ная гексагональная плотная упаковка. КЧ=8 КЧ=12 КЧ=

Общие: 1. Малая электроотрицательность (ЭО). 2. 2. Ме в реакциях образуют только катионы: Me. Me 00 ── nē → Me. Me n+n+ Металлы – ss -элементы: СО = +1 и +2 Образуют основные оксиды и гидроксиды Li. Li 22 O, Li. OH, KK 22 O, KOH, Ca. O, Ca(OH) 22 , Sr. O, Sr(OH)

Металлы p- p- и и d- d- элементы: Низшая СО +1, +2 Основные оксиды и гидроксиды Промежуточ-на я СО +3, +4 Высшая СО +4, +5, +6, +7, +8+8 Амфотер- ныеные Кислотные оксиды и гидроксиды Pb. O, Pb(OH) 22 , , Cu. O, Cu(OH) 22 , , Cr. O, Cr(OH) 22 , , Mn. O, Mn(OH) 22 Al. Al 22 OO 33 , , Al(OH) 33 , , Cr. Cr 22 OO 33 , , Cr(OH) 33 , , Mn. Mn 22 OO 33 , , Mn(OH) 33 , , Mn. O 22 , , Mn(OH) 44 Os. O 44 , Mn 22 OO 77 , , HMn. O 44 , , HH 22 Mn. O 44 , Mn. O 33 , , Mn. Mn 22 OO 55 , HMn. O 33 , , Cr. O 33 , H, H 22 Cr. O

ОВР с неметаллами О-ль Реагируют и пас-сивируются Не реагируют Основной продукт F 2 Почти все Al , Fe , Ni , Cu , Zn – без нагревания _ Фторид Na. F, Al. F 3 , Zn. F 2 Cl 2 Почти все Fe – в отсутствие влаги _ Хлорид KCl Ni. Cl 2 , Al. Cl 3 O 2 Многие Al , Ti , Pb , Be , Mg – без нагревания Au, Pt Оксид (Al 2 O 3 , Mg. O, Na 2 O) S Многие, но при нагревании _ Большинство (при н. у. и охлаждении) Сульфид (Na 2 S, Mg. S) H 2 Щелочные и щелочно-земе льные металлы _ Большинство, но многие рас- творяют водород Гидрид ( Na. H , Ca. H 2 , Mg. H 2 ) N 2 Li , щелочно-земе льные металлы _ Почти все Нитрид (Li 3 N, Ca 3 N 2 )

Отношение металлов к воде и водным растворам окислителей В водных растворах восстановительная активность металлов характеризуется значением стандартного окислительно-восстановительного потенциала φφ 00 Me. Me 0 0 → Me +n+n + + nēnēВос-ль Ок-ль Чем меньше φφ 00 , тем сильнее восстановительные свойства Ме 00 и слабее окислительные φφ 0 0 (( Mg. Mg )) = = ── 2, 36 B , , φφ 00 ( ( Pt. Pt ) = 1, 19 В Mg Mg легче окисляется, чем Pt. Pt

это ОВР, где окислитель Н ++ φ(2 Н ++ // НН 22 ) = — 0, 059 • р. Н = 0, 059 • 7 = -0, 413 В 2 Н 2 О + 2 ē = 2 ОН ─ + Н 2 Активные Li – Al ── 3, 04 В ─1, 66 В Средней активности Al. Al – – HH 2 2 ── 1, 66 В 0, 0 В Малоактивные HH 22 – Au 0, 0 В 1, 69 В Реагируют Ме. Ме 00 + Н 22 О → →Ме→Ме ++ ОН + Н 22 Реагируют при нагревании, пассивируются: Al. Al , , Ti. Ti , , Cr. Cr , , Fe. Fe , , Co. Co , , Ni. Ni , , Zn. Zn , , Sn. Sn , , Cd. Cd , , Pb. Pb Не реагируют ── 0, 413 << 00 Легче идет реакция 2 ОН ── +Н +Н 22 ── 2 2 ēē = 2 Н 22 О О

Ме 0 + ОН – → Ме. О 2 – + Н 2 Ме 0 + Н 2 О + ОН – → [Ме(ОН) 4 ] – + Н 2 Взаимодействие со щелочами: Реагируют только металлы, образующие амфотерные оксиды: Be + 2 Na. OH + 2 H 22 O = Na 22 [Be(OH) 44 ] ] + H+ H 22 2 Al + 2 Na. OH + 6 H 22 O = 2 Na[Al(OH) 44 ] + 3 H 22 Sn + 2 Na. OH = Na 22 Sn. O 22 + H 22 Ок-ль Н + : 2 Н 2 О + 2 ē = 2 ОН ─ + Н 2 При р. Н=14 φ (2 Н 2 О / Н 2 ) = -0, 059 • 14 = -0, 83 В φ 0 ( Be) = -1, 85 B, φ 0 (Al) = -1, 62 B, φ 0 (Sn) = -0, 14 B сплавление

