Часть II.
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Раздел 12. ОБЩИЕ
СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
§
12.2. Физические свойства металлов
Механическое воздействие на кристалл с
ковалентной связью влечет смещение отдельных слоев атомов, вследствие чего
связи разрываются и кристалл разрушается (рис. 12.1, а). Такое же действие на кристалл
с металлической связью также вызывает смещение слоев атомов, однако благодаря
перемещению электронов по всему кристаллу разрыва связей не происходит
(рис. 12.1, б). Для металлов характерна высокая пластичность. Она уменьшается в
ряда Au, Ag, Сu, Sn, Pb, Zn, Fe. Золото, например, можно прокатывать
в листы толщиной не более 0,003 мм, которые используют для позолоты различных
предметов.
Для всех металлов характерен
металлический блеск, обычно серый цвет и непрозрачность, что связано с наличием
свободных электронов.
Тот факт, что металлы имеют хорошую
электрическую проводимость, объясняется наличием в них свободных электронов, которые под
влиянием даже небольшой разности потенциалов приобретают направленного движения от
отрицательного полюса к положительному.
С повышением температуры
усиливается колебания атомов (ионов), что затрудняет направленный движение электронов и
тем самым приводит и к уменьшению электрической проводимости. При низких
колебания температур, наоборот, сильно уменьшается и электрическая проводимость
резко возрастает. Наибольшую электрическую проводимость имеют серебро и медь. За ними
идут золото, алюминий, железо. Наряду с медными изготавливают и алюминиевые
электрические провода.
Кстати, отметим, что у неметаллов,
которым свойственна проводимость с повышением температуры электрическая проводимость
растет, что обусловлено увеличением числа свободных электронов за счет разрыва
ковалентных связей. При низких же температурах неметаллы ток не проводят
вследствие отсутствия свободных электронов. В этом главное различие между
физическими свойствами металлов и неметаллов.
В основном при обычных условиях
теплопроводность металлов изменяется в такой же последовательности, как и их
электрическая проводимость. Теплопроводность обусловлена высокой подвижностью
свободных электронов и колебательным движением атомов, благодаря чему происходит быстрое
выравнивание температуры в массе металла. Наибольшая теплопроводность - у серебра и
меди, наименьшая - в бісмуту и ртути.
Разная плотность металлов. Она тем
меньше, чем меньше атомная масса элемента-металла и чем больше радиус его атома.
Самый легкий из металлов - литий (плотность 0,53 г/см3), самый тяжелый - осмий
(плотность 22,6 г/см3). Как уже отмечалось, металлы с плотностью менее
5 г/см называются легкими, остальные - тяжелыми.
Рис. 12.1. Смещение слоев в
кристаллах с решеткой:
а - атомной; б - металлической
Различные температуры плавления и
кипения металлов. Самый легкоплавкий металл - ртуть, ее температура плавления
-
38,9°С, цезий и галлий плавятся соответственно при 29,0 и 29,8°С. Вольфрам -
наиболее тугоплавкий металл, температура его плавления 390°С. Он
применяется для изготовления нитей электроламп. Металлы, которые плавятся при
температуре свыше 1 000°С, называют тугоплавкими, при более низкой - легкоплавкими.
Значительное различие в температурах плавления и кипения следует
объяснять различием в прочности химической связи между атомами в металлах.
Исследования показали, что в чистом виде металлическая связь характерна только
для щелочных и щелочноземельных металлов. Однако в других
металлов, особенно переходных, часть валентных электронов локализована,
то есть осуществляет ковалентные связи между соседними атомами. А поскольку ковалентная
связь прочнее, чем металлический, то в переходных металлов температуры плавления
и кипения, как это видно из рис. 12.2, намного выше, чем у щелочных и
щелочноземельных.
Металлы отличаются по твердости.
Самый твердый металл - хром (режет стекло), самые мягкие - калий, рубидий и цезий.
Они легко режутся ножом.
Металлы имеют кристаллическое строение.
Большинство из них кристаллизуются в кубической решетке (см. рис. 3.18).