Az első anyag, amelyet az emberek megtanultak használni igényeik kielégítésére, a kő. Később azonban, amikor az ember tudomást szerzett a fémek tulajdonságairól, a kő messze visszaköltözött. Ezek az anyagok és ötvözeteik váltak a legfontosabb és legfontosabb anyagokká az emberek kezében. Háztartási cikkeket, munkaeszközöket készítettek belőlük, helyiségeket építettek. Ezért ebben a cikkben megvizsgáljuk, hogy melyek azok a fémek, amelyek általános jellemzői, tulajdonságai és felhasználása annyira fontos a mai napig. Hiszen szó szerint közvetlenül a kőkorszak után fémek egész galaxisa következett: réz, bronz és vas.
Fémek: általános jellemzők
Mi egyesíti ezeknek az egyszerű anyagoknak a képviselőit? Természetesen ez a kristályrács szerkezete, a kémiai kötések típusai és az atom elektronszerkezetének jellemzői. Végül is innen erednek azok a jellegzetes fizikai tulajdonságok, amelyek ezeknek az anyagoknak az emberek általi használatának hátterében állnak.
Először is tekintse a fémeket a periodikus rendszer kémiai elemeinek. Ebben meglehetősen szabadon helyezkednek el, az eddig ismert 115-ből 95 cellát foglalnak el.rendszer:
- Ezek alkotják az I. és II., valamint a III. csoport fő alcsoportját, alumíniummal kezdve.
- Minden másodlagos alcsoport csak fémekből áll.
- A bórtól az asztatinig terjedő feltételes átló alatt helyezkednek el.
Ilyen adatok alapján könnyen belátható, hogy a nemfémek a rendszer jobb felső részében vannak gyűjtve, a többi hely pedig az általunk vizsgált elemekhez tartozik.
Mindegyiknek több jellemzője van az atom elektronszerkezetének:
- Nagy atomsugár, aminek következtében a külső elektron és az atommag közötti kötés gyengül, így a fémek könnyen leadják, redukálószerként működnek.
- Kis elektronok száma a külső energiarétegben.
- A fentről lefelé haladó csoportban az elemek fémes tulajdonságai felerősödnek, a balról jobbra haladva pedig éppen ellenkezőleg, gyengülnek. Tehát a legerősebb nemfém a fluor, a leggyengébb pedig a francium.
A fémek és nemfémek általános jellemzői lehetővé teszik számunkra, hogy azonosítsuk szerkezetükben a mintákat. Így az előbbi kristályrácsa fémes, különleges. Csomópontjai egyszerre többféle részecskét tartalmaznak:
- ions;
- atomok;
- elektronok.
Egy közönséges felhő halmozódik fel benne, az úgynevezett elektrongáz, amely megmagyarázza ezen anyagok összes fizikai tulajdonságát. A kémiai kötés típusa a velük azonos nevű fémekben.
Fizikai tulajdonságok
Számos paraméter egyesíti az összes fémet. Fizikai jellemzőik általános jellemzőia tulajdonságok így néznek ki.
- Fémfény. Ennek az anyagcsoportnak minden képviselője rendelkezik vele. Ugyanakkor nagy része egy hullámhosszú fényt veri vissza, ezért lágy fehér-ezüst színt bocsát ki. De néhány (arany, réz, sok ötvözet) sárga fényű.
- Képlékenység és plaszticitás. Ez a paraméter a fémekre is jellemző. Az általános jellemző ezen az alapon azonban nem teljesen pontos, mivel a képviselők között vannak nagyon puhák, képlékenyek és képlékenyek, és vannak meglehetősen törékenyek, amelyek megmunkáltak. A leginkább képlékeny és képlékeny az arany, ezüst, réz, alumínium és mások. Kevésbé alakítható – ón, ólom, mangán és mások.
- Elektromos és hővezető képesség. Kivétel nélkül minden képviselő birtokában van. A fémek az első típusú vezetők.
- Magas olvadás- és forráspont. Ezen az alapon tűzálló (1500 fok feletti hőmérséklet), olvadó - a megadott szám alatti részekre osztják őket.
- Könnyű- és nehézfémek sűrűségüktől függően. Minél kisebb, annál kisebb az elem atomtömege. A legkönnyebb a lítium, a legnehezebb pedig az ozmium.
- Keménység. Ennek a mutatónak a rekordere a króm, a legpuhább pedig a cézium, amely a kézben olvad.
A felsorolt paraméterek - ez a fémek általános jellemzője, vagyis minden, ami egy nagy családba egyesíti őket. Meg kell azonban érteni, hogy minden szabály alól vannak kivételek. Ráadásul túl sok ilyen elem van. Ezért magán a családon belülKülönböző csoportokra oszthatók, amelyeket az alábbiakban megvizsgálunk, és amelyek jellemző tulajdonságait feltüntetjük.
Kémiai tulajdonságok
A kémia tudománya szempontjából minden fém redukálószer. És nagyon erős. Minél kevesebb elektron van a külső szinten és minél nagyobb az atomsugár, annál erősebb a fém a megadott paraméter szerint.
Ennek eredményeként a fémek reakcióba léphetnek:
- nem fémek;
- víz;
- savak;
- lúgokkal (amfoter fémekkel);
- oxidok;
- gyengébb fémek sói.
Ez csak a kémiai tulajdonságok általános áttekintése. Végül is minden egyes elemcsoport esetében ezek tisztán egyéniek.
