Свойства металлов
Металлы: общая характеристика металлов и сплавов
Подготовка к ЕГЭ по химии
В настоящее время известно химических элементов, большинство из них - металлы. Последние весьма распространены в природе и встречаются в виде различных соединений в недрах земли, водах рек, озер, морей, океанов, составе тел животных, растений и даже в атмосфере. По своим свойствам металлы резко отличаются от неметаллов. Впервые это различие металлов и неметаллов определил М. Причисляя тот или иной элемент к разряду металлов, мы имеем в виду наличие у него определенного комплекса свойств:. Все металлы и сплавы, применяемые в настоящее время в технике, можно разделить на две основные группы. К первой из них относят черные металлы - железо и все его сплавы, в которых оно составляет основную часть. Этими сплавами являются чугуны и стали. В технике часто используют так называемые легированные стали. К ним относятся стали, содержащие хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий, кобальт, титан и другие металлы. Иногда в легированные стали входят различных металлов. Методом легирования получают различные ценные стали, обладающие в одних случаях повышенной прочностью, в других - высокой сопротивляемостью к истиранию, в третьих - коррозионной устойчивостью, то есть способностью не разрушаться под действием внешней среды. Ко второй группе относят цветные металлы и их сплавы. Они получили такое название потому, что имеют различную окраску. Например, медь светло-красная, никель, олово, серебро - белые, свинец - голубовато-белый, золото -желтое. Из сплавов в практике нашли большое применение: Наряду с черными и цветными металлами выделяют еще группу благородных металлов: Они названы так потому, что практически не окисляются на воздухе даже при повышенной температуре и не разрушаются при действии на них растворов кислот и щелочей. Однако этот блеск наблюдается обыкновенно только в том случае, когда металл образует сплошную компактную массу. Правда, магний и алюминий сохраняют свой блеск, даже будучи превращенными в порошок, но большинство металлов в мелкораздробленном виде имеет черный или темно-серый цвет. Затем типичные металлы обладают высокой тепло- и электропроводностью, причем по способности проводить тепло и ток располагаются в одном и том же порядке: С повышением температуры электропроводность падает, при понижении температуры, наоборот, увеличивается. Очень важным свойством металлов является их сравнительно легкая механическая деформируемость. Металлы пластичны, они хорошо куются, вытягиваются в проволоку, прокатываются в листы и т. Характерные физические свойства металлов находятся в связи с особенностями их внутренней структуры. Согласно современным воззрениям, кристаллы металлов состоят из положительно заряженных ионов и свободных электронов, отщепившихся от соответствующих атомов. Весь кристалл можно себе представить в виде пространственной решетки, узлы которой заняты ионами, а в промежутках между ионами находятся легкоподвижные электроны. Эти электроны постоянно переходят от одних атомов к другим и вращаются вокруг ядра то одного, то другого атома. Так как электроны не связаны с определенными ионами, то уже под влиянием небольшой разности потенциалов они начинают перемещаться в определенном направлении, то есть возникает электрический ток. Наличием свободных электронов обусловливается и высокая теплопроводность металлов. Находясь в непрерывном движении, электроны постоянно сталкиваются с ионами и обмениваются с ними энергией. Поэтому колебания ионов, усилившиеся в данной части металла вследствие нагревания, сейчас же передаются соседним ионам, от них - следующим и т. По плотности металлы условно подразделяются на две большие группы: Название Атомный вес Плотность,. Литий 6, 0, Калий 39, 0,86 63,6 Натрий 22, 0,97 97,8 Кальций 40,08 1,55 Магний 24, 1,74 Цезий , 1,90 28,5 Алюминий 26, 2, ,1 Барий ,34 3,5 Тяжелые металлы Цинк 65,37 7,14 Хром 51, 7,16 Марганец 54, 7,44 Олово ,69 7,28 ,9 Железо 55, 7,86 Кадмий ,40 8,65 Никель 58,71 8,90 Медь 63, 8,92 Висмут , 9,80 ,3 Серебро , 10,5 ,8 Свинец ,19 11, ,3 Ртуть ,59 13, ,87 Вольфрам ,85 19,3 Золото , 19,3 Платина ,09 21,45 Осмий ,2 22,5 Частицы металлов, находящихся в твердом и жидком состоянии, связаны особым типом химической связи - так называемой металлической связью. Она определяется одновременным наличием обычных ковалентных связей между нейтральными атомами и кулоновским притяжением между ионами и свободными электронами. Таким образом, металлическая связь является свойством не отдельных частиц, а их агрегатов. Основным химическим свойством металлов является способность их атомов легко отдавать свои валентные электроны и переходить в положительно заряженные ионы. Типичные металлы никогда не присоединяют электронов; их ионы всегда заряжены