khimie.ru

Из простых веществ подавляющее большинство составляют металлы. Наиболее характерными физическими приметами металлов является их высокие электро- и теплопроводность, характерный «металлический» блеск, непрозрачность, а также ковкость и способность вытягиваться. Благодаря этому металлы играют одну из важнейших ролей в истории человечества.

В чем же причина таких своеобразных свойств металлов и почему металлы отличаются от неметаллов? Свойства металлов и их структуру объяснили теория строения атома и периодический закон.

На внешней электронной оболочке атомов неметаллов имеется 4-8 электронов, за исключением бора (3) и водорода (1). Оторвать эти электроны от атома очень трудно, потому что они сильно притягиваются ядром. Поэтому для атомов неметаллов характерно свойство притягивать к себе электроны и превращаться в отрицательно заряженные ионы — анионы. Напротив, у атомов металлов на внешней электронной оболочке мало электронов (1-4). Атомы металлов легко отдают все положительно заряженные ионы – катионы, потому что их электроны слабо притягиваются ядром и являются достаточно подвижными. Чем легче металл теряет свои электроны, тем у него сильнее выражены металлические свойства и тем он активнее. Все металлы при обычных условиях твердые и имеют кристаллическую структуру, за исключением жидкой ртути. Свойства металлов тесно связаны со строением их кристаллов. В узлах кристаллической решетки расположены атомы и ионы (катионы) металлов, причем количество электронов и ионов в кристаллах различных металлов неодинакова. Поскольку внешние электроны очень подвижны и слабо притягиваются ядрами, то они образуют «электронный газ», который «бродит» между ионами в кристалле. «Электронный газ» принадлежит кристаллу в целом, а не отдельным ионам. Благодаря тому, что в кристаллической решетке металлов есть подвижные электроны, объясняется их высокие тепло- и электропроводность. «Электронный газ» хорошо отражает свет (именно поэтому металлы имеют характерный блеск и являются непрозрачными), а также короткие радиоволны. Последнее свойство металлов положено в основу радиолокации для обнаружения самолетов, ракет и судов.

Электрическое сопротивление некоторых металлов и сплавов при температурах, приближающихся к абсолютному нулю, скачкообразно исчезает. Такое явление называется сверхпроводимостью. Сверхпроводящий ток незатухающий, ибо электрическое сопротивление при этом отсутствует, а потому широко используется в современной технике.

Ковкость металлов и их способность к вытягиванию объясняется скольжением (перемещением) одних слоев ионов металлов, относительно других.

Как говорилось, чем легче металл отдает свои электроны, тем он активнее, и, следовательно, легче вступает в химические реакции. Более активные металлы вытесняют менее активные из их соединений. Кроме того, многие металлы вытесняют водород из кислот-неокисникив, а некоторые и с воды. Поэтому все металлы располагают в ряд активностей, или так называемый электрохимический ряд напряжений.

Платиновые металлы, золото и серебро, которые, как известно называют благородными металлами, являются химически довольно инертны и не реагируют ни с водой, ни с кислотами. Также химически пассивно, как и благородные металлы ведут себя молибден, титан, вольфрам цирконий, рений, гафний, ниобий и тантал. Они жаростойкие и тугоплавки, имеют отличные механические свойства. Поэтому без этих металлов и их сплавов не можно представить современную авиацию, ракетостроения и ядерной энергетике. Большие надежды возлагаются и на редкоземельные металлы, с которыми связывают чудо будущей техники.