A fémek, mint egyszerű anyagok röviden. II

Ha D.I. Mengyelejev elemi periódusos táblázatában átlót rajzolunk a berilliumtól az asztatinig, akkor az átló mentén a bal alsó sarokban fémelemek lesznek (ezek az oldalsó alcsoportok elemeit is tartalmazzák, kékkel kiemelve), és a jobb felső sarokban - nem fém elemek (sárgával kiemelve). Az átló közelében elhelyezkedő elemek - félfémek vagy metalloidok (B, Si, Ge, Sb stb.) kettős karakterrel rendelkeznek (rózsaszínnel kiemelve).

Amint az ábrán látható, az elemek túlnyomó többsége fém.

Kémiai természetüknél fogva a fémek olyan kémiai elemek, amelyek atomjai a külső vagy prekülső energiaszintekről adják fel az elektronokat, pozitív töltésű ionokat képezve.

Szinte minden fémnek viszonylag nagy sugara van, és kis számú elektronja van (1-től 3-ig) a külső energiaszinten. A fémeket alacsony elektronegativitás és redukáló tulajdonságok jellemzik.

A legjellemzőbb fémek a periódusok elején helyezkednek el (a másodiktól kezdve), majd balról jobbra a fémes tulajdonságok gyengülnek. A fentről lefelé haladó csoportban a fémes tulajdonságok az atomok sugarának növekedésével nőnek (az energiaszintek számának növekedése miatt). Ez az elemek elektronegativitásának (az elektronok vonzásának képességének) csökkenéséhez és a redukáló tulajdonságok növekedéséhez vezet (az a képesség, hogy kémiai reakciókban elektronokat adjanak át más atomoknak).

Tipikus a fémek s-elemek (az IA csoport elemei Li-től Fr-ig. A PA-csoport elemei Mg-től Ra-ig). Atomjaik általános elektronképlete ns 1-2. + I, illetve + II oxidációs állapot jellemzi őket.

Az elektronok kis száma (1-2) a tipikus fématomok külső energiaszintjében azt jelenti, hogy ezek az elektronok könnyen elvesznek, és erős redukáló tulajdonságokat mutatnak, amit az alacsony elektronegativitási értékek tükröznek. Ez azt jelenti, hogy a tipikus fémek kémiai tulajdonságai és előállítási módjai korlátozottak.

A tipikus fémekre jellemző, hogy atomjaik hajlamosak kationok és ionos kémiai kötések kialakítására nemfém atomokkal. A tipikus fémek nemfémekkel alkotott vegyületei a „nemfém metanionjának” ionos kristályai, például K + Br -, Ca 2+ O 2-. A tipikus fémek kationjait a komplex anionokkal - hidroxidok és sók, például Mg 2+ (OH -) 2, (Li +) 2CO 3 2- - tartalmazó vegyületek is tartalmazzák.

A Be-Al-Ge-Sb-Po periódusos rendszer amfoter átlóját alkotó A-csoport fémei, valamint a velük szomszédos fémek (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) nem mutatnak tipikus fémességet. tulajdonságait. Atomjaik általános elektronikus képlete ns 2 n.p. 0-4 Többféle oxidációs állapotot, nagyobb saját elektronmegtartó képességet, redukáló képességük fokozatos csökkenését és oxidációs képességének megjelenését foglalja magában, különösen magas oxidációs állapotban (tipikus példák a Tl III, Pb IV, Bi v vegyületek) . Hasonló kémiai viselkedés a legtöbbre jellemző (d-elemek, azaz a periódusos rendszer B-csoportjainak elemei (tipikus példák a Cr és a Zn amfoter elemek).

A kettős (amfoter) tulajdonságoknak ez a megnyilvánulása – mind a fémes (bázisos), mind a nemfémes – a kémiai kötés természetéből adódik. Szilárd állapotban az atipikus fémek nemfémekkel alkotott vegyületei túlnyomórészt kovalens kötéseket tartalmaznak (de kevésbé erősek, mint a nemfémek közötti kötések). Oldatban ezek a kötések könnyen felszakadnak, és a vegyületek (teljesen vagy részben) ionokká disszociálnak. Például a fém gallium szilárd állapotban Ga 2 molekulákból áll, az alumínium és a higany kloridjai (II) az AlCl 3 és a HgCl 2 erősen kovalens kötéseket tartalmaznak, de oldatban az AlCl 3 szinte teljesen disszociál, a HgCl 2 - a nagyon kis mértékben (majd HgCl + és Cl - ionokká).

