WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE I CHEMICZNE METALI - CHEMIA - 2026

Te właściwości metali, zarówno fizycznych i chemicznych, są kluczem do budowy licznych artefaktów i robót inżynieryjnych, a także dekoracyjne ozdoby w różnych kulturach i uroczystości.

Od niepamiętnych czasów wzbudzały ciekawość swoim atrakcyjnym wyglądem, kontrastującym z nieprzezroczystością skał. Niektóre z tych najbardziej cenionych właściwości to między innymi wysoka odporność na korozję, niska gęstość, duża twardość i wytrzymałość oraz elastyczność.

Metale można rozpoznać na pierwszy rzut oka po błyszczących i zwykle srebrnych powierzchniach. Źródło: George Becker za pośrednictwem Pexels.

W chemii bardziej interesują go metale z perspektywy atomowej: zachowanie ich jonów w stosunku do związków organicznych i nieorganicznych. Podobnie, sole można przygotować z metali do bardzo specyficznych zastosowań; na przykład sole miedzi i złota.

Jednak to właściwości fizyczne jako pierwsze urzekły ludzkość. Generalnie charakteryzują się trwałością, co jest szczególnie prawdziwe w przypadku metali szlachetnych. Tak więc wszystko, co przypominało złoto lub srebro, było uważane za wartościowe; monety, klejnoty, klejnoty, łańcuszki, posągi, talerze itp.

Metale to pierwiastki występujące najczęściej w przyrodzie. Wystarczy spojrzeć na układ okresowy, aby zaświadczyć, że prawie wszystkie jego pierwiastki są metaliczne. Dzięki nim dostępne były materiały do ​​przewodzenia prądu elektrycznego w urządzeniach elektronicznych; to znaczy są tętnicami technologii i kościami budynków.

Właściwości fizyczne metali

Fizyczne właściwości metali to te, które definiują i różnicują je jako materiały. Nie jest konieczne, aby ulegały jakimkolwiek przemianom powodowanym przez inne substancje, ale przez działania fizyczne, takie jak podgrzewanie, deformowanie, polerowanie lub po prostu patrzenie na nie.

Blask

Zdecydowana większość metali jest błyszcząca, a także ma szarawy lub srebrny kolor. Jest kilka wyjątków: rtęć jest czarna, miedź jest czerwonawa, złoto jest złote, a osm ma niebieskie odcienie. Jasność ta wynika z interakcji fotonów z ich powierzchnią zdelokalizowaną elektronicznie przez wiązanie metaliczne.

Twardość

Metale są twarde, z wyjątkiem alkalicznych i kilku innych. Oznacza to, że metalowy pręt będzie w stanie zarysować powierzchnię, której dotknie. W przypadku metali alkalicznych, takich jak rubid, są one tak miękkie, że można je zeskrobać paznokciem; przynajmniej zanim zaczną korodować mięso.

Ciągliwość

Metale są zwykle plastyczne w różnych temperaturach. Po uderzeniu i jeśli zostaną zdeformowane lub zmiażdżone bez pękania lub kruszenia, wówczas metal mówi się, że jest plastyczny i wykazuje plastyczność. Nie wszystkie metale są plastyczne.

Plastyczność

Metale, oprócz tego, że są kowalne, mogą być plastyczne. Kiedy metal jest plastyczny, może ulegać odkształceniom w tym samym kierunku, stając się tak, jakby był nicią lub drutem. Jeśli wiadomo, że metalem można handlować na koła linowe, możemy stwierdzić, że jest to metal ciągliwy; na przykład druty miedziane i złote.

Syntetyczne kryształy złota. Alchemist-hp (dyskusja) www.pse-mendelejew.de

Przewodnictwo cieplne i elektryczne

Metale są dobrymi przewodnikami ciepła i elektryczności. Wśród najlepszych przewodników ciepła mamy aluminium i miedź; podczas gdy te, które najlepiej przewodzą prąd, to srebro, miedź i złoto. Dlatego miedź jest metalem wysoko cenionym w przemyśle ze względu na doskonałą przewodność cieplną i elektryczną.

Druty miedziane. Scott ehardt

Dźwięczność

Metale to solidne materiały. Jeśli uderzysz w dwie metalowe części, dla każdego metalu zostanie wydany charakterystyczny dźwięk. Eksperci i miłośnicy metali są bowiem w stanie odróżnić je po emitowanym dźwięku.

Wysoka temperatura topnienia i wrzenia

Metale mogą wytrzymać wysokie temperatury przed stopieniem. Niektóre metale, takie jak wolfram i osm, topią się odpowiednio w temperaturach 3422 ° C i 3033 ° C. Jednak cynk (419,5ºC) i sód (97,79ºC) topią się w bardzo niskich temperaturach.

Wśród nich cez (28,44 ºC) i gal (29,76 ºC) to te, które topią się w najniższych temperaturach.

Z tych wartości można wywnioskować, dlaczego łuk elektryczny jest używany w procesach spawania i powoduje powstawanie intensywnych błysków.

Z drugiej strony, same wysokie temperatury topnienia wskazują, że wszystkie metale są stałe w temperaturze pokojowej (25 ° C); Z wyjątkiem rtęci, jedynego metalu i jednego z nielicznych pierwiastków chemicznych, który jest płynny.

Rtęć w postaci płynnej. Bionerd

Stopy

Chociaż nie jest to fizyczna właściwość, metale mogą mieszać się ze sobą, o ile ich atomy potrafią przystosować się do tworzenia stopów. Są to zatem stałe mieszaniny. Jedną parę metali można łatwiej stopić niż inną; a niektóre w rzeczywistości nie mogą w ogóle zostać stopione z powodu niskiego powinowactwa między nimi.

