Чем обусловлены физические свойства металлов вывод

Свойства металлов — общие химические и физические свойства

  • Физические и химические качества
  • Подробное описание механических свойств
  • Эксплуатационные характеристики
  • Металлы-рекордсмены

Физические и химические качества

Каждый так или иначе в жизни сталкивался с химией в быту и химическими реакциями. Это взаимодействие определённого вещества с другим, в результате которого появляется третье. Простейший пример — растворение поваренной соли в воде. Способность металлов реагировать с другими веществами и отношение к воздействиям активных сред — это и есть химические свойства. К ним относятся окисляемость и коррозионная стойкость. Металлы реагируют с кислородом, образуя плёнку, это свойство называется окисляемость. Кристаллическая решётка металлов выглядит таким образом, что они имеют на внешнем уровне один, два или три электрона, которые отдают, проявляя восстановительные свойства.

При перемещении в таблице Менделеева слева направо увеличивается число электронов на внешнем уровне, при этом происходит усиление окислительных свойств. Также все металлы подвержены коррозии. Способность противостоять коррозии — это и есть коррозионная стойкость. К физическим свойствам относятся:

  • Плавление.
  • Плотность.
  • Теплопроводность.
  • Тепловое расширение.
  • Электропроводность.

    Количество вещества, содержащееся в единице объёма материала, называется плотностью или удельным весом.

    Чем меньше удельный вес, тем легче материал.

    Лёгкими считаются алюминий, олово, магний, титан. Тяжёлыми являются более 40 существующих в природе элементов. Это хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, галлий, германий, молибден, кадмий, олово, сурьма, теллур, вольфрам, ртуть, таллий, свинец, висмут.

    Способность металла переходить из твёрдого состояния в жидкое называется плавлением. Все материалы имеют разные температуры плавления. Некоторые сплавы — тугоплавкие, другие тягучие и легко превращаются в жидкую массу под действием высоких температур. Теплопроводность характеризует скорость проведения тепла при нагревании. Проводя сравнение с другими материалами, можно заметить, что металлы имеют хорошую теплопроводность. В отличие от диэлектриков металлические сплавы проводят электрический ток, но некоторые из них делают это лучше, некоторые почему-то хуже. Такая способность называется электропроводностью или токопроводимостью и зависит от строения кристаллической решётки. Хорошо проводят ток серебро, медь, золото, алюминий и железо. Эти металлы довольно широко распространены в приборостроении и электротехнической промышленности.

    Возможность увеличения объёма при нагревании называется тепловым расширением.

    К механическим свойствам металлов относятся твёрдость, прочность, упругость, вязкость и пластичность.

    Подробное описание механических свойств

    При соприкосновении двух тел образуется микровмятины, но более твёрдый материал способен противостоять ударам в большей степени. Сопротивляемость металлической поверхности к проникновению в неё другого твёрдого тела называется твёрдостью.

    Помимо твёрдости, важной характеристикой является прочность. Это способность оказывать сопротивление разрушению под действием каких-либо других внешних сил. При быстром возрастании нагрузки при ударе очень важна вязкость материала — это способность сопротивляться ударным нагрузкам. Металл обладает таким свойством, как упругость. Эта характеристика позволяет вернуть первоначальную форму и размер после того, как действующая сила будет устранена. Следующие понятие — пластичность. Под этим термином понимают способность металла менять форму под внешним воздействием и возвращаться в изначальное состояние, после того как это воздействие будет снято.

    Читайте также:  Определить структурный тип металлов

    Эксплуатационные характеристики

    В производственном процессе очень важна технологичность. Это способность подвергаться различным видам обработки с целью создания различных изделий. Технологические свойства:

    • ковкость;
    • текучий;
    • свариваемость;
    • прокаливаемость;
    • обработка резанием.