положительно. Легко отдавая при химических реакциях свои валентные электроны, типичные металлы являются энергичными восстановителями. Способность к отдаче электронов проявляется у отдельных металлов далеко не в одинаковой степени. Чем легче металл отдает свои электроны, тем он активнее, тем энергичнее вступает во взаимодействие с другими веществами. Опустим кусочек цинка в раствор какой-нибудь свинцовой соли. Цинк начинает растворяться, а из раствора выделяется свинец. Из уравнения следует, что эта реакция является типичной реакцией окисления-восстановления. Сущность ее сводится к тому, что атомы цинка отдают свои валентные электроны ионам двухвалентного свинца, тем самым превращаясь в ионы цинка, а ионы свинца восстанавливаются и выделяются в виде металлического свинца. Если поступить наоборот, то есть погрузить кусочек свинца в раствор цинковой соли, то никакой реакции не произойдет. Это показывает, что цинк более активен, чем свинец, что его атомы легче отдают, а ионы труднее присоединяют электроны, чем атомы и ионы свинца. В настоящее время вытеснительный ряд Бекетова носит название ряда напряжений. Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au. Необходимо отметить, что представленный ряд характеризует поведение металлов и их солей только в водных растворах и при комнатной температуре. Кроме того, нужно иметь ввиду, что высокая электрохимическая активность металлов не всегда означает его высокую химическую активность. Например, ряд напряжений начинается литием, тогда как более активные в химическом отношении рубидий и калий находятся правее лития. Это связано с исключительно высокой энергией процесса гидратации ионов лития по сравнению с ионами других щелочных металлов. Почти все металлы, приходя в соприкосновение с окружающей их газообразной или жидкой средой, более или менее быстро подвергаются с поверхности разрушению. Причиной его является химическое взаимодействие металлов с находящимися в воздухе газами, а также водой и растворенными в ней веществами. Всякий процесс химического разрушения металлов под действием окружающей среды называют коррозией. Проще всего протекает коррозия при соприкосновении металлов с газами. На поверхности металла образуются соответствующие соединения: Иначе обстоит дело при соприкосновении металла с жидкой средой - водой и растворенными в ней веществами. Образующиеся при этом соединения могут растворяться, благодаря чему коррозия распространяется дальше вглубь металла. Кроме того, вода, содержащая растворенные вещества, является проводником электрического тока, вследствие чего постоянно возникают электрохимические процессы, которые являются одним из главных факторов, обуславливающих и ускоряющих коррозию. Чистые металлы в большинстве случаев почти не подвергаются коррозии. Даже такой металл, как железо, в совершенно чистом виде почти не ржавеет. Но обыкновенные технические металлы всегда содержат различные примеси, что создает благоприятные условия для коррозии. Убытки, причиняемые коррозией металлов, огромны. Вычислено, например, что вследствие коррозии ежегодно гибнет такое количество стали, которое равно приблизительно четверти всей мировой добычи его за год. Поэтому изучению процессов коррозии и отысканию наилучших средств ее предотвращения уделяется очень много внимания. Способы борьбы с коррозией чрезвычайно разнообразны. Наиболее простой из них заключается в защите поверхности металла от непосредственного соприкосновения с окружающей средой путем покрытия масляной краской, лаком, эмалью или, наконец, тонким слоем другого металла. Особый интерес с теоретической точки зрения представляет покрытие одного металла другим. Для защиты от коррозии целесообразно покрывать поверхность металла слоем более активного металла, чем слоем менее активного. Однако другие соображения нередко заставляют применять также покрытия из менее активных металлов. На практике чаще всего приходится принимать меры к защите стали как металла, особенно подверженного коррозии. Кроме цинка, из более активных металлов для этой цели иногда применяют кадмий, действующий подобно цинку. Из менее активных металлов для покрытия стали чаще всего используют олово, медь, никель. Покрытые никелем стальные изделия имеют красивый вид, чем объясняется широкое распространение никелирования. При повреждении слоя никеля коррозия проходит менее интенсивно, чем при повреждении слоя меди или олова , так как разность потенциалов для пары никель-железо гораздо меньше, чем для пары медь-железо. Из других способов борьбы с коррозией существует еще способ протекторов, заключающийся в том, что защищаемый металлический объект приводится в контакт с большой поверхностью более активного металла. Так, в паровые котлы вводят листы цинка, находящиеся в контакте со стенками котла и образующие с