Метали - студопедія
Властивостями металів володіє більшість елементів, що входять в періодичну систему Менделєєва (дод. 9). Елементи з металевими властивостями можуть ставитися до типу s-, p-, d- або f-елементів.
Всі метали мають спільні так званими металевими властивостями, але кожен елемент проявляє їх відповідно до його положенням в періодичній системі Д. І. Менделєєва, т. Е. Відповідно до особливостей будови його атома. Залежно від того, який підрівень у атома металу заповнюється електронами, проявляються загальні хімічні властивості. Особливістю металів є їх здатність до утворення металевого зв'язку, яка визначає їх фізичні властивості. Спільність фізичних властивостей металів (висока електрична провідність, теплопровідність, гнучкість, пластичність) пояснюється спільністю будови їх кристалічних решіток. За деякими характерними фізичними властивостями метали в значній мірі відрізняються один від одного, наприклад по щільності, твердості, температур плавлення.
Атоми металів на відміну від неметалів мають значно більшими розмірами атомних радіусів. Тому атоми металів порівняно легко віддають валентні електрони. Внаслідок цього вони мають здатність утворювати позитивно заряджені іони, а в з'єднаннях виявляють тільки позитивну ступінь окислення. Багато метали, наприклад мідь (Cu), залізо (Fe), хром (Cr), титан (Ti), виявляють в з'єднаннях різну ступінь окислення.
Взаємодія металів зі складними речовинами. Відновлювальні властивості метали проявляють і в реакціях зі складними речовинами - кислотами, солями і водою.
Метали з кислотами реагують по-різному. Метали, які в електрохімічному ряді напруг металів знаходяться до водню, відновлюють іони водню з кислот (за винятком іонів водню в HNO3), а ті, які знаходяться після водню, відновлюють атом основного елемента, що утворює цю кислоту. наприклад:
При взаємодії з водними розчинами солей метали, що знаходяться в електрохімічному ряді напруг металів лівіше, відновлюють метали, що знаходяться в цьому ряду правіше від них.
Легкі конструкційні матеріали.Металли широко використовують в техніці в якості основних конструкційних матеріалів. Це пояснюється тим, що вони піддаються механічній обробці завдяки таким їх властивостями, як міцність, пластичність і т. Д. Однак конструкційні матеріали мають велику щільність, що веде до збільшення маси виробів. Це змушує шукати нові конструкційні матеріали з малою щільністю, але достатньою питомою міцністю, пластичністю. Такі конструкційні матеріали є серед металів.
Конструкційні метали з малою щільністю і великою міцністю знаходять особливо широке застосування.
Застосування легких конструкційних матеріалів і сплавів на їх основі.
Берилій. Надчистий металевий берилій, одержуваний сучасними методами вакуумної металургії, застосовується як матеріал для термоядерних реакторів, оскільки у нього хороша термічна стійкість, велика механічна міцність, стійкість до хімічної корозії. Берилій не утримує звільнилися нейтрони при розпаді ядерного пального в реакторі. З прокатного металевого берилію виготовляють вікна рентгенівських трубок, т. К. Через цей метал легко проникають рентгенівські промені. Чистий берилій використовують в акустиці, оскільки звукові хвилі проходять по ньому з більшою швидкістю. У сплавах з Cu, Ni, Mg, Al і іншими металами, що містять 0,2 - 2,5% берилію, він збільшує твердість, стійкість, еластичність основного металу. Берилові бронзи (мідно-берилові сплави), що містять 2 - 3% берилію, відрізняються високою стійкістю до корозії, високу стійкість, хорошою електропровідністю і теплопровідністю. Їх застосовують для виготовлення деталей машин. З сплаву, що містить 96,45% Cu. 2,25% Be і 1,1 - 1,3% Ni. виготовляють інструменти, які не повинні іскрити при роботі з легкозаймистими та вибуховими речовинами. Сплави берилію і магнію і берилію з алюмінієм застосовуються в авіації, а берилію з нікелем - для виготовлення хірургічних інструментів, некоррозірующіх пружин і т. Д. Берилій може застосовуватися в якості розкислювачів легких сплавів, алюмінієвих бронз і т. Д. Сплави берилію антимагнітним і володіють великою стійкістю у воді і на повітрі.
Магній. Порошок металевого магнію застосовується у фотографії і піротехніці. Листовий магній застосовують в електротехніці для виготовлення випрямлячів електричного струму. Металевий магній застосовують в металургії легких сплавів в якості раскислителя і десульфірующего агента для ряду металів, т. К. Він відновлює оксиди і сульфіди з утворенням важко розчинних в розплавлених металах сполук. В авіації та машинобудуванні широко застосовують легкі сплави магнію з іншими металами. Додавання магнію до алюмінію збільшує твердість і опір на розрив, до цинку - підвищується твердість, до марганцю - стійкість до корозії на вологому повітрі і т. Д. Широко відомі і використовуються наступні сплави магнію з іншими металами: дюралюміній, Магналії, гідроналій.
Магній застосовують також для отримання чавуну з графітом. Сплави магнію застосовуються для виготовлення деталей литтям, прокаткою, куванням і тиском. Недоліки магнієвих сплавів: мала стійкість до корозії, знижена пластичність і легке окислення в розплавленому стані.