    Под воздействием внешних сил металл может изменять форму как в нагретом, так и в холодном состоянии. Это способность называется ковкостью. Это свойство было обнаружено человеком ещё в древности. В отличие от камня, который при сильных ударах крошится и рассыпается, металлические заготовки хорошо поддаются обработке. Им можно придать определённую форму, используя молот и наковальню. Это обусловлено строением кристаллической решётки.

    Две поверхности из металлических сплавов при нагревании можно прочно соединять друг с другом, такая способность называется свариваемостью.

    Важная характеристика расплавленного металла называется текучестью. Она характеризует способность материала растекаться по заготовленной форме. Каждый металл может подвергаться закалке на определённую глубину. Это свойство называется прокаливаемость. К основным операциям на производстве для получения заготовок относится обработка режущими инструментами. Подверженность к обработке резанием — ещё одно свойство металлических соединений.

    Металлы-рекордсмены

    Учёные давно определили, какие материалы и сплавы являются рекордсменами по различным параметрам. Самый твёрдый металл на планете — хром. Этот голубовато-белый материал с характерным блеском был открыт в 1766 году под Екатеринбургом. Минерал назывался «сибирский красный свинец». За ним следуют вольфрам, титан, осмий, иридий. Последний встречается очень редко. Сплавы, содержащие хром в сочетании с никелем, хромом, ванадием, железом, широко используются в промышленности.

    Наиболее мягкими минералами считаются алюминий, серебро и медь. Они нашли широкое применение в различных областях, например, в электроаппаратостроении, из-за своих характеристик, так как легко поддаются обработке. Следует перечислить и другие мягкие металлы: это калий, натрий, рубидий, цезий. А какой самый пластичный металл? Все рекорды бьёт золото. На втором месте в этом списке стоит свинец. Кроме пластичности, золото обладает хорошей тягучестью и ковкостью и является лидером в списке тягучих металлов. В чистом виде оно имеет ярко-жёлтый цвет, обладает высокой теплопроводностью, влагоустойчивостью и не окисляется при нормальной температуре. Плёнка из окиси образуется только при нагревании до 100 °C. Золотые слитки ярко блестят. За счёт своих удобных для обработки физических свойств получили широкое применение для ювелирных украшений.

    Ещё один уникальный химический элемент — ртуть. В природе не бывает её твёрдого состояния, так как температура плавления ртути составляет -38 °C, испарение происходит при комнатной температуре, равной 18 °C, а кипение происходит уже при 356 °C. Магнитные свойства отсутствуют: обычным магнитом ртуть не собрать. Химически она неактивна, взаимодействует с солями и неметаллами. С водой, кислотами и щелочами ртуть не взаимодействует. Область применения:

    • в медицине (термометры);
    • в научных целях (барометры, вакуумные насосы, манометры);
    • электрохимическое производство (ртутные выпрямители электрического тока) и др.

    Самым тугоплавким был признан вольфрам с температурой плавления +3420 °C. В электрических лампочках нити накаливания изготовлены именно из него. А самый тугоплавкий сплав состоит из карбидов гафния и тантала. В промышленности металлы в основном применяются в виде сплавов и делятся на чёрные и цветные. Первая группа включает в себя сплавы железа с углеродом. В зависимости от содержания углерода они подразделяются на сталь и чугун. В цветной металлургии широкое применение получили:

    Читайте также:  Металлы главных побочных групп

    В процессе развития химии люди научились делать более прочные сплавы. При помощи современных технологий можно создать ещё более прочные конструктивы на основе общих сравнительных характеристик.

    Очень важный параметр при этом — удельная прочность. Для её расчёта берётся образец металла для проведения испытаний на установке. Уменьшается толщина и площадь поперечного сечения, одновременно увеличивается длина. В какой-то момент образец начинает растягиваться только в одном месте, образуя шейку, и происходит разрыв в этой области. Хрупкие материалы, например, сталь твёрдых сплавов и чугун, растягиваются меньше без образования шейки. Специальный прибор вымеряет силу, далее вычисляется предел прочности, для этого максимальную нагрузку до разрыва надо делить на площадь сечения до удлинения. Высокопрочными считаются титан, вольфрам, бериллий, уран, хром и некоторые другие.

