Физические свойства металлов

Популярное
Содержание
  1. Применение
  2. Распространение сплавов в современной промышленности
  3. Сплавы магния
  4. Преимущества железа
  5. Стали
  6. Положение в таблице Менделеева
  7. Свойства сплавов
  8. Физические свойства
  9. Химические свойства
  10. Механические свойства
  11. Технологические свойства
  12. Основные свойства металлов
  13. Технологические свойства металлов
  14. Физические свойства металлов
  15. Каковы характерные свойства металлов и чем они определяются?
  16. Металлы в твердом и отчасти в жидком состоянии обладают рядом характерных свойств:
  17. Начало истории железа
  18. Таблицы свойств металлов
  19. Таблица «Свойства металлов: Чугун, Литая сталь, Сталь»
  20. Таблица «Свойства пружинной стали»
  21. Таблица «Свойства цветных металлов»
  22. Таблица «Свойства легких сплавов»
  23. Таблица «Металлокерамические материалы (PM)1) для подшипников скольжения»
  24. Химические свойства металлов
  25. Особенные металлы
  26. Определение металлов и сплавов.
  27. Механические свойства металлов
  28. Химические свойства металлов
  29. Соединение с простыми веществами
  30. Реакции со сложными соединениями
  31. Основные физические свойства металлов
  32. Физические свойства щелочных металлов
  33. Химические свойства металлов
  34. Восстановление неметаллов
  35. Взаимодействие с водой
  36. Применение металлов в жизни человека
  37. Строение
  38. Классификация металлов
  39. Черные
  40. Цветные
  41. Состав и структура
  42. Свойства металлов (стр. 1 из 2)

Применение

Люди начали использовать сначала метеоритное железо, которое ценили выше золота. С тех пор область применения этого металла только расширялась. Ниже представлено применение железа, на основе его физических свойств:

  • ферромагнитные оксиды используют для производства магнитных материалов: промышленных установок, холодильников, сувениров;
  • оксиды железа применяют как минеральные краски;
  • хлорид железа незаменим в радиолюбительской практике;
  • сульфаты железа используют в текстильной промышленности;
  • магнитная окись железа – один из важных материалов для производства устройств долговременной компьютерной памяти;
  • ультрадисперсный порошок железа находит применение в черно-белых лазерных принтерах;
  • прочность металла позволяет изготовлять оружие и броню;
  • износостойкий чугун можно использовать для производства тормозов, дисков сцепления, а также деталей для насосов;
  • жаростойкий – для доменных, термических, мартеновских печей;
  • жаропрочный – для компрессорного оборудования, дизельных двигателей;
  • высококачественная сталь используется для газопроводов, корпуса отопительных котлов, сушилок, стиральных и посудомоечных машин.

Распространение сплавов в современной промышленности

Следует заметить, что все металлы, которые интенсивно используются современной промышленностью, являются именно сплавами. Так, более 90% всего получаемого в мире железа идет на изготовление чугунов и различных сталей. Объясняется такой подход к делу тем, что сплавы металлов в большинстве случаев демонстрируют лучшие свойства, нежели чем их «прародители».

Так, предел текучести чистого алюминия составляет всего лишь 35 Мпа. А вот если в него добавить 1,6% меди, магния и цинка в соотношении 2,5% и 5,6% соответственно, то этот показатель может легко превысить даже 500 МПа. Кроме прочего, можно значительно улучшить свойства электропроводности, теплопроводности или другие. Никакой мистики в этом нет: в сплавах строение кристаллической решетки изменяется, что и позволяет приобретать им прочие свойства.

Проще говоря, количество такого рода материалов в наши дни велико, но оно постоянно продолжает расти.

Сплавы магния

Они имеют крайне невысокую массу, а также характеризуются весьма впечатляющей прочностью. Кроме того, именно эти материалы великолепно подходят для литейной промышленности, а заготовки прекрасно поддаются токарной и фрезеровочной обработке. А потому их активно используют в производстве ракет и авиационных турбин, корпусов приборов, дисков автомобильных колес, а также некоторых сортов броневой стали.

Некоторые разновидности этих сплавов отличаются великолепными показателями вязкостного демпфирования, а потому они идут на производство деталей и конструкций, которым приходится работать в условиях экстремально высокого уровня вибраций.

