В каком виде существуют металлы

Общие сведения о металлах, их свойствах, кристаллическое строение.

Виды сплавов: механическая смесь, твердый раствор, химическое соединение.

Благородные металлы и сплавы.

Металлы – это вещества, обладающие рядом характерных свойств. Они хорошо отражают свет, что обуславливает их непрозрачность и блеск; обладают хорошей тепло- и электропроводностью, повышенной пластичностью. Этими свойствами обладают и смеси двух и более металлов или сплавы. Металлы проявляют различную активность по отношению к кислороду.

Медь, железо, алюминий окисляются при обычных условиях, золото, платина – даже при накаливании не соединяются с кислородом, поэтому встречаются в природе в чистом виде, в виде самородков. Химическое соединение металлов называется рудами. Выделение металлов из рудных соединений производят несколькими способами:

а) восстановлением металлов при нагревании,

б) восстановлением металла действием окиси углерода,

в) восстановлением металла из солей действием другого более активного металла

Какие бывают металлы? Что такое металл? Детская Энциклопедия

г) восстановлением металла методом электролиза.

Штейнгарт и Батовский все металлы делят на черные и цветные. Черные, в свою очередь, на железные (железо, кобальт, никель), тугоплавкие: ( температура плавления выше 1529 градусов), урановые (актиноиды) и редкоземельные («лантаноиды» — лантан, церий.).

Цветные металлы подразделяются на легкие (алюминий, магний), благородные (серебро, золото, платина, палладий) и легкоплавкие ( цинк, кадмий, олово).

Все металлы имеют кристаллическое строение. В жидком состоянии атомы располагаются хаотически. При затвердевании образуется кристаллическая решетка, т.е. происходит кристаллизация, состоящая из двух фаз:

а) зарождение в жидком металле центров кристаллизации или зародышей и

б) рост зародышей.

Каждый центр кристаллизации имеет решетку, свойственную данному металлу. Чем быстрее идет охлаждение, тем больше образуется центров кристаллизации, тем мелкозернистое будет металл.

При охлаждении расплавленного металла температура понижается ниже истинной температуры плавления, а металл еще может оставаться в жидком состоянии. Такое запаздывание кристаллизации называется переохлаждением, а разница между температурой кристаллизации и температурой плавления — степенью переохлаждения. Это явление присуще всем металлам.

Три вида взаимодействия между металлами, входящими в сплав. Свойства сплава

В чистом виде металлы не удовлетворяют всем требованиям, поэтому используют способность металлов смешиваться для получения сплавов с полезными свойствами. Некоторые металлы и сплавы при разной температуре и давлении могут существовать в различных кристаллических формах. Это свойство вещества называется полиморфизмом или аллотропией. При этих превращениях один вид превращается в другой. При затвердевании сплавов могут образоваться три вида взаимодействия между компонентами, входящими в сплав: механическая смесь, твердый раствор и химическое соединение.

Механическая смесь образуется тогда, когда металлы обладают полной взаимной нерастворимостью и не образуют химических соединений.

Под микроскопом видна разница в строении решеток. Примером смеси является легкоплавкие сплавы ((свинец-олово-висмут), (кадмий-висмут)). Такие сплавы имеют наименьшую, хорошо выраженную температуру плавления и в расплавленном состоянии обладают хорошей текучестью.

Твердый раствор образуется при взаимной растворимости металлов. Это однородное кристаллическое тело, в котором в решетку металла-растворителя входят атомы растворенного вещества, причем атомы одного вещества могут замещать атомы другого( хром и никель, золото и платина, серебро и палладий, КХС).

Если эти сплавы охлаждать неправильно, могут получиться неоднородные кристаллы. Первые кристаллы будут иметь больше тугоплавкого компонента.

Если такую внутрикристаллическую ликвацию не устранять, зуботехнические изделия не будут обладать необходимыми свойствами. /Устраняют ее нагреванием./Однородные твердые растворы имеют аустенитную, мелкозернистую структуру, обладает повышенной твердостью, прочностью без понижения пластичности, что само по себе, очень ценно. Химическое соединение имеет совершенно новые качества и структуру и возникает при сплавлении некоторых металлов (медь и алюминий) и металлов с неметаллами. Как правило, химическое соединение металлов отличается твердостью и хрупкостью. Например, олово и магний – металлы в отдельности мягкие, а их химическое соединение Mg2Sn – хрупкое вещество. Сплавам присущи практически все свойства, которыми обладают металлы.