Miedź „dogaduje się” z cyną, mieszając się z nią tworząc brąz; lub cynkiem, tworząc mosiądz. Stopy oferują wiele alternatyw, gdy same metale nie mogą spełnić wymagań wymaganych do zastosowania; jak wtedy, gdy chcesz połączyć lekkość jednego metalu z wytrzymałością innego.

Właściwości chemiczne

Właściwości chemiczne to te, które są nieodłączne dla ich atomów i jak oddziałują z cząsteczkami poza ich środowiskiem, aby przestać być metalami, aby stać się innymi związkami (tlenkami, siarczkami, solami, kompleksami metaloorganicznymi itp.). Chodzi więc o ich reaktywność i strukturę.

Struktury i linki

Metale, w przeciwieństwie do pierwiastków niemetalicznych, nie są grupowane jako cząsteczki MM, ale jako sieć atomów M utrzymywanych razem przez ich zewnętrzne elektrony.

W tym sensie atomy metalu pozostają silnie zjednoczone „morzem elektronów”, które je kąpie, i krążą wszędzie; to znaczy są zdelokalizowane, nie są związane żadnym wiązaniem kowalencyjnym, ale tworzą wiązanie metaliczne. Ta sieć jest bardzo uporządkowana i powtarzalna, więc mamy metaliczne kryształy.

Za obserwowane i mierzone właściwości fizyczne metali odpowiadają kryształy metaliczne o różnej wielkości i pełne niedoskonałości oraz ich metaliczne wiązanie. To, że są kolorowe, jasne, dobre przewodniki i brzmią, wynika z ich struktury i ich elektronicznej delokalizacji.

Istnieją kryształy, w których atomy są bardziej zbite niż inne. Dlatego metale mogą być tak gęste, jak ołów, osm czy iryd; lub tak lekki jak lit, nawet zdolny do unoszenia się na wodzie przed reakcją.

Korozja

Metale są podatne na korozję; chociaż kilka z nich może wyjątkowo wytrzymać to w normalnych warunkach (metale szlachetne). Korozja to postępujące utlenianie powierzchni metalu, które kończy się kruszeniem, powodując plamy i dziury, które psują jego błyszczącą powierzchnię, a także inne niepożądane kolory.

Metale takie jak tytan i iryd mają dużą odporność na korozję, ponieważ warstwa utworzonych przez nie tlenków nie reaguje z wilgocią, ani nie pozwalają tlenowi wnikać do wnętrza metalu. Z metali najłatwiejszych do korozji mamy żelazo, którego rdzę można łatwo rozpoznać po brązowym kolorze.

Środki redukujące

Niektóre metale są doskonałymi środkami redukującymi. Oznacza to, że oddają swoje elektrony innym gatunkom. W wyniku tej reakcji stają się kationami, M ^{n +} , gdzie n jest stopniem utlenienia metalu; to znaczy jego dodatni ładunek, który może być wielowartościowy (większy niż 1+).

Na przykład metale alkaliczne są używane do redukcji niektórych tlenków lub chlorków. Kiedy dzieje się tak w przypadku sodu, Na, traci on swój jedyny elektron walencyjny (ponieważ należy do grupy 1), aby stać się jonem lub kationem sodu, Na ⁺ (jednowartościowym).

Podobnie jest z wapniem, Ca (grupa 2), który traci dwa elektrony zamiast jednego i pozostaje dwuwartościowym kationem Ca ²⁺ .

Metale można stosować jako środki redukujące, ponieważ są pierwiastkami elektrododatnimi; z większym prawdopodobieństwem oddadzą swoje elektrony niż zdobędą je od innych gatunków.

Reaktywność

Powiedziawszy, że elektrony mają tendencję do utraty elektronów, należy oczekiwać, że we wszystkich swoich reakcjach (lub większości) kończą się one przekształceniem w kationy. Teraz te kationy najwyraźniej oddziałują z anionami, generując szeroką gamę związków.

Na przykład metale alkaliczne i ziem alkalicznych reagują bezpośrednio (i wybuchowo) z wodą, tworząc wodorotlenki, M (OH) _n , utworzone przez jony M ^{n +} i OH ^- lub przez wiązania M-OH.

Gdy metale reagują z tlenem w wysokich temperaturach (na przykład pod wpływem płomienia), przekształcają się w tlenki M ₂ O _n (Na ₂ O, CaO, MgO, Al ₂ O ₃ itd.). Dzieje się tak, ponieważ mamy tlen w powietrzu; ale także azot, a niektóre metale mogą tworzyć mieszaninę tlenków i azotków, M ₃ N _n (TiN, AlN, GaN, Be ₃ N ₂ , Ag ₃ N itp.).

Metale mogą zostać zaatakowane przez mocne kwasy i zasady. W pierwszym przypadku otrzymuje się sole, aw drugim znowu wodorotlenki lub kompleksy zasadowe.

Warstwa tlenku, która pokrywa niektóre metale, zapobiega atakowaniu metalu przez kwasy. Na przykład kwas solny nie może rozpuścić wszystkich metali, tworząc odpowiednie rozpuszczalne w wodzie chlorki metali.

Bibliografia

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia (8th ed.). CENGAGE Learning.
2. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
3. Narzędzia Home Science. (2019). Lekcja nauk o metalach. Odzyskany z: learning-center.homesciencetools.com
4. Grupa wydawnicza Rosen. (2019). Metale. Odzyskany z: pkphysicalscience.com
5. Toppr. (sf). Właściwości chemiczne metali i niemetali. Odzyskany z: toppr.com
6. Wikipedia. (2019). Metal. Odzyskane z: en.wikipedia.org