Строение металлов

Металлы – твёрдые элементы, сплавы которых широко применяются в промышленности, строительстве и повседневной жизни. Пластичность, твёрдость, тепло- и электропроводность, а также способность к плавке и ковке обусловлены строением металлов.

Строение

Электронное строение атома металла включает:

  • положительно заряженное ядро;
  • отрицательно заряженные электроны.

Ядро состоит из протонов и нейтронов. Количество протонов, заряд ядра и число электронов соответствуют порядковому номеру металла в периодической таблице.

Электроны в металлических атомах расположены намного дальше от ядра, чем электроны неметаллов. Этим объясняется лёгкость отделения валентных электронов, поэтому металлы всегда являются восстановителями в химических реакциях.

Атомы всех металлов, за исключением ртути, образуют кристаллические решётки. Кристаллическая решётка состоит из повторяющихся комплексов атомов – элементарных кристаллических ячеек, которые бывают трёх видов. Их отличия описаны в таблице строения металлов.

Вид решётки

Характеристика

Примеры

Кубическая объёмно-центрированная (ОЦК)

Восемь ионов находятся по углам условного куба, один – в середине

Fe, Cr, Mo, W, V

Кубическая гранецентрированная

Ионы располагаются в углах куба и в центре каждой грани. Центр куба свободен

Cu, Ag, Ni, Pb, Al

Гексагональная плотноупакованная

Шестигранная призма. В углах и в центре между ними находятся ионы. Посередине призмы лежат ионы, образующие треугольник

Zn, Ti, Mg, Co, Zr

Виды решёток металлов

Рис. 1. Виды решёток металлов.

Физические свойства

Металлы отличаются от неметаллов характерными физическими свойствами:

  • имеют металлический блеск;
  • проводят электрический ток и тепло;
  • не имеют запаха;
  • обладают серебристо-серым цветом (исключение – медь и золото).

Благодаря пластичности и плавке металлы могут образовывать сплавы – смеси химических элементов. Большую часть сплавов составляют металлы, остальное – случайные примеси и специально вводимые вещества. Сплавы отличаются высокой прочностью, упругостью, хрупкостью. Широко применяются сплавы на основе железа (чёрные металлы) и алюминия (цветные металлы).

Высокую электропроводность обуславливают свободные электроны, перемещающиеся по кристаллической решётке под действием электрических полей. При нагревании электропроводность уменьшается.

Виды

Классификация металлов приведена в таблице.

Признак

Вид

Пример

Температура кипения

Легкоплавкие (Т<1000°С)

K, Al, Zn

Тугоплавкие (Т>1000°С)

Au, Cu, Ni

Плотность

Лёгкие (ρ<5 г/см3)

Li

Тяжёлые (ρ>5 г/см3)

Os

Твёрдость

Мягкие – режутся ножом

Na, Rb, Cs

Твёрдые – используются для резки

Cr

В химии по структуре орбиталей атома металла различают s-, p-, d-, f-металлы.

Химические свойства

Металлы являются восстановителями и вступают в реакцию с неметаллами, образуя оксиды, гидроксиды, соли. Самыми активными являются щелочные и щелочноземельные металлы, расположенные в I и II группах таблицы Менделеева. Благородные металлы (Au, Ag, Pt) малоактивны и не взаимодействуют с кислородом и водой.

Шкала активности металлов

Рис. 2. Шкала активности металлов.

Особенности химического взаимодействия металлов с другими элементами описаны в таблице.

Взаимодействие

Продукты

Уравнение

С кислородом

Оксиды

2Mg + O2 → 2MgO

С серой

Сульфиды

Zn + S → ZnS

С азотом

Нитриды

6Li + N2 → 2Li3N

С фосфором

Фосфиды

3Ca + 2P → Ca3P2

С галогенами

Галогениды

2Na + Cl2 → 2NaCl

С водой

Гидроксиды

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

С кислотами

Соли

2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2

С солями (замещают менее активные металлы)

Соль

2Fe + Cu2SO4 → Fe2SO4 + 2Cu

Золото растворяется в царской водке (смеси соляной и азотной кислот), серебро – в концентрированной азотной и горячей серной кислотах.

Золото

Рис. 3. Золото.

Что мы узнали?

Рассмотрели особенности строения атомов металлов, физические и химические свойства. Металлы состоят из элементарных кристаллических ячеек, отличающихся конфигурацией. Элементы обладают металлическим блеском, электропроводностью, пластичностью, твёрдостью. Металлы – восстановители. Наиболее активные находятся в I и II группах таблицы Менделеева. Металлы реагируют с кислородом, водой, кислотами, галогенами и неметаллами.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.7. Всего получено оценок: 154.

Предметы