Наиболее типичная реакция: Ме 0 + 2 Н + → Ме 2+ + Н 2 окислитель – Н +Взаимодействие с кислотами зависит от активности металла ( φ 0 ) и окислительных свойств кислоты Me + H 2 SO 4 (к), Me + HNO 3 Окислители – SS +6+6 , N, N +5+

Оксидные : : Fe. Fe 22 OO 33 — — гематит , , Fe. Fe 22 OO 33 • H 22 O – гетит, Al. Al 22 OO 33 – – боксит, Ti. O 22 – – рутил, Sn. O 2 2 – касситерит; Карбонатные: Ca. CO 33 — мрамор, мел, известняк; Mg. CO 33 — магнезит, Cu. CO 33 • • Cu. Cu (( OHOH )) 2 2 – малахит; СС ульфидные : : Fe. S 2 – железный колчедан (пирит), Cu 2 S • Fe. S 2 – медный колчедан (халькопирит), Pb. S – свинцовый блеск, Zn. S – цинковая обманка Силикатные и алюмосиликатные: полевой шпат KK 22 OO • • Al. Al 22 OO 33 • 6 Si. O 22 , каолинит Al. Al 22 OO 33 • 2 Si. O 22 • 2 HH 22 OO , берилл 33 Be. O • • Al. Al 22 OO 33 • 6 Si. O 22 ; ; Галидные: Na. Cl — каменная или поваренная соль, KCl — сильвин, KCl • • Mg. Cl 22 • 6 HH 22 OO – карналлит. Руды – природные соединения металлов

гематит Fe. Fe 22 OO 33 боксит Al. Al 22 OO 33 касситерит Sn. O

пирит Fe. S 2 халькопирит Cu 2 S • Fe. S

Общие методы получения: Вытеснение металла более активным металлом. Восстановление металлов неметаллами — газообразными СО и Н 22 или твердым углеродом С. Электрометаллургия — электролиз либо водных растворов либо расплавов.

3 V 2 O 5 (к) + 10 Al (к) → 5 Al 2 O 3 (к) + 6 V (к) Ti. Cl 4 (к) + 4 Na (к) → Ti (к) + 4 Na. Cl (к)Вытеснение металлами: гидрометаллургия металлотермия водный р-р 2[Au(CN) 2 ] – + Zn → [Zn(CN) 4 ] 2– + 2 Au при нагревании 700 -900 оо СС

Восстановление неметаллами — пирометаллургия -только при высоких температурах Mg. O + C = CO + Mg Sb. Sb 22 OO 44 + 4 C = 2 Sb + 4 CO Sn. O 22 + 2 C = Sn + 2 CO Pb. O + CO = Pb + CO 22 Fe. Fe 22 OO 33 + 3 H 22 = 2 Fe + 3 H 22 OO Mo. O 33 + 3 H 22 = Mo + 3 H 22 OO 2000 o C 280 -700 o C 950 o

электролиз водных растворов или расплавов: Na. Cl → Na + + Cl ─ катод ── : анод ++ : : Na. Na ++ + ē = Na 2 Cl ── — 2ē = Cl 22 Zn. SO 4 → Zn 2+ + SO 4 2─ катод ─ : анод + : Zn. Zn +2+2 + 2ē =Zn 2 H 2 H 22 O — 4 ē = 4 H ++ + 2 O 22 расплав раствор

макрогомогенная система, обладающая металлическими свойствами и состоящая из двух или более химических элементов. Компоненты: Не взаимодействуют Взаимодействуют расслоение Al и Pd Al и Cd Zn и Pbсл або СС ИИ ЛЛ ЬЬ НН ОО Гетерогенная система- смесь компонентов Гомогенная система- твердый р-р

однородное (гомогенное) кристал-лическое вещество переменного состава, в кристаллическую решетку которого входят атомы или ионы нескольких компонентов. Непрерывные: с постепенно меняющейся концентрацией компонентов от 0 до 100% существует предел растворимости одного металла в другом. Ограниченные:

растворы замещения растворы внедрения упорядоченные растворы Cu — Ni Fe — C Fe — H Cu – Au Fe – Si, Ni — Mn. Fe — Cr Fe – Al

Очень сильное взаимодействие между атомами металлов Интерметаллические соединения (интерметаллиды)- Соединения металлов между собой и с неметаллами (Н, В, С, N и др. ); связь металлическая. Sc. Mn 2 , Sc 3 Fe , Sc. Fe 3 , Ti. Cr 3 , Cr. Mn 3 , Mg 2 Si, Mg 2 Ge, Mg 2 Sn, Mg 3 P 2 , Mg 3 As 2 , Ag 3 Sn