Fémek általános fizikai tulajdonságai

A kristályrácsban lévő szabad elektronok ("elektrongáz") jelenléte miatt minden fém a következő jellemző általános tulajdonságokkal rendelkezik:

1) Műanyag- Könnyű alakváltás, dróttá nyújtás és vékony lapokká tekerhetőség.

2) Fémes ragyogásés átlátszatlanság. Ennek oka a szabad elektronok és a fémre eső fény kölcsönhatása.

3) Elektromos vezetőképesség. Ez azzal magyarázható, hogy a szabad elektronok kis potenciálkülönbség hatására a negatív pólustól a pozitív felé haladnak. Melegítéskor az elektromos vezetőképesség csökken, mert A hőmérséklet emelkedésével a kristályrács csomópontjaiban felerősödnek az atomok és ionok rezgései, ami megnehezíti az „elektrongáz” irányított mozgását.

4) Hővezető. Ezt a szabad elektronok nagy mobilitása okozza, aminek következtében a hőmérséklet gyorsan kiegyenlíti a fém tömegét. A legnagyobb hővezető képesség a bizmutban és a higanyban található.

5) Keménység. A legkeményebb a króm (üveget vág); a legpuhább alkálifémeket - káliumot, nátriumot, rubídiumot és céziumot - késsel vágják.

6) Sűrűség. Minél kisebb a fém atomtömege és minél nagyobb az atom sugara, annál kisebb. A legkönnyebb a lítium (ρ=0,53 g/cm3); a legnehezebb az ozmium (ρ=22,6 g/cm3). Az 5 g/cm3-nél kisebb sűrűségű fémek „könnyűfémeknek” minősülnek.

7) Olvadás- és forráspontok. A legolvadékonyabb fém a higany (olvadáspont = -39°C), a leginkább tűzálló fém a volfrám (olvadáspont = 3390°C). Olvadáspontú fémek 1000°C felett tűzállónak, alatta alacsony olvadáspontúnak számítanak.

A fémek általános kémiai tulajdonságai

Erős redukálószerek: Me 0 – nē → Me n +

Számos feszültség jellemzi a fémek összehasonlító aktivitását a vizes oldatok redoxreakcióiban.

I. Fémek reakciói nemfémekkel

1) Oxigénnel:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) Kénnel:
Hg + S → HgS

3) Halogénekkel:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2

4) Nitrogénnel:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2

5) Foszforral:
3Ca + 2P – t° → Ca 3P 2

6) Hidrogénnel (csak alkáli- és alkáliföldfémek reagálnak):
2Li + H2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

II. Fémek reakciói savakkal

1) A H-ig terjedő elektrokémiai feszültségsorba tartozó fémek a nem oxidáló savakat hidrogénné redukálják:

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al+6HCl → 2AlCl3+3H 2

6Na + 2H 3PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) Oxidáló savakkal:

Amikor bármilyen koncentrációjú salétromsav és tömény kénsav kölcsönhatásba lép a fémekkel Hidrogén soha nem szabadul fel!

Zn + 2H 2SO 4(K) → ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

4Zn + 5H 2SO 4(K) → 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

3Zn + 4H 2SO 4(K) → 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O

2H 2SO 4 (k) + Cu → Cu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

10HNO 3 + 4Mg → 4Mg(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

4HNO 3 (k) + Cu → Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

III. Fémek kölcsönhatása vízzel

1) Az aktív (alkáli és alkáliföldfémek) oldható bázist (alkáli) és hidrogént képeznek:

2Na + 2H 2O → 2NaOH + H2

Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2) A közepes aktivitású fémeket víz oxidálja, amikor oxiddá hevítik:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) Inaktív (Au, Ag, Pt) - ne reagáljon.

IV. A kevésbé aktív fémek kiszorítása aktívabb fémekkel a sóik oldatából:

Cu + HgCl 2 → Hg+ CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

Az iparban gyakran nem tiszta fémeket használnak, hanem ezek keverékeit - ötvözetek, amelyben az egyik fém előnyös tulajdonságait egy másik fém előnyös tulajdonságai egészítik ki. Így a réz alacsony keménységű, és nem alkalmas gépalkatrészek gyártására, míg a réz és cink ötvözetei ( sárgaréz) már elég kemények, és széles körben használják a gépészetben. Az alumínium nagy rugalmassággal és elegendő könnyűséggel (alacsony sűrűségű) rendelkezik, de túl puha. Ennek alapján egy magnézium-, réz- és mangánötvözetet állítanak elő - duralumínium (duralumínium), amely anélkül, hogy elveszítené az alumínium előnyös tulajdonságait, nagy keménységet szerez és alkalmassá válik repülőgép-építésre. A vas ötvözetei szénnel (és más fémek adalékaival) széles körben ismertek öntöttvasÉs acél.

