Химия | Металдардың сипаттамасы және жіктелуі

Осы кезге дейін белгілі болып отырған 105 химиялық элементтердің 80-нен астамы металлдарға жатады.
Д.И.Менделевтің периодтық системасында орналасқан барлық S-элементтері
(І және ІІ негізгі топшалар),барлық
-элементтері үшін (ІІІ-VІІІ) қосымша топшалар, барлық
f-элементтер латиондар мен актионидтар мысалдар,
р-элементтері ІІІ-VІІІ негізгі топшаларында орналасқан.
Бұл топшалардың жоғарғы жағында бейметалдар, ал төменгі жағында металдар орналасқан. Егер бордан астатқа дейін түзу сызық жүргізсе ІІІ-VІІІ негізгі топшалардың р-бейметалдардың шамамен сызықтық жоғарғы жағына, ал төменгі жағына металдар орналасқан, олардың бейметалдық қасиеттері бар. “Металл” деген атау металл элементі үшін де, олардың қасиеттерін көрсететін металл жай заттары үшін де қолданылады, ал техникада бұл атау металл жай заты үшін ғана емес, сонымен қатар металдардың қасиеттерін көрсететін барлық металдарға құймаларға да қолданылады.
Металдардың және олардың қосылыстарының қасиеттері периодтық системадағы олар орналасқан топшалар бойынша қарастырылады. Металдардың ішкі құрылысы мен физикалық қасиеттері: металл жай заттарының өздеріне тән жалпы қасиеттері болады. Оларға металлдардың соғылғыштығы, созылғыштығы, электр тоғын, жылуды жақсы жақсы өткізгіштігі жатады.
Металдардың мұндай жалпы қасиеттері олардың ішкі құрылысына байланысты болады. Металл кристалында атомдар, иондар және бос электрондар болатыны дәлелденіп отырады.
Атомдар мен иондар кристалда белгілі бір тәртіппен орналасып осы металға тән металдық кристалдық тор түзеді. Металдардың кристалдық торының түйіндерінде металл атомдары мен иондары орналасады, ал олардың арасымен бос электрондар “электрон газы” қозғалып жүреді. Кристалдық торда металл иондары тығыз орналасқан. Әрбір ионды 8-ден 12-ге дейін басқа иондар қоршайды.. техникалық маңызы бар металдардың кристалдық торлары мынадый негізгі 3 топқа бөлінеді:
1. Қырлары орталықтанған куб. Бұған Al, Pb, Ni, Ag, Au, Ca, Pb, Pt, Rh, Th металдарының кристалдық торлары жатады.
2. Кристалдық торлары көлемі орталықтанған куб болатын металдарға Li, Na, Cs, V, Mo, W, Ba, Ta, Fe жатады.
3. Гексогональді кристалдық торлары мына металдарға тән: Be, Cd, Ti, TI, Zn, Hg, Os, Rh.
Металдардың жоғарыда аталған жалпы физикалық қасиеттері олардың ішкі құрылыстарының ұқсастығымен түсіндіріледі.
Барлық металдардың кесек күйінде металдық жарқылы болады, оның себебі түскен сәуле металл бетіндегі электрондардан шағылысады.
Металдардың соғылғыштығы және созылғыштығы олардың кристалдық торларындағы атомдар мен иондар қабаттарының бір-бірінен жеңіл ығысып орын ауыстыруына байланысты. Мұның өзі металдардың соғылғыштығын кемітіп, оның қаттылығын арттырады.
Металдардың электр тоғын өткізгіштігі оларда бос электрондардың болуына байланысты. Өйткені сыртқы электр қозғаушы күшімен жанасқанда бос электрондар оң полюске қарай қозғала бастайды. Электр тоғын ең жақсы өткізетін металл күміс, онан кейін мыс пен алтын, ал нашар өткізетін қорғасын мен сынап.
Температураның жоғарлауына байланысты металдың электр өткізгіштігі азаяды, оның себебі металл иондарының тербелмелі қозғалысы жиілеп, олардың арасымен электрондардың жылжуына кедергі келтіреді.
Металдардың жақсы жылу өткізгіштігі де олардың кристалдарында бос электрондардың болуына байланысты. Металды қыздырғанда иондардың, атомдардың тербелмелі қозғалысы, олардың бос электрондармен энергия алмасуы жиілеп, жылу металдың барлық массасына тарайды.
Барлық металдар кәдімгі жағдайда қатты күйде, балқу температурасы – 38,9С болатын сынап қана кәдімгі температурада сұйық күйде болады. Металдардың қаттылығы әр түрлі.
Сілтілік металдар жұмсақ, оларды пышақпен кесуге болады, ал ауа металдар (хром, вольфрам)өте қатты.
Металдардың тығыздығы да әр түрлі. Тығыздығы 5г/см3-ке дейін болатын металдарды жеңіл, қалғандарын ауыр металдар дейді. Ең жеңіл металл литий, оның тығыздығы 0,53 г/см3, ең ауыр металл осмий, оның тығыздығы 22,48 г/см3.