Манганин – сплав 11% Mn, 2, 5 -3, 5% Ni и 86% Cu; Примеры сплавов: Чугун – сплав Fe. Fe с С, содержание С >> 2% масс. ; Зеркальный чугун Сталь – сплав Fe. Fe с С, содержание С менее 2% масс. ; Марганцовистая сталь – сталь, содержащая марганец не менее 1%; Нейзильбер, фехраль. Бронза – сплавы на основе Cu (Sn, Al, Be, As, Pb, Cr);

сплав Fe. Fe с С (3, 5 -5, 5%) и Mn. Mn (5 -20%); На изломе – зеркальный блеск используется в произ-водстве стали для раскисления и наугле-роживания: Mn + S = Mn. S 2 Mn + O 2 = 2 Mn. O

Обычная углеродистая нержавеющая Кровля, до 25 лет

литье. Сталь 35 Г Повышенная твердость и износостойкость щеки дробилок башня танка

высокое электрическое сопротивление, самые «тихие» сплавы: 70% Mn и 30% Cu демпфирование — поглощение энергии механических колебаний — при ударе по сплаву звук не звучит громко.

Бронза: оловянная – Cu-Sn алюминиевая – Cu-Al бериллиевая – Cu-Be и т. п. Самая древняя !

Нейзильбер: Cu. Cu (50 — 60%) –Ni–Ni (20 -25%) –Zn–Zn (18 -22%) Фехраль: Al-Cr (15 -30%)-Fe (70% и более)

двухфазная система, в которой фазы различаются степенью порядка в атомной структуре (расположение атомов). Система Ni – Al , решетка кубическая Ni Al — фаза- фаза. Ni 3 Al Определен- ный порядок расположе- нияния хаотичное расположение

Поверхность супер-сплава под микроскопом: упорядоченная -фаза хаотичная — фаза Прочность никелевых суперсплавов обусловлена трудностью перемещения одиночной дислокации через упорядоченные кубики -фазы. γγ В неупорядоченной γ-фазе дислокация перемещается относительно легко. увеличение

скалывающая сила дислокация stop Нарушение порядка требует дополнительной энергии!!!Неупорядоченный кристалл Упорядоченный кристалл

зерна << 5 мкм, под нагрузкой скользят (текут) друг по другу без разрушения: относительное растя-жение Δl/l 00 =10, то есть длина образца увели-чивается на 1000% от первоначальной. Чем мельче зерно, тем выше скорость деформации. Причина — деформация металлических связей в контактах зерен, то есть большое количество поверхностных дефектов. сплав Al-Mg-Li после испытаний на сверхпластичность 1900% Сверхбыстрое охлаждение

Чем больше S S поверхности частиц (наноразмеры), тем больше поверхностная G G Сплав не устойчив! При Т зерна укрупняются! Сверхпластическое формование детали нагрев быстрое охлаждение твердая прочная деталь конец 1990 -х, американская компания Superform: в режиме сверхпластической формовки из листа обычного алюминиевого сплава можно изготовить кузов «Феррари» за одну операцию втечение 16 часов.

Сверхбыстрое охлаждение Только ближний порядок в структуре

1976 г. — лента аморфного магнитного сплава Ni-Fe-P-B 1960 г. -первый аморфный сплав Au 7575 Si. Si 2525 нет кристаллической решетки нет дефектов нет напряжений Высокая прочность нет кристаллитов (зерен) нет границ между ними высокая химическая однородность Высокая коррозионная стойкость НО! Материал пока получается довольно дорогой!

тарелки с нагревательным контуром из тонких металлических лент: подогрев пищи прямо в тарелке. Металл для нагреватель — ного элемента — Au. Au и и аморфный металл. . Корейский ресурс Korea IT News пустил слух о применении аморфоного метала фирмы Liquidmetal в новых i. Phone 66 го го поколения. Впервые аморфный металл применялся в иголках для слота SIM в ограниченных партиях i. Phone 3 GS и i. Pad. Новый i. Phone будет представлен в июне на WWDC 2012.

Источники информации: Фролов В. В. Химия. М. : Высшая школа. 1986. Глинка Н. А. Общая химия. М. : «Интеграл-Пресс» . 2009. 727 с. http: //www. avglob. org/fehralevaya-lenta. html http: //www. nanonewsnet. ru/ http: //chemistry-chemists. com/index. html Popgun. ru, Azocm. ua, To. Student, ru Nuclearfusion. narod. ru Expert. ru http: //itrecord. ru/gadzhety/korpus-iphone-5 -budet-sdelan-iz-liquid metal/ Hrenovina. net Radelan. com. ua, periodictable. ru,