A szabad fémek restaurátorok. Néhány fém azonban alacsony reakciókészséggel rendelkezik, mivel bevonattal vannak ellátva felületi oxidfilm Különböző mértékben ellenáll a kémiai reagenseknek, például víznek, savak és lúgok oldatainak.

Például az ólmot mindig oxidfilm borítja, hogy oldatba kerüljön, nem csak reagenssel (például híg salétromsavval), hanem melegítéssel is. Az alumíniumon lévő oxidfilm megakadályozza a vízzel való reakciót, de savak és lúgok elpusztítják. Laza oxidfilm (rozsda), nedves levegőben a vas felületén képződik, nem zavarja a vas további oxidációját.

Befolyása alatt sűrített savak keletkeznek a fémeken fenntartható oxid film. Ezt a jelenséget az ún passziváció. Tehát koncentráltan kénsav az olyan fémek, mint a Be, Bi, Co, Fe, Mg és Nb passziválódnak (majd nem reagálnak savval), tömény salétromsavban pedig A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb fémek , Th és U.

Ha savas oldatokban oxidálószerekkel lép kölcsönhatásba, a legtöbb fém kationokká alakul át, amelyek töltését az adott elem stabil oxidációs állapota határozza meg a vegyületekben (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ és Fe 3). +)

A fémek redukáló aktivitását savas oldatban feszültségek sorozata adja át. A legtöbb fémet sósavval és híg kénsavval oldják át, de a Cu, Ag és Hg - csak kénsavval (tömény) és salétromsavval, a Pt és Au pedig "regia vodkával".

Fémkorrózió

A fémek nemkívánatos kémiai tulajdonsága, hogy vízzel érintkezve és a benne oldott oxigén hatására aktív pusztulásuk (oxidációjuk) (oxigénkorrózió). Például széles körben ismert a vastermékek vízben történő korróziója, melynek következtében rozsda képződik, és a termékek porrá morzsolódnak.

A fémek korróziója vízben is előfordul az oldott CO 2 és SO 2 gázok jelenléte miatt; savas környezet jön létre, és a H + kationokat az aktív fémek kiszorítják hidrogén H 2 formájában ( hidrogén korrózió).

A két különböző fém érintkezési területe különösen korrozív lehet ( érintkezési korrózió). Galvánpár jön létre egy fém, például Fe, és egy másik fém, például Sn vagy Cu, vízbe helyezett fém között. Az elektronok áramlása az aktívabb fémtől, amely a feszültségsorban balra van (Re), a kevésbé aktív fémhez (Sn, Cu) megy, és az aktívabb fém megsemmisül (korrodálódik).

Emiatt a konzervdobozok ónozott felülete (ónnal bevont vas) rozsdásodik, ha nedves környezetben tárolják és gondatlanul kezelik (a vas már egy kis karcolás után is gyorsan összeesik, így a vasaló nedvességgel érintkezik). Ellenkezőleg, a vasvödör horganyzott felülete nem rozsdásodik sokáig, hiszen ha vannak is karcok, nem a vas korrodál, hanem a cink (a vasnál aktívabb fém).

Egy adott fém korrózióállósága növekszik, ha aktívabb fémmel vonják be, vagy ha összeolvasztják; Így a vas krómmal való bevonása vagy vas és króm ötvözete kiküszöböli a vas korrózióját. Krómozott vas és krómtartalmú acél ( rozsdamentes acél), magas korrózióállósággal rendelkeznek.

elektrometallurgia, azaz fémek előállítása olvadékok (a legaktívabb fémek esetében) vagy sóoldatok elektrolízisével;

pirometalurgia, azaz fémek kinyerése ércekből magas hőmérsékleten (például vas előállítása a nagyolvasztó eljárásban);

hidrometallurgia azaz a fémek elválasztása sóik oldatától aktívabb fémekkel (például réz előállítása CuSO 4 oldatából cink, vas vagy alumínium hatására).