    Источник

    Физические свойства металлов: твердость, плотность и др.

    Физические свойства металлов.

    Металлы имею такие физические свойства, как твердость, температуру плавления, плотность, пластичность, электропроводность, теплопроводность и цвет.

    Твёрдость:

    Все металлы, кроме ртути и, условно, франция, при нормальных условиях находятся в твёрдом состоянии, однако обладают различной твёрдостью.

    Таблица твёрдости металлов по шкале Мооса:

    Твёрдость Металл
    0.2 Цезий
    0.3 Рубидий
    0.4 Калий
    0.5 Натрий
    0.6 Литий
    1.2 Индий
    1.2 Таллий
    1.25 Барий
    1.5 Стронций
    1.5 Галлий
    1.5 Олово
    1.5 Свинец
    1.5 Ртуть
    1.75 Кальций
    2.0 Кадмий
    2.25 Висмут
    2.5 Магний
    2.5 Цинк
    2.5 Лантан
    2.5 Серебро
    2.5 Золото
    2.59 Иттрий
    2.75 Алюминий
    3.0 Медь
    3.0 Сурьма
    3.0 Торий
    3.17 Скандий
    3.5 Платина
    3.75 Кобальт
    3.75 Палладий
    3.75 Цирконий
    4.0 Железо
    4.0 Никель
    4.0 Гафний
    4.0 Марганец
    4.5 Ванадий
    4.5 Молибден
    4.5 Родий
    4.5 Титан
    4.75 Ниобий
    5.0 Иридий
    5.0 Рутений
    5.0 Тантал
    5.0 Технеций
    5.0 Хром
    5.5 Бериллий
    5.5 Осмий
    5.5 Рений
    6.0 Вольфрам
    6.0 β-Уран

    Температура плавления:

    Температуры плавления чистых металлов лежат в диапазоне от −38,83 °C (ртуть) до 3422 °C (вольфрам).

    Температура плавления большинства металлов (за исключением щелочных) высока, однако некоторые металлы, например, олово и свинец, могут расплавиться на обычной электрической или газовой плите.

    В зависимости от температуры плавления металлы делятся на: легкоплавкие (до 600 °C); среднеплавкие (от 600 до 1600 °C); тугоплавкие (выше 1600 °C).

    Таблица температуры плавления легкоплавких металлов и сплавов:

    Название металла Температура плавления, о С
    Ртуть -38,83
    Франций 25
    Цезий 28,44
    Галлий 29,7646
    Рубидий 39,3
    Калий 63,5
    Натрий 97,81
    Индий 156,5985
    Литий 180,54
    Олово 231,93
    Полоний 254
    Висмут 271,3
    Таллий 304
    Кадмий 321,07
    Свинец 327,46
    Цинк 419,53

    Таблица температуры плавления среднеплавких металлов и сплавов:

    Название металла Температура плавления, о С
    Сурьма 630,63
    Нептуний 639
    Плутоний 639,4
    Магний 650
    Алюминий 660,32
    Радий 700
    Барий 727
    Стронций 777
    Церий 795
    Иттербий 824
    Европий 826
    Кальций 841,85
    Лантан 920
    Празеодим 935
    Германий 938,25
    Серебро 961,78
    Неодим 1024
    Прометий 1042
    Актиний 1050
    Золото 1064,18
    Самарий 1072
    Медь 1084,62
    Уран 1132,2
    Марганец 1246
    Бериллий 1287
    Гадолиний 1312
    Тербий 1356
    Диспрозий 1407
    Никель 1455
    Гольмий 1461
    Кобальт 1495
    Иттрий 1526
    Эрбий 1529
    Железо 1538
    Скандий 1541
    Тулий 1545
    Палладий 1554,9
    Протактиний 1568
    Читайте также:  Руды металлов цинковая руда

