Тема 4. Общие сведения о металлах

Место элементов-металлов в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева и особенности строения их атомов. Металлическая химическая связь. Общие физические свойства металлов

Металлы имеют огромное значение в развитии человеческой цивилизации. С давних времен человечеству известны золото, серебро, медь и железо. Современная металлургия получает для нужд техники более 60 металлов и на их основе более 5000 сплавов.

Рассмотрим положение элементов-металлов в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева. Если провести линию от Бора к Астату, то можно заметить, что все элементы, расположены левее от проведенной линии, относят к металлическим. Правее этой пределы размещены преимущественно элементы-неметаллы и некоторая часть d-элементов, которые относятся к так называемых переходных металлов (например, Хром, Железо, Платина). Видим, что подавляющее большинство известных химических элементов являются металлическими.

Атомы элементов-металлов на внешнем энергетическом уровне содержат небольшое количество электронов - от одного до трех, изредка - четыре. Пытаясь обрести устойчивой электронной конфигурации инертных газов, металлические элементы легко отдают электроны, образуя катионы. Чем меньше электронов содержится на внешнем энергетическом уровне и чем больше радиус атома, тем легче атом металлического элемента превращается в соответствующий катион. По этой причине в периодах при увеличении заряда атомного ядра металлические свойства уменьшаются, а в группах - увеличиваются.

Металлы являются веществами немолекулярної строения. Поскольку атомы элементов-металлов способны отдавать электроны с внешнего энергетического уровня, то в узлах кристаллической решетки металлов содержатся положительные ионы и некоторая часть нейтральных атомов. Между ними хаотично передвигаются относительно свободные электроны, которые становятся общими для всей кристаллической решетки. Такую кристаллическую решетку называют металлической. Усуспільнені электроны, свободно передвигаясь, компенсируют силы электростатического отталкивания между положительно заряженными ионами и, таким образом, обеспечивают химическую связь в кристалле металла. Связь осуществляют относительно свободные электроны между катионами металлов кристаллической решетки называют металлическим.

Физические свойства металлов обусловлены особенностями их строения. При обычных условиях все металлы (за исключением ртути) являются твердыми кристаллическими веществами. Температуры плавления металлов значительно отличаются: цезий можно расплавить в ладони, а температура плавления вольфрама +3410 °С.

Большинство металлов, за исключением золота и меди, имеют серебристо-белый или серебристо-серый цвет. Все металлы имеют характерный металлический блеск, который объясняется наличием в них свободных электронов. В виде порошка металлы теряют блеск (кроме магния и алюминия) и приобретают черного или темно-серого цвета.

Все металлы - хорошие проводники электрического тока. Это объясняется наличием свободных электронов, которые под влиянием даже небольшой разности потенциалов начинают передвигаться в определенном направлении. Лучшими проводниками электрического тока являются серебро, медь, золото, алюминий и железо. Металлы имеют высокую теплопроводность, которая также объясняется высокой подвижностью электронов.

Большинство металлов пластические. Их можно ковать, вытягивать в проволоку, прокатывать в тонкие листы. При этом происходит смещение атомов и ионов кристаллической решетки, но связи между ними не разрываются благодаря движению относительно свободных электронов. Пластичность уменьшается в ряду Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe. Золото можно прокатать в тонкую фольгу толщиной до 0,003 мм.

Металлы отличаются своей твердостью. Наиболее твердым является хром, которым можно резать стекло. Наиболее мягкими являются натрий и калий, которые легко режутся ножом. Также металлы различаются своей плотностью. Самым легким из металлов является литий, а самым тяжелым - осмий.