A természetes fémek néha megtalálhatók a természetben (tipikus példák az Ag, Au, Pt, Hg), de gyakrabban előfordulnak fémek vegyületek formájában ( fémércek). A fémek mennyisége a földkéregben változó: a leggyakoribbaktól - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) a legritkábbakig - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.

A fémek közé tartoznak az egyszerű anyagok, amelyek normál körülmények között magas elektromos és hővezető képességgel, fémes csillogással és hajlékonysággal rendelkeznek. Jelenleg az a meghatározó fizikai tulajdonság, amely lehetővé teszi egy adott anyag fémnek minősítését, az elektromos vezetőképesség csökkenése a hőmérséklet emelkedésével (az elektromos vezetőképesség negatív hőmérsékleti együtthatója). Kémiai szempontból a fémek elektronegativitása és elektronaffinitása alacsony, ennek következtében a kémiai folyamatokban csak elektrondonorként (redukálószerként) hatnak, vegyületekben pedig pozitív oxidációs állapotúak. A fémek legfontosabb kémiai jellemzője a bázikus oxidok és a megfelelő hidroxidok képződése. A periódusos rendszer IV-VIII. csoportjába tartozó fémek általában több oxidációs állapotú vegyületekkel rendelkeznek, a magasabb oxidok savas jellegűek.

Minden fém, az atom szerkezetétől függően, fel van osztva s-fémek(alkáli fémek, alkáliföldfémek), p-fémek(alumínium, gallium, indium, tallium, ón, ólom, bizmut és polónium), d-fémek(mellékalcsoportok összes eleme) és f-fémek(lantanidok és aktinidák). Műszaki besorolás szerint a fémeket felosztják fekete(vas és ötvözetei), színezett(réz, ólom, nikkel, kobalt, ón, higany stb.), könnyűfémek 5000 kg/m 3 -nél kisebb sűrűségű (alkáli fémek, alumínium, magnézium, kalcium stb.), nemes, ill. nemes fémek(ezüst, arany, platina fémek). Általában fémek közé sorolják őket ötvözetek. Az ötvözetek olyan homogén rendszerek, amelyek két vagy több fémből állnak (néha az ötvözet komponensei lehetnek nem fémek is), amelyek jellegzetes fémes tulajdonságokkal rendelkeznek. Az iparban, az orvostudományban, a mindennapi életben stb. Leggyakrabban nem tiszta fémeket, hanem azok ötvözeteit használják. Sok fém polimorfokat képez, amelyek kristályszerkezetükben különböznek egymástól.

Körülbelül 20 kémiai elem alkot egyszerű anyagokat, amelyek nem fémek, és a fémekkel ellentétes tulajdonságokkal rendelkeznek: hiányzik a fémes csillogás, képlékenység (hajlékonyság), elektromos vezetőképesség és alacsony hővezető képesség. A kémiai elemek periódusos rendszerében (hosszú periódusú változatában) a fémek és a nemfémek határa átlósan a bórtól az asztatinig húzódik, míg a germániumot még mindig gyakran a nemfémek közé sorolják. Amint már jeleztük, az egyszerű anyagok fémekre és nemfémekre való felosztása az adott kritériumok szerint meglehetősen önkényes, mivel egyes nemfémek fémes fényűek, például a jód; a törékeny fémek ismertek; Egyes kémiai elemek fémes és nemfémes allotrópokat is képeznek.

Kémiai szempontból a nemfémek más anyagokkal kölcsönhatásba lépve elektrondonorként és akceptorként is működhetnek, azaz a vegyületekben pozitív és negatív oxidációs állapotot is mutathatnak.

A fentiek alapján a nemfémek közé tartoznak az egyszerű anyagok, amelyeket a VIII. csoport fő alcsoportjainak kémiai elemei képeznek (hélium, neon, argon, kripton, xenon, radon); VII. csoport (hidrogén, fluor, klór, bróm, jód, asztatin); VI. csoport (oxigén, kén, szelén, tellúr); V. csoport (nitrogén, foszfor, arzén); IV. csoport (szén, szilícium, germánium); III. csoport (bór).

