7. Металлы

К металлам относятся s-элементы (кромеH,He), всеd-элементы, всеf-элементы и некоторые р-элементы:AlGaInTlPbSnBiPo

T_пл.,⁰С 66030156 304 327 232 271 254

Все металлы имеют характерные физические свойства, которые связаны с особенностями металлического типа связи. В узлах металлической кристаллической решетки ионы, связь между которыми осуществляют делокализованные валентные электроны («электронный газ»).

Все металлы электропроводны, теплопроводны, ковки, пластичны, т.е. смещение слоев друг относительно друга до определенного предела не приводит к разрушению кристаллической решетки.

Электропроводность уменьшается с повышением температуры и увеличивается при понижении температуры (сверхпроводимость).

Цвет металлических кристаллов – серый (за исключением Au,Cu). Кристаллы непрозрачные, свободные электроны частично поглощают падающий свет, большую часть – отражают (металлический блеск).

Температры плавления.

Большинство металлов имеют высокие температуры плавления.

Низкие температуры плавления имеют: Hg(-39⁰C),Ga(+30⁰C), щелочные металлы.

Рис.33. Темпратуры плавления металлов IV периода

T_пл., ⁰С

K Sc Ti Cr Mn Fe Ni Cu Ga Z

64 1541 1668 1890 1243 1534 1455 1085 30

Изменение температуры плавления по группам:

s-элементы иd-элементыIIгруппы- вниз по группе Т_пл.Li Be Zn

180 1287 420

Cs Ba Hg

28,4 727 -39

d-элементыIV-VIIIгрупп – вниз по группе Т_пл.TiCrFeNi

1668 1890 1534 1455

ZrMoRuPd

HfWOsPt

2230 3420 3030 1772

Радиусы атомов.

По периоду радиус атома уменьшается, но неодинаково дляs-,p-,d-,f-элементов:

s-, p-элементы K Ca Sc

0.236 0.197 0.164 нм r = 0.072 нм (на 3 элемента)

d-элементыTi…..Ni…...Zn

0.146 0.124 0.139 r= 0.022 нм (на 7 элементов)

f- элементыCe…………..Lu

0.183 0.174 r= 0.009 нм (на 14 элементов)

d- иf-электроны, расположенные во внутренних слоях атомов, экранируют ядро, уменьшают его эффективный положительный заряд и уменьшает влияние ядра на внешний электронный слой, радиус атома меняется незначительно –d- сжатие, f- сжатие (или лантаноидное сжатие).

Изменение радиусов атомов по группе.

По группе сверху вниз радиусы атомов увеличиваются. У s-,p-элементов при переходе от периода к периоду радиус увеличивается существенно. Уd-элементов есть свои особенности.

Период

4 VCrCuZn

0.134 0.127 0.128 0.139

5 Nb Mo Ag Cd

0.145 0.139 0.144 0.156

6 Ta W Au Hg

0.146 0.140 0.144 0.160

Выводы: 1) Максимальное увеличение радиуса атома при переходе от 4 к 5 периоду;

2)Практически одинаковые радиусы атомов d-металлов одной подгруппы 5 и 6

периодов. Эти пары элементов особенно близки по химическим свойствам: Zr – Hf,

Nb – Ta, Mo –W и т.д.

Магнитные свойства.

В зависимости от поведения металлов в магнитном поле различают металлы:

a)диамагнетики - оказывают большее сопротивление магнитным силовым линиям, чем вакуум, выталкиваются из магнитного поля, ориентируются перпендикулярно линиям магнитного поля (Be,Zn,Cu,Hg,Au,Cd,Zr,Ga,Pbи др.);

б) парамагнетики – хорошо проводят магнитные силовые линии, втягиваются в магнитное поле, ориентируются вдоль силовых линий (щелочные и щелочноземельные металлы, большинствоd-,f-элементов);

в) ферромагнетики– это парамагнетики, которые сохраняют намагниченность и после ликвидации поля (Fe,Co,Ni,Gd,Dy, сплавSm-Co). Ферромагнетизм – это свойство особых кристаллических структур (наличие доменов). Ферромагнитные свойства сохраняются лишь до определенной критической температуры (точка Кюри).

Парамагнетизм связан с наличием «холостых» электронов у «остова» атома после образования металлической связи. Магнитные поля электронов не скомпенсированы и вещество имеет собственный магнитный момент.

Znd¹⁰s²«остов»Zn²⁺d¹⁰– холостых электронов нет, диамагнетик

Fed⁶s²«остов»Fe²⁺d⁶- четыре холостых электрона, парамагнетик