    Таблица температуры плавления тугоплавких металлов и сплавов:

    Название металла Температура плавления, о С
    Лютеций 1652
    Титан 1668
    Торий 1750
    Платина 1768,3
    Цирконий 1855
    Хром 1907
    Ванадий 1910
    Родий 1964
    Технеций 2157
    Гафний 2233
    Рутений 2334
    Иридий 2466
    Ниобий 2477
    Молибден 2623
    Тантал 3017
    Осмий 3033
    Рений 3186
    Вольфрам 3422

    Плотность:

    В зависимости от плотности металлы делят на лёгкие (плотность от 0,53 до 5 г/см³) и тяжёлые (от 5 до 22,6 г/см³).

    Самым лёгким металлом является литий (плотность 0,53 г/см³). Самый тяжёлый металл в настоящее время назвать невозможно, так как плотности осмия и иридия — двух самых тяжёлых металлов — почти равны (около 22,6 г/см³ — ровно в два раза выше плотности свинца ), а вычислить их точную плотность крайне сложно: для этого нужно полностью очистить металлы, ведь любые примеси снижают их плотность.

    Пластичность:

    Большинство металлов пластичны, то есть металлическую проволоку можно согнуть, и она не сломается. Это происходит из-за смещения слоёв атомов металлов без разрыва связи между ними.

    Самыми пластичными являются золото, серебро и медь. Из золота можно изготовить фольгу толщиной 0,003 мм, которую используют для золочения изделий. Однако не все металлы пластичны. Проволока из цинка или олова хрустит при сгибании; марганец и висмут при деформации вообще почти не сгибаются, а сразу ломаются.

    Пластичность зависит и от чистоты металла . Так, очень чистый хром весьма пластичен, но, загрязнённый даже незначительными примесями, становится хрупким и более твёрдым. Некоторые металлы, такие, как золото, серебро, свинец, алюминий, осмий, могут срастаться между собой, но на это могут уйти десятки лет.

    Электропроводность:

    Все металлы хорошо проводят электрический ток, обусловлено наличием в их кристаллических решётках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля.

    Серебро, медь и алюминий имеют наибольшую электропроводность. По этой причине последние два металла чаще всего используют в качестве материала для проводов. Очень высокую электропроводность имеет также и натрий. В экспериментальной аппаратуре известны попытки применения натриевых токопроводов в форме тонкостенных труб из нержавеющей стали, заполненных натрием. Благодаря малому удельному весу натрия, при равном сопротивлении натриевые «провода» получаются значительно легче медных и даже несколько легче алюминиевых.

    Теплопроводность:

    Теплопроводность металлов зависит от подвижности свободных электронов.

    Поэтому ряд теплопроводностей похож на ряд электропроводностей, и лучшим проводником тепла, как и электричества, является серебро. Натрий также находит применение как хороший проводник тепла. Широко известно, например, применение натрия в клапанах автомобильных двигателей для улучшения их охлаждения.

    Наименьшая теплопроводность — у висмута и ртути.

    Цвет у большинства металлов примерно одинаковый — светло-серый, иногда с голубоватым оттенком. Золото, медь и цезий соответственно жёлтого, красного и светло-жёлтого цвета.

    Металлы подразделяются на цветные и черные.

    Чёрные металлы – железо и сплавы на его основе (стали, ферросплавы, чугуны). К чёрным металлам также зачастую относят марганец и, иногда, – хром и ванадий.

    Цветные металлы — это особый класс нержавеющих металлов и сплавов, в составе которых нет железа. Металлы называются цветными, потому что каждый из них имеет определенный окрас. К цветным металлам относятся медь, молибден, свинец, цинк, олово, никель, кадмий, кобальт, алюминий, титан, магний, висмут, вольфрам, ртуть, золото, платину, серебро, палладий, родий, рутений, осмий, иридий.

    Источник

  • Поделиться с друзьями
    Металл
    Adblock
    detector