ними гальваническую пару. Характерной особенностью металлов является их способность образовывать друг с другом или с неметаллами сплавы. Чтобы получить сплав, смесь металлов обычно подвергают плавлению, а затем охлаждают с различной скоростью, которая определяется природой компонентов и изменением характера их взаимодействия в зависимости от температуры. Иногда сплавы получают спеканием тонких порошков металлов, не прибегая к плавлению порошковая металлургия. Итак сплавы - это продукты химического взаимодействия металлов. Кристаллическая структура сплавов во многом подобна чистым металлам, которые, взаимодействуя друг с другом при плавлении и последующей кристаллизации, образуют: Тот или иной тип взаимодействия определяется соотношением энергии взаимодействия разнородных и однородных частиц системы, то есть соотношением энергий взаимодействия атомов в чистых металлах и сплавах. Современная техника использует огромное число сплавов, причем в подавляющем большинстве случаев они состоят не из двух, а из трех, четырех и большего числа металлов. Интересно, что свойства сплавов часто резко отличаются от свойств индивидуальных металлов, которыми они образованы. Однако некоторые примеси ухудшают качество металлов и сплавов. Известно, например, что чугун сплав железа и углерода не обладает той прочностью и твердостью, которые характерны для стали. Помимо углерода, на свойства стали влияют добавки серы и фосфора, увеличивающие ее хрупкость. Среди свойств сплавов наиболее важными для практического применения являются жаропрочность, коррозионная стойкость, механическая прочность и др. Для авиации большое значение имеют легкие сплавы на основе магния, титана или алюминия, для металлообрабатывающей промышленности - специальные сплавы, содержащие вольфрам, кобальт, никель. В электронной технике применяют сплавы, основным компонентом которых является медь. Сверхмощные магниты удалось получить, используя продукты взаимодействия кобальта, самария и других редкоземельных элементов, а сверхпроводящие при низких температурах сплавы - на основе интерметаллидов, образуемых ниобием с оловом и др. Только немногие металлы встречаются в свободном состоянии, и тогда они называются самородными. Золото и платина встречаются почти исключительно в самородном виде, серебро и медь - отчасти в самородном виде; иногда попадаются также самородные ртуть, олово и некоторые другие металлы. Добывание золота и платины производится или посредством механического отделения их от той породы, в которой они заключены, например промывкой воды, или путем извлечения их из породы различными реагентами с последующим выделением металла из раствора. Все остальные металлы добываются химической переработкой их природных соединений. Минералы и горные породы, содержащие соединения металлов и пригодные для получения этих металлов заводским путем, носят название руд. Главными рудами являются оксиды, сульфиды и карбонаты металлов. Если, например, смешать красную медную руду куприт Cu 2 O с углем и подвергнуть сильному накаливанию, то уголь, восстанавливая медь, превратится в оксид углерода II , а медь выделится в расплавленном состоянии:. Подобным же образом производится выплавка чугуна их железных руд, получение олова из оловянного камня SnO 2 и восстановление других металлов из оксидов. При переработке сернистых руд сначала переводят сернистые соединения в кислородные путем обжигания в особых печах, а затем уже восстанавливают полученные оксиды углем. В тех случаях, когда руда представляет собой соль угольной кислоты, ее можно непосредственно восстанавливать углем, как и оксиды, так как при нагревании карбонаты распадаются на оксид металла и двуокись углерода. Обычно руды, кроме химического соединения данного металла, содержат еще много примесей в виде песка, глины, известняка, которые очень трудно плавятся. Чтобы облегчить выплавку металла, к руде примешивают различные вещества, образующие с примесями легкоплавкие соединения - шлаки. Такие вещества называются флюсами. Если примесь состоит из известняка, то в качестве флюса употребляют песок, образующий с известняком силикат кальция. Наоборот, в случае большого количества песка флюсом служит известняк. Во многих рудах количество примесей пустой породы так велико, что непосредственная выплавка металлов из этих руд является экономически невыгодной. Особенно широким распространением пользуется флотационный способ обогащения руд флотация , основанный на различной смачиваемости чистой руды и пустой породы. Техника флотационного способа очень проста и в основном сводится к следующему. Руду, состоящую, например, из сернистого металла и силикатной пустой породы, тонко измельчают и заливают в больших чанах водой. После этого через смесь снизу пропускают сильную струю воздуха, перемешивающую руду с водой