Az egyszerű anyagokat általában kémiai elemeik neve alapján nevezik el. A kivételek a következők: gyémánt, grafit, ózonés az egyszerű anyagok néhány más neve. Egy kémiai elem és egy egyszerű anyag nevének kettőssége bizonyos nehézségeket okoz megkülönböztetésükben. Általában az állítások kontextusából derül ki, hogy elemről vagy egyszerű szubsztanciáról beszélünk. Például a következő mondatokban: „A víz majdnem 90%-ot tartalmaz oxigén". "Tartalom oxigén a vízben a hőmérséklet emelkedésével csökken" - az első esetben az oxigénről mint elemről, a második mondatban - mint egyszerű anyagról beszélünk. Az egyszerű anyagok és elemek megkülönböztetésére az „atomi" jelzőkkel pontosíthatja a nevüket. (atomi) vagy "molekuláris", például molekuláris klór - Cl 2, atomi nitrogén - N. A molekulában lévő atomok számát is feltüntethetjük az anyagok nevében, például dijód - I 2, trioxigén - O 3, oktakén - S 8.

A fémpolimorfok nevei a megfelelő görög betűből (α, β, γ, δ, ε) és az anyag szokásos nevéből állnak, például alfa-vas - α-Fe, gamma-ón - γ-Sn stb.

Dmitrij Ivanovics Mengyelejev periódusos rendszerének 109 kémiai eleme közül 87 elem egyszerű anyagokat alkot szabad állapotban fémkötéssel.

Már az ókorban is figyeltek a fémek különleges tulajdonságaira: megolvaszthatók, majd tetszőleges formát kaphatnak, lándzsa- és nyílhegyeket, baltákat és kardokat, edényeket, sőt ekéket is készíthetnek. A történelemből tudjuk, hogy a kőkorszakot felváltotta a rézkor, majd a bronzkor, és még később a vaskor. Abszolút minden fém, kivéve a higanyt, normál állapotában szilárd anyag, bizonyos általános tulajdonságokkal. A fémek műanyag, képlékeny, viszkózus anyagok, amelyek fémes fényűek, valamint elektromos áramot és hőt vezetnek.

Az ókorban a fémeknek különféle csodálatos tulajdonságokat tulajdonítottak. Az ókori Egyiptomban a hét fémet a Föld hét bolygójának tekintették.

Elődeink olyan nemesfémet személyesítettek meg, mint az arany a Nappal, az ezüst a Holddal, a rezet a Vénusszal, a vas a Marssal, az ón a Jupiterrel, az ólom a Szaturnuszszal, a higany a Merkúrral. A fémek mennyisége, amelyet az emberek akkoriban ismertek, úgy tűnt, csak megerősítette a bolygók és a fémek közötti kapcsolatot. Amikor az alkimistáknak sikerült felfedezniük a fémes antimont a tizenhatodik században, sokáig nem akarták fémként felismerni – elvégre nem volt elég egy bizonyos bolygó az égen az antimonhoz.

M.V. Lomonoszov a fémeket „kovácsolható könnyű testként” írta le, ezt a tulajdonságát az aranynak, ezüstnek, réznek, ónnak, vasnak és ólomnak tulajdonította. A. Lavuzier 1789-ben írt „Elementary Course in Chemistry” című könyvében mintegy tizenhét fémet említett. A tizenkilencedik század elején történt a platinafémek felfedezése. Napjainkban az ember által ismert fémek száma elérte a 87-et.

A plaszticitás a fémek egyik legfontosabb tulajdonsága, amely lehetővé teszi, hogy ütés hatására megváltoztassák alakjukat, vékony lapokká laposodjanak vagy huzallá nyúljanak. Így a mobil szocializált elektronok tompítják a pozitív ionok mozgását, védve őket egymástól. Ez az oka annak, hogy a fém feldolgozása, amikor alakja megváltozik, tönkremenetele nélkül megy végbe.

Plaszticitása alapján az arany megkülönböztethető a nemesfémektől. Mindössze egy gramm aranyból három kilométer drót készíthető.

A szocializált elektronok jelenléte a fémek olyan jellegzetes tulajdonságát is megmagyarázza, mint az elektromos vezetőképességük. Már egy kis potenciálkülönbség is elég, és a kaotikusan mozgó elektronok szigorúan rendezett irányba kezdenek mozogni. Az elektromos áram legoptimálisabb vezetői az olyan fémek, mint az ezüst, réz, arany és alumínium. Ebben a sorrendben az elektromos vezetőképességük csökken.

Ezenkívül a szabad elektronok az okai annak, hogy a fémek ragyognak. Fény elnyeli a fém felülete, elektronjai elkezdik kibocsátani saját, immár másodlagos sugárzási hullámaikat, ezeket fémes fényként figyelhetjük meg. Jó példa erre az olyan fémek, mint a higany, a réz és az ezüst – ezek tökéletesen visszaverik a fényt.