Источник: studfile.net

Виды металлов

Металлы- это значительная группа из более 90 элементов в периодической таблице Менделеева, в природе очень редко можно найти эти вещества в чистом виде, поэтому, добываются они, как правило, из руды. Для получения чистого металла руда обычно подвергается выплавлению. При необходимости проводят легирование и другую обработку металлов.

Характеристика металлов
Немного химии
Классификация
Черные металлы
Цветные металлы
Сплавы
Чугуны
Стали
Сферы применения

Характеристика металлов

Металлы- это значительная группа из более 90 элементов в периодической таблице Менделеева, в природе очень редко можно найти эти вещества в чистом виде, поэтому, добываются они, как правило, из руды. Для получения чистого металла руда обычно подвергается выплавлению. При необходимости проводят легирование и другую обработку металлов. Основную часть всех металлов добывают из земной коры, металлы там расположены в виде соединений. Металлы часто извлекают из земли с использованием современной горной промышленности, добытые руды в самородном карьере служат относительно богатым источником необходимых элементов.
Изучением металлов занимается металлургия. Металлы имеют разные характерные свойства и в зависимости от них их разделяют на на разные группы. Все металлы хорошо проводят электрический ток; это обусловлено наличием в их кристаллических решетках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля. Список характеристик, по которым разделяют металлы:
— Твердость. Сопротивление к проникновению в материал другого, более твердого тела. Из-за легкой отдачи электронов есть риск окисления металлов, что в свою очередь приводит к коррозии и дальнейшему разрушению.
— Прочность. Стойкость к разрушительному воздействию.
— Упругость. Изменение формы материала под воздействием внешних сил и восстановление его.
— Пластичность. Возможность изменения формы.
— Вязкость. Возможность вытягиваться.
— Износостойкость. Хороший внешний вид и свойств после сильного трения.
— Жароустойчивость. Способность сопротивляться окислению при нагревании до высоких температур.
— Усталость. Способность металла выдерживать нагрузки.
Также всем металлам присущи магнитные свойства, поскольку они являются магнетиками веществами Отличить металл от каменной породы становится возможным в результате наличия у него блеска (так как гладкая поверхность металлов отражает большой процент света).
Такие свойства, как пластичность, электропроводность и теплопроводность, а также сопротивление коррозии у чистых металлов имеют более высокие значения. Структура и свойства их изменяются в зависимости от содержания легирующих элементов (примесей). Цвет у большинства металлов примерно одинаковый светло-серый с голубоватым оттенком. Золото, медь и цезий соответственно желтого, красного и светло-желтого цвета.
Самые часто встречаемые в природе: олово, свинец, железо и ртуть. Распространение металлов в коре Земли можно представить примерно таким соотношением (масс. процентов): алюминий 8,45; железо 4,4; кальций 3,3; натрий 2,6; калий 2,5; магний 2,1; титан 0,61. Все металлы (кроме ртути и, условно, франция) при нормальных условиях находятся в твердом состоянии, однако обладают различной твердостью.

Немного химии

Во всех реакциях с другими веществами простые металлы проявляют только восстановительные свойства.
Металлы обычно отличаются и по физическим и химическим свойства. Металлы взаимодействуют также и с неметаллами, образуя бинарные реакции. Взаимодействуя с кислотами, они образуют окислительно- восстановительное соединение
При взаимодействии металлов с кислородом образуются оксиды, из-за чего вес металла увеличивается. Можно сказать, что металлы являются отличными проводниками электрического тока. Их свойства полностью диктует их кристаллическое строение и атомарный состав.
Существует несколько разных классификаций металлов, о которых расскажем ниже.

Классификация

Есть несколько методов разделения металлов:
— По природному происхождению: черные и цветные.
— По стандарту качества: стали, чугуны и сплавы.

Источник: spirit-bear.ru

Какие бывают виды и типы металлов и их сплавов

В строительстве, промышленности и других сферах жизни человека часто используются различные виды металлов. Они отличаются между собой свойствами, по которым их отбирают и применяют в той или иной области. Материалы получают разнообразными способами. Некоторые разновидности металлов соединяют вместе, чтобы получить сплавы, приобретающие уникальные физические и химические свойства.