и прибавленными веществами, причем пузырьки воздуха окружаются тонкими масляными пленками и образуют пену. В процессе перемешивания частицы флотируемого минерала покрываются слоем адсорбированных молекул коллектора, прилипают к пузырькам продуваемого воздуха, поднимаются вместе с ними кверху и остаются в пене; частицы же пустой породы, смачивающиеся водой, оседают на дно. Пену собирают и отжимают, получая руду с значительно большим содержанием металла. Для восстановления некоторых металлов из их оксидов применяют вместо угля водород, кремний, алюминий, магний и другие элементы. Процесс восстановления металла из его оксида с помощью другого металла называется металлотермией. Если, в частности, в качестве восстановителя применяется алюминий, то процесс носит название алюминотермии. Очень важным способом получения металлов является также электролиз. Некоторые наиболее активные металлы получаются исключительно путем электролиза, так как все другие средства оказываются недостаточно энергичными для восстановления их ионов. Выдели её мышкой и нажми. Остались рефераты, курсовые, презентации? Поделись с нами - загрузи их здесь! Физика Волькенштейн Трофимова Савельев Яблонский Мещерский. Экономика Юриспруденция Литература Естественные науки Точные науки История Медицина Техника и технологии. Квадратные уравнения Плоские фигуры. Шпаргалки Математика Русский язык Биология Обществознание Литература ЕГЭ Русский язык Математика Обществознание Физика. Решебники 7 класс 8 класс 9 класс 10 класс 11 класс Формулы Экономика Физика. Литий 6, 0, Калий 39, 0,86 63,6 Натрий 22, 0,97 97,8 Кальций 40,08 1,55 Магний 24, 1,74 Цезий , 1,90 28,5 Алюминий 26, 2, ,1 Барий ,34 3,5 Тяжелые металлы Цинк 65,37 7,14 Хром 51, 7,16 Марганец 54, 7,44 Олово ,69 7,28 ,9 Железо 55, 7,86 Кадмий ,40 8,65 Никель 58,71 8,90 Медь 63, 8,92 Висмут , 9,80 ,3 Серебро , 10,5 ,8 Свинец ,19 11, ,3 Ртуть ,59 13, ,87 Вольфрам ,85 19,3 Золото , 19,3 Платина ,09 21,45 Осмий ,2 22,5 Выдели её мышкой и нажми Остались рефераты, курсовые, презентации? Полезные ссылки Напишите нам Мы в Facebook Карта сайта. Главная Задачи Физика Мещерский Рефераты Экономика Юриспруденция Литература Естественные науки Точные науки История Медицина Техника и технологии Калькулятор Квадратные уравнения Плоские фигуры Разное Шпаргалки ЕГЭ Решебники Формулы Форум.
Металлы и сплавы характеризуются комплексом физических, механических, химических и технологических свойств. Физические свойства металлов и сплавов — блеск, плотность, температура плавления, теплопроводность, теплоемкость, электропроводность, магнитные свойства, расширяемость при нагревании и фазовых превращениях. Механические свойства металлов и сплавов — твердость, упругость, прочность, хрупкость, пластичность, вязкость, износостойкость, сопротивление усталости, ползучесть. Химические свойства металлов и сплавов определяют их способность сопротивляться воздействию окружающей среды. При контакте с окружающей средой металлы и сплавы подвергаются коррозии, растворяются окисляются и снижают свою жаропрочность. Технологические свойства металлов и сплавов — ковкость, свариваемость, прокаливаемость, склонность к обезуглероживанию, обрабатываемость резанием, жидкотекучесть, закаливаемость. Они характеризуют способность металлов и сплавов обрабатываться различными методами. Кроме того, они позволяют определить, насколько экономически эффективно можно изготовить изделие. Ковкость — способность металла и сплава обрабатываться путем пластического деформирования. Свариваемость — способность металла и сплава образовывать неразъемное соединение, свойства которого близки к свойствам основного металла сплава. Прокаливаемость — способность металла и сплава закаливаться на определенную глубину. Склонность к обезуглероживанию металла и сплава — возможность выгорания углерода в поверхностных слоях изделий из сплавов и сталей при нагреве в среде, содержащей кислород и водород. Обрабатываемость резанием — поведение металла и сплава под воздействием режущего инструмента. Жидкотекучесть — способность расплавленного металла и сплава заполнять литейную форму. Закаливаемость — способность металла и сплава к повышению твердости при закалке нагрев и быстрое охлаждение. Физические свойства металлов и сплавов важны для самолетостроения, автомобилестроения, медицины, строительства, изготовления космических аппаратов и часто являются основными характеристиками, по которым определяют возможность использования того или иного металла или сплава. Блеск — способность поверхности металла и сплава направленно отражать световой поток. Плотность — масса единицы объема металла или сплава. Величину, обратную плотности, называют удельным объемом. Температура плавления — это температура, при которой металл или сплав целиком переходит в жидкое