A természetben nagyszámú fém jelenik meg érc és különféle vegyületek formájában. Szulfidokat, oxidokat, karbonátokat és sok más kémiai vegyületet képezhetnek. Ahhoz, hogy az ércből tiszta fémet nyerjünk, el kell különíteni és meg kell tisztítani. Szükség esetén ötvözést és egyéb fémfeldolgozást végeznek. Azt a tudományt, amely a fémeket, valamint mindent, ami velük kapcsolatos, kohászatnak nevezi.

Van még kérdése? Nem tudja, hogyan csinálja meg a házi feladatát?
Ha segítséget szeretne kérni egy oktatótól, regisztráljon.
Az első óra ingyenes!

weboldalon, az anyag teljes vagy részleges másolásakor az eredeti forrásra mutató hivatkozás szükséges.

Az első anyag, amelyet az emberek megtanultak használni igényeik kielégítésére, a kő volt. Később azonban, amikor az ember tudomást szerzett a fémek tulajdonságairól, a kő messze visszaköltözött. Ezek az anyagok és ötvözeteik váltak a legfontosabb és legfontosabb anyagokká az emberek kezében. Háztartási cikkeket, szerszámokat készítettek belőlük, helyiségeket építettek. Ezért ebben a cikkben megvizsgáljuk, mik azok a fémek, amelyek általános jellemzői, tulajdonságai és alkalmazása a mai napig annyira releváns. Végül is szó szerint közvetlenül a kőkorszak után fémek egész galaxisa következett: réz, bronz és vas.

Fémek: általános jellemzők

Mi egyesíti ezen egyszerű anyagok képviselőit? Természetesen ez a kristályrács szerkezete, a kémiai kötések típusai és az atom elektronszerkezetének jellemzői. Végül is innen erednek azok a jellegzetes fizikai tulajdonságok, amelyek ezen anyagok emberi felhasználásának hátterében állnak.

Először is tekintsük a fémeket a periódusos rendszer kémiai elemeinek. Ebben meglehetősen szabadon helyezkednek el, és 95 cellát foglalnak el a ma ismert 115-ből.

• Ezek alkotják az I. és II., valamint a III. csoport fő alcsoportját, alumíniummal kezdve.
• Minden oldalsó alcsoport csak fémekből áll.
• A bórtól az asztatinig terjedő hagyományos átló alatt helyezkednek el.

Az ilyen adatok alapján könnyen belátható, hogy a nemfémek a rendszer jobb felső részében vannak gyűjtve, a többi hely pedig az általunk vizsgált elemekhez tartozik.

Mindegyikük rendelkezik az atom elektronszerkezetének számos jellemzőjével:

A fémek és nemfémek általános jellemzői lehetővé teszik szerkezetük mintázatainak azonosítását. Így az előbbi kristályrácsa fémes és különleges. Csomópontjai többféle részecskét tartalmaznak:

• ionok;
• atomok;
• elektronok.

Az elektrongáznak nevezett közös felhő halmozódik fel benne, ami megmagyarázza ezen anyagok összes fizikai tulajdonságát. A fémekben lévő kémiai kötések típusa megegyezik velük.

Fizikai tulajdonságok

Számos olyan paraméter létezik, amelyek az összes fémet egyesítik. Általános jellemzőik fizikai tulajdonságaik tekintetében így néznek ki.

A felsorolt ​​paraméterek a fémek általános jellemzői, vagyis mindaz, ami egy nagy családba egyesíti őket. Meg kell azonban érteni, hogy minden szabály alól vannak kivételek. Ráadásul túl sok ilyen elem van. Ezért magán a családon belül is vannak különféle csoportokra való felosztások, amelyeket az alábbiakban fogunk megvizsgálni, és amelyekre jellemző tulajdonságokat mutatunk be.

Kémiai tulajdonságok

A kémia tudománya szempontjából minden fém redukálószer. Ráadásul nagyon erős. Minél kevesebb elektron van a külső szinten és minél nagyobb az atomsugár, annál erősebb a fém ezen paraméter szerint.

Ennek eredményeként a fémek reakcióba léphetnek a következőkkel:

Ez csak a kémiai tulajdonságok általános áttekintése. Végül is minden egyes elemcsoport esetében tisztán egyéniek.

Alkáliföldfémek

Az alkáliföldfémek általános jellemzői a következők:

Így az alkáliföldfémek az s-család gyakori elemei, amelyek nagy kémiai aktivitást mutatnak, és erős redukálószerek, valamint fontos résztvevői a szervezetben zajló biológiai folyamatoknak.