Содержание скрыть

Характеристики и признаки

Металлы представляют собой группу элементов в виде простых веществ, имеющих характерные металлические свойства. В природе они присутствуют в виде руд или соединений. Изучением характеристик этих материалов занимаются такие науки, как химия, физика и металловедение.

Металлы обладают совокупностью различных свойств. По механическим определяют их способность сопротивляться деформации и разрушению. Технологические помогают определить податливость материалов к различным видам обработки. Химические свойства показывают их взаимодействие с разными веществами, а физические говорят об их поведении в тепловом, гравитационном или электромагнитном полях.

Металлы классифицируют по следующим свойствам:

• Твёрдость — устойчивость материала к проникновению другого.
• Прочность — сохранение формы, структуры и размера после воздействия динамической, статической и знакопеременной нагрузки.
• Упругость — изменение формы без нарушения целостности при деформации и возможность возвращения к первоначальному виду.
• Пластичность — удерживание полученной формы и целостности под воздействием сил.
• Износостойкость — сохранение наружной и внутренней целостности под воздействием продолжительного трения.
• Вязкость — удерживание целостности под увеличивающимся физическим воздействием.
• Усталость — число и период циклических воздействий, выдерживаемых металлом без изменения целостности.
• Жароустойчивость — стойкость к высоким температурам.

Первостепенным признаком металлов выступает отрицательный коэффициент проводимости электричества, который при понижении температуры повышается, а при повышении — частично или полностью теряется. Второстепенными признаками материалов являются металлический блеск и высокая температура плавления. Кроме того, некоторые типы металлов, являющихся соединениями, могут быть восстановителями при окислительно-восстановительных реакциях.

Металлические свойства взаимосвязаны, так как составляющие материала влияют на все остальные параметры. Металлы подразделяются на чёрные и цветные, но их классифицируют по многим признакам.

Группа с железом и его сплавами

Чёрным металлам свойственны внушительная плотность, большая температура плавления и тёмно-серый окрас. К этой группе в основном относят железо с его сплавами. Для придания последним специфических свойств используют легирующие компоненты.

Рекомендуем: Виды загрязнений окружающей среды

Подгруппы чёрных видов металлов:

• Железные — железо, кобальт, марганец, никель. Обычно их берут за основу или как добавку к сплавам.
• Тугоплавкие — вольфрам, молибден, титан, хром. Они плавятся при температуре, превышающей уровень плавления железа. Из тугоплавких разновидностей получают легированные стали.
• Редкоземельные — лантан, неодим, церий. Они имеют родственные химические свойства, но различаются по физическим параметрам. Используются как присадка к сплавам.
• Урановые (актиноиды) — актиний, нептуний, плутоний, торий, уран. Широко используются в атомной энергетике.
• Щёлочноземельные — кальций, литий, натрий. В свободном виде не применяются.

Цветные разновидности

Цветные металлы более востребованы, чем чёрные, поскольку большая часть из них представляет собой сырье для производства металлопроката. Эта группа материалов отличается широкой сферой применения: они используются в металлургии, машиностроении, радиоэлектронике, сфере высоких технологий и других областях.

Классификация по физическим параметрам:

• Тяжёлые — кадмий, никель, олово, ртуть, свинец, цинк. В природных условиях они образуются в прочных соединениях.
• Лёгкие — алюминий, магний, стронций, титан и другие. Характеризуются невысокой температурой плавления.
• Благородные — золото, платина, родий, серебро. Для них свойственна повышенная стойкость к коррозии.

Цветные металлы отличаются небольшой плотностью, хорошей пластичностью, невысокой температурой плавления и преобладающими цветами (белым, жёлтым, красным). Из них изготавливается различная техника. Поскольку прочность материалов довольно низкая, их не используют в чистом виде. Из них производят лёгкие сплавы различного назначения.

Тяжёлые металлы

Материалы этой группы характеризуются внушительным атомным весом и плотностью, превышающей показатель у железа.

Рекомендуем: Вывоз и утилизация отходов класса Б

Большим спросом пользуется медь, которая выступает проводником электрического тока. Она отличается розовато-красным оттенком, маленьким удельным сопротивлением, хорошей теплопроводностью, небольшой плотностью, прекрасной пластичностью и устойчивостью к коррозии. В сфере техники используют сплавы меди: бронзу (с добавлением алюминия, никеля или олова) и латунь (с цинком). Бронзу применяют в производстве мембран, круглых и плоских пружин, червячных пар и разной арматуры. Из латуни изготавливают ленты, листы, проволоку, трубы, втулки, подшипники.