Металдардың балқу температуралары да әр түрлі. Көбінесе жеңіл металдар оңай, ал ауыр металдар қиын балқиды. Мысалы цезий 28С-да, вольфрам 3410С-да балқиды. Металдардың қайнау температуралары өте жоғары болады. Мысалы мыстың қайнау температурасы 2277С-та балқиды.
Техникада металдарды қара және түсті деп бөледі. Қара металдарға темір мен оның құймалары жатады. Түсті металдарға сілтілік, сілтілік-жер, бағалы Au, Ag, т.б. Сирек кездесетін титан, германий, ванадий, рений т.б. металдар болып бөлінеді. Металдардың химиялық қасиеттері: металдардың сыртқы электрондық қабатында 1-ден 4-ке дейін электрондар болады. Сондықтан металдар химиялық реакцияларда электрондарын біршама оңай беріп тотығады да тотықсыздандырғыш қызметін атқарады. Металдардың тотықсыздандырғыштық қабілеті электрохимиялық кернеу қатарындағы стандарттық электрондық потенциалдарының мәндеріне байнланысты.
Электрохимиялық кернеу қатарына стандартты электрондық мәні теріс металл потенциалы оң металы оның тұзын ығыстырады.Электрохимиялық кернеу қатарында сутегінен кейін орналасқан металдар сұйытылған қышқылдарда ерімейді. Олардың кейбіреулері тотықтырғыш қышқылдарда – концентрациалық күкірт қышқылында әне кез келген концентрациалы азот қышқылында ерйді.
Алтын мен платина концентрациалы күкірт қышқылы мен азот қышқылындада ерімейді. Алтын “сұйықтық патшасы” деп аталатын бір көлем азот қышқылы мен үш көлем тұз қышқылының қоспасында ериді.
Ас активті металдар атап айтқанда сілтілік, сілтілік-жер металдар, лантаниодтар, сумен әрекеттесіп сутегін ығыстырады. Амфотерлі металдар қышқылмен де, сілтімен де әрекеттесіп сутегін бөліп шығарады. Металдар оттегімен әрекеттесіп оксидтер түзейді. Сілтілік, сілітілік-жер металдар оттегімен негіздік оксидтер түзейді. Кейбір металдар, мысалы, мырыш, алюминий, қалайы, қорғасын т.б. амфотерлік оксидтер түзйді. Әр түрлі тотығу дәрежесін көрсететін металдар әр түрлі сипатта оксидтер түзейді, мысалы: CrO негіздік, Cr2O3 амфотерлік , CrO3 қышқылдық оксидтер.
Қазіргі ғылым мен техниканың дамуы жаңа материалдар алу мен оларды қолдана білуге байланысты. Бұл материалдардың ішінде ең маңыздылары-металдар мен олардың қортпалары. Олар өздерінің ерекше қасиеттеріне байланысты халық шарушылығына барлық салаларда-атом энергетикасында, космостык техникада, прибор жасауда, ауыл шаруашылығында, т.б. қолданылады. Қарқынды дамып келе жатқан дамып келе жатқан техника метал материалдарға күн сайын талаптар қойып отыр. Көптеген практикалық мақсаттар үшін әр түрлі, айырықша қасиеттері бар жаңа металдармен қорытпаларды мүмкіндігінше тиімді пайдалану үшін олардың физикалық күін, құрылысын және қасиеттерін жан-жақты зерттеу керек. Оларды құю, жылумен, қысыммен, т.б. әдістермен өндеу кезінде жүретін ішкі өзгерістерінің табиғатын терең түсіну керек. Металдар химиялық және физикалық, механикалық қасиеттері олардың фазалық күиіне байланысты. Металдар мен қорытпалардың фазалық күйі олардың құрамына кіретін фазалардың атомдық – крис-талдық құрылысы, химиялық құрамы және салыстырмалы шамалармен анықталады. Әр бір жеке фазаның тек өзіне ғана тән кристалдық торы бар. Ол бір немесе бірнеше қарапайым компаненттен тұруы мүмкін. Фазаның химиялық құрамы оған кіретін компоненттердің салыстырмалы шамасымен анықталады. Жалпы алғанда кез келген фазаның химиялық құрамы қорытпанын орташа химиялық құрамымен бірдей болмайды. Фазалардың кристалдық торының түрі мен оның негізгі параметірлері компоненттер атомдарының табиғатына және өзара әсерлесу ерекшеліктеріне байланысты. Фазалардың атомдық – кристалдық әдістердің көмегімен зертейді.
Металдардың жіктелуі
Металдар мен қорытпалардың қасиеттерінің көпшілігі фазалық күйінен басқа, олардың құрылысына да байланысты (барлық механикалық қасиеттері, электр кедергісі, электр өткізгіш-тігі, коерцетифтік күші, т.б.). мұндай қасиеттер металл құрылысының өзгеруіне сезімтал қасиеттер д.а. Металдар мен қорытпалардың құрылысы, оның құрамындағы қортпалардың фазалардың формасы әр түрлі, кеңістікте кездейсоқ бағытталған өте көп микро кристалдардан тұрады.
Металдардың сипаттамасы. Табиғи жағдайда кездесетін 92 элементтің 70-ке жуығы металдарға жатады. Металл еместерге Н, В, С, N, O, иннерті газдар ....