Alkáli fémek

Az általános jellemzők a nevükkel kezdődnek. Azért kapták, mert vízben oldódik, lúgokat - maró hidroxidot képez. A vízzel való reakciók nagyon hevesek, néha gyulladással. Ezek az anyagok szabad formában nem találhatók meg a természetben, mivel kémiai aktivitásuk túl magas. Reagálnak levegővel, vízgőzzel, nem fémekkel, savakkal, oxidokkal és sókkal, vagyis szinte mindennel.

Ezt elektronikus szerkezetük magyarázza. A külső szinten csak egy elektron van, amelyet könnyen feladnak. Ezek a legerősebb redukálószerek, ezért elég hosszú időbe telt tiszta formában előállítani őket. Ezt először Humphry Davy végezte el már a 18. században nátrium-hidroxid elektrolízissel. Most ennek a csoportnak minden képviselőjét ezzel a módszerrel bányászják.

Az alkálifémek általános jellemzője, hogy a periódusos rendszer első csoportját, fő alcsoportját alkotják. Mindegyik fontos elem, amely számos értékes természetes vegyületet képez, amelyet az ember használ.

A d- és f-család fémeinek általános jellemzői

Az elemek ebbe a csoportjába tartoznak mindazok, amelyek oxidációs állapota változhat. Ez azt jelenti, hogy a körülményektől függően a fém oxidálószerként és redukálószerként is működhet. Az ilyen elemek nagy reakcióképességgel rendelkeznek. Köztük számos amfoter anyag található.

Mindezen atomok közös neve átmeneti elemek. Azért kapták meg, mert tulajdonságaikat tekintve valóban középen állnak, az s-család tipikus fémei és a p-családba tartozó nemfémek között.

Az átmeneti fémek általános jellemzői magukban foglalják hasonló tulajdonságaik megjelölését. Ezek a következők:

• nagyszámú elektron a külső szinten;
• nagy atomsugár;
• több oxidációs állapot (+3-tól +7-ig);
• d- vagy f-alszinten vannak;
• a rendszer 4-6 nagy periódusát alkotják.

Az ebbe a csoportba tartozó fémek egyszerű anyagokként nagyon erősek, képlékenyek és alakíthatók, ezért nagy ipari jelentőséggel bírnak.

A periódusos rendszer oldalsó alcsoportjai

Az oldalsó alcsoportok fémeinek általános jellemzői teljesen egybeesnek az átmenetifémekkel. És ez nem meglepő, mert lényegében pontosan ugyanazok. Csupán arról van szó, hogy a rendszer oldalsó alcsoportjait pontosan a d- és az f-család képviselői alkotják, vagyis az átmenetifémek. Ezért azt mondhatjuk, hogy ezek a fogalmak szinonimák.

Közülük a legaktívabb és legfontosabb a 10 képviselőből álló első sor a szkandiumtól a cinkig. Mindegyik fontos ipari jelentőséggel bír, és gyakran használják az emberek, különösen olvasztásra.

Ötvözetek

A fémek és ötvözetek általános jellemzői lehetővé teszik, hogy megértsük, hol és hogyan használhatók fel ezek az anyagok. Az ilyen vegyületek az elmúlt évtizedekben nagy átalakuláson mentek keresztül, mivel új adalékanyagokat fedeznek fel és szintetizálnak minőségük javítására.

A mai leghíresebb ötvözetek a következők:

• sárgaréz;
• dúralumínium;
• öntöttvas;
• acél;
• bronz;
• nyerni fog;
• nichrome és mások.

Mi az az ötvözet? Ez fémek keveréke, amelyet az utóbbi speciális kemenceberendezésekben történő megolvasztásával nyernek. Ez azért történik, hogy olyan terméket kapjunk, amely tulajdonságaiban jobb, mint az azt alkotó tiszta anyagok.

Fémek és nemfémek tulajdonságainak összehasonlítása

Ha általános tulajdonságokról beszélünk, akkor a fémek és a nemfémek jellemzői egy nagyon lényeges pontban különböznek majd: az utóbbiak esetében lehetetlen megkülönböztetni a hasonló tulajdonságokat, mivel mind fizikai, mind kémiai tulajdonságaikban nagyon különböznek.

Ezért nem lehet nemfémeknél hasonló jellemzőt létrehozni. Csak az egyes csoportok képviselőit külön-külön mérlegelheti, és ismertetheti tulajdonságaikat.