Группа тяжёлых металлов выступает одной из главных причин загрязнения окружающей среды. Токсичные вещества поступают в океаны через сточные воды с предприятий отрасли промышленности. Некоторые разновидности тяжёлой группы могут накапливаться в живых организмах.

Ртуть относится к высокотоксичным металлам для людей. При сжигании угля на электростанциях её соединения переходят в атмосферу, а затем преобразуются в осадки и попадают в водоёмы. Обитатели пресноводных и морских систем накапливают большое количество опасного вещества, что приводит к отравлениям или смерти людей.

Кадмий считается рассеянным и достаточно редким элементом, способным попадать в океан через сточные воды с металлургических предприятий. Это вещество в малом количестве есть в человеческом организме, но при высоком показателе он разрушает костную ткань и приводит к анемии.

Свинец в рассеянном состоянии присутствует почти везде. При избытке металла в организме человека наблюдаются проблемы со здоровьем.

Мягкие виды

Алюминий серебристо-белого цвета характеризуется лёгкостью, высокой устойчивостью к коррозии, хорошей электропроводностью и пластичностью. Характеристики материала сделали его полезным в самолётостроении, электропромышленности и пищевом производстве. Алюминиевые сплавы применяются в сфере машиностроения.

Магнию свойственна низкая коррозийная устойчивость, зато лёгкий материал незаменим в технической области. В сплавах с этим металлом используют алюминий, марганец и цинк, которые хорошо режутся и отличаются высокой прочностью. Магниевые сплавы используют в производстве корпусов для фотоаппаратов, двигателей и других приборов.

Благородные материалы

Некоторые разновидности металлов редко встречаются в природе и отличаются трудоёмкими способами добычи. Металлы благородной группы — это:

• Золото.
• Серебро.
• Платина.
• Родий.

Рекомендуем: Маркировка пластиковой тары для пищевых продуктов

Люди узнали о золоте ещё в эпоху каменного века. Самый дорогой металл в мире можно встретить в природе в виде самородков, в которых присутствует небольшое количество примесей. Также он встречается в сплавах с серебром.

Золото отличается теплопроводностью и очень низким сопротивлением. Из-за хорошей ковкости материал применяют в изготовлении ювелирных изделий.

Серебро идёт вторым по ценности после золота. В природе оно обычно встречается в качестве серебряной руды. Серебру характерны мягкость, пластичность, тепло- и электропроводность.

Платина, открытая в середине XX века, выступает редким материалом, который можно отыскать только в залежах различных сплавов. Её довольно трудно добывать. Ценность металла заключается в том, что он не подвергается воздействию кислот. При нагревании платина не изменяется в окраске и не окисляется.

Родий тоже относится к благородным металлам. Он обладает серебристым цветом с голубым отливом. Родий отличает устойчивость к химическим воздействиям и перепадам температур, но хрупкий металл портится под механическим воздействием.

Классификация по твёрдости

Металлы также делят на твёрдые и мягкие.

Самый твёрдый из чистейших материалов в мире — это хром. Он относится к тугоплавким разновидностям и отлично поддаётся механической обработке. Другим твёрдым элементом выступает вольфрам. Он характеризуется высокой температурой плавления, теплоустойчивостью и гибкостью.

Из него выковывают различные детали и изготавливают небольшие элементы, необходимые для осветительных приборов. Вольфрам часто присутствует в тяжёлых сплавах. Твёрдые металлы сложно не только добывать, но и просто найти на планете. В основном их содержат упавшие на Землю метеориты.

К самым мягким металлам относят калий, натрий, рубидий и цезий. Также в этой группе состоят золото, серебро, медь и алюминий. Золото присутствует в морских комплексах, осколках гранитов и человеческом организме. Внешние факторы способны разрушить ценный металл. Мягкое серебро применяют в изготовлении посуды и ювелирных украшений.

Натрий широко используют практически в любой промышленной отрасли. Ртуть, выступающую самым мягким металлом в мире, применяют сельскохозяйственной и химической промышленности, а также электротехнике

Источник: vtothod.ru