Алюміній. Застосування алюмінію в техніці різноманітно. Особливо широко використовують легкі сплави на його основі, що відрізняються високою міцністю, корозійну стійкість і іншими цінними якостями, які визначаються різними легуючими добавками, т. К. Алюміній сплавляється сомногімі металами. Сплави алюмінію використовують в літако-, ракето- і суднобудуванні, промисловому і цивільному будівництві, військовій справі, транспортному машинобудуванні, хімічній промисловості, атомній техніці.
Алюміній - цінний електротехнічний матеріал. Електропровідність дроти з алюмінію в 2 рази вище, ніж дроти з міді. Це особливо важливо, т. К. Алюміній в 3,5 рази легше міді. Широко використовують алюміній для захисту металів від корозії методом плакирования його поверхні алюмінієм, а також алітірованія - насичення поверхні металу алюмінієм для створення щільної і міцної антикорозійного плівки. Високу стійкість проти корозії проявляє анодований алюміній.
Титан. Металевий титан входить до складу сплавів, які містять залізо, в кількості 0,1 0,6%. а також до складу вуглецевих, нержавіючих і високоякісних сталей. У сплавах Ti може бути легирующей добавкою, що надає еластичність, механічну міцність, хімічну стійкість, щільність, твердість і інші властивості, або дегазіном, що перешкоджає утворенню пір в сплавах, оскільки він пов'язує O2. N2. H2 і інші гази в важкорозчинні сполуки, які видаляються в шлак. Такі сплави Ti, як ферротитан, феррокарботітан, ферросілікотітан і ін. Дуже важливі для сучасної техніки, оскільки вони мають високу механічну міцність, легкі, тугоплавкі, тверді, стійкі до корозії. Установки і прилади, виготовлені з титану або його сплавів, можуть експлуатуватися і при високих, і при дуже низьких температурах, в морській воді, при високій вологості повітря. Надтверді сплави, отримані методом порошкової металургії з карбіду титану, карбіду вольфраму і металевого кобальту, використовують для виготовлення різців, свердел, калібрів і т. Д. З борида титану виготовляють деталі турбін, турбореактора і ракет.
207. Чим відрізняється будова матеріалів від будови атомів металів, неметалів і як це відбивається на їх хімічних властивостях?
208. Керуючись будовою атомів, охарактеризуйте спільні та відмінні фізичні властивості металів. Наведіть приклади.
209. З оксиду заліза Fe3 O4 можна отримати залізо алюміно-термічним способом. Складіть рівняння цієї реакції і покажіть перехід електродів.
210. Берилій Be і магній Mg знаходяться в одній групі періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, проте їх хімічні властивості різні. Поясніть чому. Свою відповідь підтвердіть рівняннями відповідних реакцій. Охарактеризуйте застосування берилію і магнію.
211. На підставі, яких властивостей складено електрохімічний ряд напруг металів? Чому йому дано таку назву?
212. Алюміній, його оксид і гідроксид в хімічних реакціях можуть утворювати комплексне з'єднання. Складіть рівняння відомих вам реакцій і в відповідних з'єднаннях вкажіть комплексообразователь, ліганди, координаційне число, внутрішню і зовнішню сфери.
213. Складіть схему розміщення електронів по енергетичному рівню і подуровню в атомі титану. Які ступені окиснення характерні для титану і його сполуки? Поясніть чому.
214. На підставі чого можна стверджувати, що титан є одним з найважливіших металів в сучасній техніці?
215. Складіть рівняння реакції заліза з простими і складними речовинами. Покажіть перехід електронів, поясніть, що окислюється і що відновлюється, що є окислювачем і що відновником.
216. Що таке сплави і як їх класифікують?
217. Складіть електронні формули сполук, утворених алюмінієм з азотом і сіркою.
218. Алюміній, взаємодіючи з карбідом кальцію СаС2. дає кальцій і карбід алюмінію. Складіть рівняння цієї реакції.
219. Як хімічним шляхом видалити з алюмінієвого виробу продукти корозії (оксид і гідроксид алюмінію), не завдаючи шкоди металу?
220. Складіть рівняння реакції отримання титану з його вищого оксиду алюмінотермічеським шляхом.
221. Який метал є найпоширенішим в земній корі? Яка формула його найважливішою руди?
222. Які метали є основою легких конструкційних металів? Чому не використовуються інші легкі метали?
223. Як отримують алюміній в промисловості?
224. Чому алюміній і його сплави стійкі на повітрі?
225. Яким чином можна зруйнувати оксидну плівку алюмінію?
226. Наведіть якісні реакції на алюміній в сплавах.
227. Як отримують титан в промисловості? Наведіть найважливіші рівняння реакції.
228. Вкажіть найважливіші фізико-хімічні властивості титану.
229. Завдяки яким найважливіших властивостей титанові сплави застосовуються в літако- і ракетобудуванні?
230. Які властивості має титанат барію ВаTiO3; і де він застосовується?
231. Вкажіть найважливіші фізико-хімічні властивості берилію.
232. Чому застосування в промисловості берилію і його сплавів обмежена?
233. Як отримують магній в промислових умовах?
234. Вкажіть основні фізико-хімічні властивості магнію.
235. Які властивості магній надає сплавів? Де вони застосовуються?
236. Вкажіть основний недолік магнієвих сплавів.