Dmitrij Ivanovics Mengyelejev periódusos rendszerének 109 kémiai eleme közül 87 elem egyszerű anyagokat alkot szabad állapotban fémkötéssel.

Már az ókorban is figyeltek a fémek különleges tulajdonságaira: megolvaszthatók, majd tetszőleges formát kaphatnak, lándzsa- és nyílhegyeket, baltákat és kardokat, edényeket, sőt ekéket is készíthetnek. A történelemből tudjuk, hogy a kőkorszakot felváltotta a rézkor, majd a bronzkor, és még később a vaskor. Abszolút minden fém, kivéve a higanyt, normál állapotában szilárd anyag, bizonyos általános tulajdonságokkal. A fémek műanyag, képlékeny, viszkózus anyagok, amelyek fémes fényűek, valamint elektromos áramot és hőt vezetnek.

Az ókorban a fémeknek különféle csodálatos tulajdonságokat tulajdonítottak. Az ókori Egyiptomban a hét fémet a Föld hét bolygójának tekintették.

Elődeink olyan nemesfémet személyesítettek meg, mint az arany a Nappal, az ezüst a Holddal, a rezet a Vénusszal, a vas a Marssal, az ón a Jupiterrel, az ólom a Szaturnuszszal, a higany a Merkúrral. A fémek mennyisége, amelyet az emberek akkoriban ismertek, úgy tűnt, csak megerősítette a bolygók és a fémek közötti kapcsolatot. Amikor az alkimistáknak sikerült felfedezniük a fémes antimont a tizenhatodik században, sokáig nem akarták fémként felismerni – elvégre nem volt elég egy bizonyos bolygó az égen az antimonhoz.

M.V. Lomonoszov a fémeket „kovácsolható könnyű testként” írta le, ezt a tulajdonságát az aranynak, ezüstnek, réznek, ónnak, vasnak és ólomnak tulajdonította. A. Lavuzier 1789-ben írt „Elementary Course in Chemistry” című könyvében mintegy tizenhét fémet említett. A tizenkilencedik század elején történt a platinafémek felfedezése. Napjainkban az ember által ismert fémek száma elérte a 87-et.

A plaszticitás a fémek egyik legfontosabb tulajdonsága, amely lehetővé teszi, hogy ütés hatására megváltoztassák alakjukat, vékony lapokká laposodjanak vagy huzallá nyúljanak. Így a mobil szocializált elektronok tompítják a pozitív ionok mozgását, védve őket egymástól. Ez az oka annak, hogy a fém feldolgozása, amikor alakja megváltozik, tönkremenetele nélkül megy végbe.

Plaszticitása alapján az arany megkülönböztethető a nemesfémektől. Mindössze egy gramm aranyból három kilométer drót készíthető.

A szocializált elektronok jelenléte a fémek olyan jellegzetes tulajdonságát is megmagyarázza, mint az elektromos vezetőképességük. Már egy kis potenciálkülönbség is elég, és a kaotikusan mozgó elektronok szigorúan rendezett irányba kezdenek mozogni. Az elektromos áram legoptimálisabb vezetői az olyan fémek, mint az ezüst, réz, arany és alumínium. Ebben a sorrendben az elektromos vezetőképességük csökken.

Ezenkívül a szabad elektronok az okai annak, hogy a fémek ragyognak. Fény elnyeli a fém felülete, elektronjai elkezdik kibocsátani saját, immár másodlagos sugárzási hullámaikat, ezeket fémes fényként figyelhetjük meg. Jó példa erre az olyan fémek, mint a higany, a réz és az ezüst – ezek tökéletesen visszaverik a fényt.

A természetben nagyszámú fém jelenik meg érc és különféle vegyületek formájában. Szulfidokat, oxidokat, karbonátokat és sok más kémiai vegyületet képezhetnek. Ahhoz, hogy az ércből tiszta fémet nyerjünk, el kell különíteni és meg kell tisztítani. Szükség esetén ötvözést és egyéb fémfeldolgozást végeznek. Azt a tudományt, amely a fémeket, valamint mindent, ami velük kapcsolatos, kohászatnak nevezi.

Van még kérdése? Nem tudja, hogyan csinálja meg a házi feladatát?
Segítséget kérni egy oktatótól -.
Az első óra ingyenes!

blog.site, az anyag teljes vagy részleges másolásakor az eredeti forrásra mutató hivatkozás szükséges.