К металлам относятся преимущественно элементы, на внешнем электронном слое которых имеется не более трех валентных электронов.
В таблице Д.И.Менделеева металлы занимают левую нижнюю часть от диагонали, проведенной через элементы бор и астат.
Все металлы, за исключением ртути, — при обычных условиях твердые вещества. Имеют хорошую ковкость, электро- и теплопроводность.
Эти свойства обусловлены кристаллической решеткой металлов: в узлах кристаллической решетки находятся положительно заряженные ионы, а в межузловом пространстве свободно движутся электроны, которые являются переносчиками тепла и электричества.
Свойства металлов изменяются в широких пределах.
По плотности металлы делятся на легкие (до 5 г/см3) и тяжелые, а по температурам плавления — на легкоплавкие (галлий, щелочные металлы, олово, свинец) и тугоплавкие (преобладающее большинство металлов).
Металлы очень сильно отличаются по твердости: некоторые из них можно резать ножом (индий, щелочные металлы), а хром режет стекло.
Атомы металлов в химических реакциях всегда только отдают электроны, поэтому выступают лишь только как восстановители.
Способность металлов отдавать электроны определяет их активность; чем легче атомы металла отдают электроны, тем металл более активен.
По активности металлы можно расположить в определенный ряд, который называется рядом активности, или рядом напряжения, или рядом Бекетова:
К → Са → Na → Mg → Al → Zn → Fe → Ni → Sn → Pb → (H) → Cu → Hg → Ag → Au…
Из этого ряда видно, что:
Металлы получают путем восстановления их оксидов, галогенидов или сульфатов и хлоридов в распорах или расплавах.
Восстановителями могут быть углерод, монооксид углерода, водород, активные металлы и электрический ток:
ZnO + C = Zn + CO,
FeO + CO = Fe + CO2,
МоО3 + ЗН2 = Мо + ЗН2О,
FeCl2 + H2 = Fe + 2HCl,
TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCI2, 3Fe3O4 + 8AI = 9Fe + 4Al2O3,
CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu;
Получение металлов электролизом:
2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + 2H2SO4 + O2,
2NaCl (расплав) = 2Na + Cl2.
Преобладающее большинство металлов образуют оксиды, покрывающие их поверхность плотной тонкой пленкой, которая предохраняет от дальнейшего влияния агрессивной окружающей среды (кислород воздуха, влага).
Ряд металлов, в том числе и железо, образуют оксиды в виде рыхлой массы, которая не может защитить их поверхность от дальнейшего влияния окружающей среды, и они разрушаются.
Это явление называется корразией.
Для борьбы с коррозией применяют покрытие поверхности железа или стали краской, цинком, оловом, никелем хромом или алюминием. Ряд примесей к сталям (хром, никель, титан) делают их нержавеющими.
В чистом виде металлы применяются редко, чаще используют их сплавы:
Связи с тем, что точного определения, что такое металлы нет, их можно разделить на сем групп, в которых они проявляют все свои свойства.
Так к первой относятся щелочные металлы в состав которой входят литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs, франций Fr и полученный искусственно унуненний Uue.
Все щелочные металлы с водой образуют гидроксиды которые хорошо растворимы в воде, а растворов называют щелочами.
Относятся элементы 2 группы периодической таблицы элементов, в состав которой входят кальций, стронций барий, радий и по некоторым утверждениям унбинилий.
Своё название получили за свойство оксидов предавать щелочную реакцию водных растворов.
К этой группе относятся 65 элементов, которые все считаются металлами, своё название приобрели из за того, что все они элементы побочных подгрупп периодической системы, в атомах которых появляются электроны на d— и f-орбиталях.
В общем виде электронное строение переходных элементов можно представить следующим образом:
( n — 1 )d ns .
На ns-орбитали содержится один или два электрона, остальные валентные электроны находятся на (n -1)d-орбитали.
Поскольку число валентных электронов заметно меньше числа орбиталей, то простые вещества, образованные переходными элементами, являются металлами.
Относятся все металлы которые напоминают по своим физико химическим свойствам металлы, находятся они в 3 — 11 группах.
Примеры легких металлов: алюминий, олово, магний, титан, бериллий и литий, а также галлий, индий, таллий, висмут и кадмий, причем самый легкий из них литий.
Считаются элементы находящиеся на границе между металлами и неметаллами, к ним относятся бор, германий, кремний, мышьяк сурьму и теллур, а также иногда висмут, полоний, астат и олово .
Своё название получили из за свойств, так как они являются не металлами, но типу проводимости относятся к проводникам проявляя металлические свойства.
Своё название приобрели благодаря своим ( благородным ) свойствам, к ним относятся Au — золото, Ag — серебро, а также семейство платиновых металлов.
Ru – рутений. Rh – родий. Pd – палладий. Os – осмий. Ir – иридий. Pt – платина.
Для них характерно заполнение 4d- и 5d-электронных орбиталей при наличии одного или двух s-электронов на более высоких (5s- и 6s-электронных) орбиталях.
К данной группе относятся 14 элементов в состав которых входят церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий и лютеций.
Лантан в это семейство не входит.
К ним относятся 14 химических элементов ( III ) группы 7 периода, в состав которых входят торий, протактиний, уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий и лоуренсий.
Так — же как и у лантаноидов актиний не является элементом данной группы, а только рассматривается как пример для сравнения. Все актиноиды радиоактивны.
Всего по подщетам к металлам можно отнести более 90 химических элементов.
Условно различают лёгкие цветные (плотность до 5000 кг/м3) и тяжёлые – плотностью более 5000 кг/м3 .
К лёгким относят: магний, алюминий, титан, бериллий, к тяжёлым – медь, свинец, олово, никель.
Из группы цветных выделяют:
1. Легкоплавкие.
2. Тугоплавкие металлы.
Вещества, обладающие ковкостью, высокой тепло- и электропроводностью, а также пластичностью и характерным металлическим блеском.
Осмий считают самым плотным из всех простых веществ, немного превосходя по этому параметру иридий.