Alkáliföldfémek
Az alkáliföldfémek általános jellemzői a következők:
- Két elektron legyen a külső szinten.
- A periódusos rendszer fő alcsoportjának második csoportját alkotják, kivéve a berilliumot.
- Normál körülmények között ezek olyan szilárd anyagok, amelyeket nem lehet késsel vágni.
- Az egyszerű fémek színe ezüstszürke, levegőben oxidréteggel borítva.
- Kémiai aktivitásuk magas, magnéziumról rádiumra nő.
- A természetben elterjedt, különösen a kalcium. Egyszerű formában a nagy aktivitás miatt nem találhatók meg, de sok különböző, az ember számára fontos vegyületet képeznek.
- Biológiailag fontos. A kalcium és a magnézium az emberi szervezet fontos nyomelemei ésállatokat. A magnézium is része a növényi klorofillnak.
Így az alkáliföldfémek az s-család gyakori elemei, nagy kémiai aktivitást mutatnak, erős redukálószerek és fontos résztvevői a szervezetben zajló biológiai folyamatoknak.
Alkálifémek
Az alkálifémek általános jellemzője a nevükkel kezdődik. Azért kapták, mert vízben oldódik, lúgokat - maró hidroxidot képez. A vízzel való reakciók nagyon hevesek, néha gyúlékonyak. Ezek az anyagok szabad formában nem találhatók meg a természetben, mivel kémiai aktivitásuk túl magas. Reagálnak levegővel, vízgőzzel, nem fémekkel, savakkal, oxidokkal és sókkal, szinte mindennel.
Ez az elektronikus szerkezetüknek köszönhető. A külső szinten csak egy elektron van, amelyet könnyen kiadnak. Ezek a legerősebb redukálószerek, ezért elég hosszú időbe telt, amíg tiszta formában beszerezték őket. Ezt először Humphrey Davy végezte el már a 18. században nátrium-hidroxid elektrolízissel. Most ennek a csoportnak az összes képviselőjét ezzel a módszerrel bányászták.
Az alkálifémek általános jellemzője abban rejlik, hogy a periódusos rendszer fő alcsoportjának első csoportját alkotják. Mindegyik fontos elem, amely számos értékes természetes vegyületet képez, amelyet az ember használ.
A d- és f-családba tartozó fémek általános jellemzői
Ez az elemcsoport magában foglalja mindazokatamelyek oxidációja változhat. Ez azt jelenti, hogy a körülményektől függően a fém oxidálószerként és redukálószerként is működhet. Az ilyen elemek nagymértékben képesek reakcióba lépni. Köztük számos amfoter anyag.
Ezen atomok közös neve átmeneti elemek. Azt kapták, hogy tulajdonságaikat tekintve valóban úgymond középen állnak az s-család tipikus fémei és a p-család nemfémei között.
Az átmeneti fémek általános jellemzője hasonló tulajdonságaik megjelölését jelenti. Ezek a következők:
- nagyszámú elektron a külső szinten;
- nagy atomsugár;
- több oxidációs állapot (+3-tól +7-ig);
- a vegyértékelektronok d- vagy f-alszinten vannak;
- a rendszer 4-6 nagy periódusából áll.
Ebbe a csoportba tartozó fémek egyszerű anyagokként nagyon erősek, képlékenyek és képlékenyek, ezért nagy ipari jelentőséggel bírnak.
A periódusos rendszer oldalsó alcsoportjai
A másodlagos alcsoportok fémeinek általános jellemzői teljesen egybeesnek az átmeneti fémekkel. És ez nem meglepő, mert valójában ez pontosan ugyanaz. Csupán arról van szó, hogy a rendszer oldalsó alcsoportjait pontosan a d- és f-család képviselői alkotják, vagyis az átmenetifémek. Ezért azt mondhatjuk, hogy ezek a fogalmak szinonimák.
A legaktívabb és legjelentősebb közülük a 10 képviselőből álló első sor a szkandiumtól a cinkig. Mindegyik nagy ipari jelentőségű és gyakranemberek használják, különösen olvasztáshoz.
Övözetek
A fémek és ötvözetek általános jellemzői lehetővé teszik számunkra, hogy megértsük, hol és hogyan használhatók fel ezek az anyagok. Az ilyen vegyületek az elmúlt évtizedekben nagy átalakuláson mentek keresztül, mert egyre több új adalékanyagot fedeznek fel és szintetizálnak minőségük javítása érdekében.
A mai leghíresebb ötvözetek:
- réz;
- duralumínium;
- öntöttvas;
- acél;
- bronz;
- nyerni fog;
- nichrome és mások.
Mi az az ötvözet? Ez fémek keveréke, amelyet az utóbbi speciális kemenceberendezésekben történő olvasztásával nyernek. Ez azért történik, hogy olyan terméket kapjunk, amely tulajdonságaiban jobb, mint az azt alkotó tiszta anyagok.
Fémek és nemfémek tulajdonságainak összehasonlítása
Ha általános tulajdonságokról beszélünk, akkor a fémek és a nemfémek jellemzői egy nagyon lényeges pontban különböznek majd: az utóbbiaknál nem különböztethetők meg hasonló jellemzők, mivel fizikai és kémiai tulajdonságaikban nagyban különböznek.
Ezért nem lehet ilyen jellemzőt létrehozni a nemfémeknél. Csak az egyes csoportok képviselőit külön-külön lehet figyelembe venni és tulajdonságaikat leírni.
