Розділ IV загальні відомості про метали

Ви вже вивчили основні поняття, закони й теорії хімії. Спираючись на них як на теоретичну основу, тепер ви ознайомитесь з хімічними елементами та їх сполуками. Вивчатимемо спочатку елементи-метали та відповідні їм прості речовини – метали.

§ 22. Місце металів у періодичній системі елементів. Металічний зв'язок.

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ.

Ви знаєте, що всі хімічні елементи умовно (чому?) поділяють на метали і неметали. Переважна більшість хімічних елементів – це елементи-метали. До них належать усі елементи побічних підгруп, включаючи лантаноїди та актиноїди; елементи головних підгруп І (за винятком Гідрогену), II і III груп (крім Бору) та деякі елементи головних підгруп IV–VI груп, а саме: Германій, Станум, Плюмбум, Стибій, Бісмут, Полоній. Виходить, що всі елементи-метали розміщені в лівій частині періодичної системи під діагоналлю Бор В –Астат At (див. таблицю елементів).

Особливість будови атомів металів. На зовнішньому електронному шарі атомів більшості металів невелике число електронів – від 1 до 3. Атоми металів легко віддають електрони і набувають конфігурації попереднього інертного газу.

Легкість віддавання електронів зростає: а) із зменшенням їхньої кількості на зовнішньому електронному шарі і б) з віддаленням зовнішнього електронного шару від ядра атома. В обох випадках це зв'язано із збільшенням розмірів атома. Як правило, атоми металів мають великі атомні радіуси. У періодах найбільші радіуси мають атоми лужних металів (чому?).

Металічний зв'язок. Це особливий тип хімічного зв'язку, властивий лише металам та їхнім сплавам. Суть його полягає в тому, що атоми металів постійно віддають електрони, які переміщуються по всій масі шматка металу (мал. 9).

Мал 9. утворення металічного зв'язку

Атоми металів, що віддали електрони, стають позитивно зарядженими йонами. Останні притягають до себе електрони, які вільно рухаються. Одночас но інші атоми металу також віддають електрони. Отже, все редині шматка металу постійно циркулює так званий електрон ний газ, який міцно зв'язує між собою всі атоми металу. Електрони стають мовби усуспільне ними одночасно всіма атомами металу. Такий особливий тип хімічного зв'язку між атомами металів зумовлює як фізичні, так і хімічні властивості металів.

Металічний зв'язок характерний ще і для інтерметалідів–хімічних сполук двох або кількох металів.

Фізичні властивості. Метали мають подібні фізичні властивості, за якими їх відрізняють від неметалів, і однаковий агрегатний стан. Так, за звичайних умов всі метали (за винятком ртуті) –тверді кристалічні речовини.

Блиск. Для більшості металів характерним є металічний блиск. У вигляді порошку метали тьмяніють, за винятком магнію та алюмінію. Саме тому алюмінієвий порошок використовують для виготовлення «срібної» фарби.

Забарвлення. Більшість металів мають сріблясто-біле забарвлення (алюміній, срібло, нікель) або сріблясто-сіре (залізо, свинець). Винятком є золото –метал жовтого кольору і мідь –рожево-червоного. За забарвленням метали умовно поділяють на чорні й кольорові. До чорних металів найчастіше відносять залізо та його сплави (чавун, сталь). Усі інші метали називають кольоровими.

Електрична провідність. Це найважливіша властивість металів. Вона зумовлена наявністю рухливих електронів у кристалічній решітці металів. За звичайних умов найкращу електричну провідність має срібло, на другому місці – мідь, далі –алюміній. З усіх металів лише германій Ge є напівпровідником. За електричною провідністю він посідає проміжне місце між провідниками і діелектриками (ізоляторами). Метали з високою електричною провідністю мають і високу теплопровідність, яка також пояснюється можливістю переміщення електронів.

Температура плавлення. У металів вона змінюється у великих інтервалах: найвища –у вольфраму (3380 °С) найнижча –у ртуті (-30 °С). Температура плавлення інших металів лежить у цих межах. Звичайно метали з температурою плавлення нижче 1000 °С (ртуть, натрій, магній, алюміній) називають легкоплавкими, понад 1000 °С (мідь, залізо, хром, титан, молібден) – тугоплавкими.

Твердість. Метали мають різну твердість, її порівнюють із твердістю алмазу. Найтвердішими з металів є хром і вольфрам. М'якими є лужні метали. Натрій, калій, наприклад, легко ріжуться ножем.

Пластичність. Метали більшою або меншою мірою пластичні, їх можна кувати. Найпластичнішим металом є золото. З нього можна викувати фольгу (тонкий лист) завтовшки 0,0001 мм, що у 500 разів тонше людської волосини! А от стибій Sb –дуже крихкий метал, його можна розтерти на порошок у порцеляновій ступці.

Пластичність (від грец. plastikos – придатний для ліплення, податливий) –здатність металів необоротно деформуватись під дією механічних навантажень.

Пластична деформація пояснюється розривом деяких міжатомних зв'язків і утворенням нових. Вона залежить, в основному, від міцності металічного зв'язку. Цю властивість металів використовують, коли їх прокатують, пресують, штампують, кують.

Розчинність. Усі метали не розчинні у воді, але розчиняються один в одному у розплавах. Твердий розчин одного металу в іншому називають сплавом.

Густина. За густиною метали поділяють на легкі (густина менша 5 г/см³) і важкі (густина понад 5 г/см³). Типові легкі метали – літій, натрій, магній, алюміній. До важких металів належить цинк, залізо, мідь, свинець, ртуть, золото. Найважчим із металів є осмій Os (22,6 г/см³), його густина найбільша.

Завдання для самоконтролю

132. Яке місце у періодичній системі посідають метали? Чому?

133. Як виникає металічний зв'язок? У чому полягає його суть?

134. Що спільного у металічного зв'язку з ковалентним та йонним і чим він від них відрізняється?

135. Чим можна пояснити невелику електронегативність металів?

132. До металів не належить послідовність елементів

1. Са, Zn, Cd; (3) В, As, Те;

2. Ga, In, ТІ; (4) W, Bi, Os.

137. Назвіть метали:

1. найважчий ... і найлегший ...;

2. найбільш легкоплавкий ... і найбільш тугоплавкий ...;

3. найм'якший ... і найтвердіший ... .

138*. Чому з підвищенням температури електрична провідність металів знижується?