состояние. Теплопроводность — количество теплоты, проходящее в секунду через сечение в 1см 2 , когда на расстоянии в 1см изменение температуры составляет в 1 0 С. Теплоемкость — количество теплоты, необходимой для повышения температуры тела на 1 0 С. Электрическая проводимость — величина, обратная электрическому сопротивлению. Под удельным электрическим сопротивлением понимают электрическое сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения в 10 -6 м 2 при пропускании по нему электрического тока. К магнитным свойствам металлов и сплавов относятся: При помещении стального образца в магнитное поле возникающая в нем магнитная индукция b является функцией напряженности магнитного поля Н m. Намагниченность М пропорциональна напряженности магнитного поля. Эти величины связаны между собой коэффициентом , который называется магнитной восприимчивостью стали или сплава. Между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля существует аналитическая связь. Для ферромагнетиков сплавов, способных намагничиваться до насыщения в малых магнитных полях , где - коэффициент магнитной проницаемости. При намагничивании ферромагнитных материалов стали, полученные соединением ферромагнетиков с парамагнетиками намагниченность сначала плавно возрастает, потом резко повышается и постепенно достигает насыщения. При уменьшении напряженности магнитного поля Н m после намагничивания и реверсирования изменение направления поля его кривая изменения индукции образует замкнутую петлю. Эта петля называется петлей гистерезиса. Основными параметрами начальной кривой и петли гистерезиса являются остаточная индукция b r , коэрцитивная сила Н с , напряженность насыщающего поля Н н и намагниченность насыщения М s. По начальной кривой определяется кривая магнитной проницаемости, в которой основными точками являются начальная магнитная проницаемость и максимальная магнитная проницаемость. Наибольшее значение индукции на петле гистерезиса называется индукцией насыщения. Ферромагнетики при нагреве до определенной температуры переходят в парамагнитное состояние в состояние с малой магнитной восприимчивостью. Эта температура называется точкой Кюри. Точка Кюри определяется в основном химическим составом сплава или стали и не зависит от давлений, напряжений и других факторов. Все характеристики ферромагнитных материалов можно разделить на структурно нечувствительные и структурно чувствительные. К структурно нечувствительным характеристикам относятся точка Кюри, намагниченность насыщения, зависящие от произвольной намагниченности, к структурно чувствительным — магнитная проницаемость, остаточная индукция и коэрцитивная сила. Структурно нечувствительные характеристики ферромагнитных материалов зависят в основном от химического состава и числа фаз и практически не зависят от кристаллической структуры, размера частиц зерна металла. Следовательно, измерение точки Кюри, намагниченности насыщения и т. Измерение структурно чувствительных характеристик необходимо при изучении структурных изменений в сплавах и сталях при термической или механической обработке. Магнитная проницаемость, коэрцитивная сила и остаточная индукция изменяются при обработке сплавов и сталей. Расширение при нагревании изделий из сталей и сплавов — изменение размеров и формы зерен, характеризуется температурными коэффициентами объемного расширения и линейного расширения. Расширение при нагревании в интервале температур фазовых превращений сталей и сплавов характеризуется коэффициентом линейного расширения отдельных фаз. Внутренние фазовые и структурные превращения в металлах и сплавах характеризуются изменением объема, линейных размеров и коэффициента расширения. При фазовых превращениях в металлах и сплавах происходит выделение или поглощение скрытой теплоты превращения, изменяется теплоемкость изделия. Поэтому при изменении структуры металла или сплава, нагреваемого или охлаждаемого с постоянной скоростью, могут появиться отклонения от нормальной кривизны на кривых изменения температуры по времени. По этим кривым, называемым термическими кривыми, определяют температуру температурный интервал превращения. FAQ Обратная связь Вопросы и предложения. Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Качественный и полуколичественный спектральный анализ производится в соответствии с рисунками различных областей спектра. При проведении анализа могут быть следующие соотношения интенсивности линий определяемого элемента и линий основы: Основные свойства металлов и сплавов Металлы и сплавы характеризуются комплексом физических, механических, химических и технологических свойств.
План водоснабжения частного дома
Прошить модем yota wifi
Продукты растворяющие камни в желчном пузыре
Табурет складной своими руками из дерева чертежи
Построить баню самостоятельно своими руками