Преимущества железа

Основные физические свойства вещества железа дают ему и сплавам следующие преимущества перед другими металлами:

  • Обладают твердостью и прочностью, сохраняя упругость. У разных сплавов эти качества неодинаковы и зависят от легирующих добавок, способов производства и термообработки.
  • Большое разнообразие чугуна и сталей позволяют использовать их для любых нужд в народном хозяйстве.
  • Высокие магнитные свойства металла незаменимы для изготовления магнитопроводов.
  • Выполнимость легкой механической обработки, благодаря физическим свойствам железа, дает возможность из его сплавов получать листы, прутки, балки, трубы, фасонные профили.
  • Значительная ковкость материала позволяет использовать его для декоративных изделий.
  • Низкая стоимость сплавов.

Стали

Мы уже говорили, что механические свойства металлов и сплавов сильно отличаются, но в случае этих материалов нередко противоположными качествами обладают даже различные виды сталей, отчего сферы их применения сильно расходятся.

Если в материале менее 0,25% углерода, то он используется в каких-то технических конструкциях. Если же в стали более 0,55% углерода, то она идеально подходит для производства различных высококачественных режущих инструментов, в том числе резцов для токарных станков, сверл и хирургических принадлежностей. Но если речь идет о приспособлениях, которые применяются для быстрой резки, то на их производство идет исключительно легированная сталь.

Положение в таблице Менделеева

Металлы занимают I-II группы и побочные подгруппы III-VIII групп. Металлические свойства, т.е. способность отдавать валентные электроны или окисляться, увеличиваются сверху вниз по мере увеличения количества энергетических уровней. Слева направо металлические свойства ослабевают, поэтому наиболее активные металлы находятся в I-II группах, главных подгруппах. Это щелочные и щелочноземельные металлы.

Определить степень активности металлов можно по электрохимическому ряду напряжений. Металлы, стоящие до водорода, наиболее активны. После водорода стоят слабоактивные металлы, не вступающие в реакцию с большинством веществ.

Рис. 1. Электрохимический ряд напряжений металлов.

Свойства сплавов

Чтобы изготавливать детали и конструкции, нужно знать основные свойства металлов и сплавов. При неправильной обработке готовая деталь может быстро выйти из строя и разрушить оборудование.


Двигатель внутреннего сгорания

Физические свойства

Сюда относятся визуальные параметры и характеристики материала, изменяющиеся при обработке:

  1. Теплопроводность. От этого зависит насколько поверхность будет передавать тепло при нагревании.
  2. Плотность. По этому параметру определяется количество материла, которое содержится в единице объёма.
  3. Электропроводность. Возможность металла проводить электрический ток. Этот параметр называется электрическое сопротивление.
  4. Цвет. Этот визуальный показатель меняется под воздействием температур.
  5. Прочность. Возможность материала сохранять структуру при обработке. Сюда же относится твердость. Эти показатели относятся и к механическим свойствам.
  6. Восприимчивость к действию магнитов. Это возможность материала проводить через себя магнитные лучи.

Физические основы позволяют определить в какой сфере будет использоваться материал.

Химические свойства

Сюда относятся возможности материала противостоять воздействию химических веществ:

  1. Устойчивость к коррозийным процессам. Этот показатель определяет на сколько материал защищён от воздействия воды.
  2. Растворимость. Устойчивость металла к воздействию растворителей — кислотам или щелочным составам.
  3. Окисляемость. Параметр указывает на выделение оксидов металлом при его взаимодействии с кислородом.

Обуславливаются эти характеристики химическим составом материала.

Механические свойства

Механические свойства металлов и сплавов отвечают за целостность структуры материала:

  • прочность;
  • твердость;
  • пластичность;
  • вязкость;
  • хрупкость;
  • устойчивость к механическим нагрузкам.

Технологические свойства

Технологические свойства определяют способность металла или сплава изменяться при обработке:

  1. Ковкость. Обработка заготовки давлением. Материал не разрушается. Структура изменяется.
  2. Свариваемость. Восприимчивость детали к работе сварочным оборудованием.
  3. Усадка. Происходит этот процесс при охлаждении заготовки после её разогрева.
  4. Обработка режущим инструментом.
  5. Ликвация (затвердевание жидкого металла при понижении температуры).

Основной способ обработки металлических деталей — нагревание.

Свойства металлов и сплавов отвечают за то, как себя будет вести готовое изделие при эксплуатации

При обработке материалов также важно знать его характеристики

Химия 48. Свойства металлов и сплавов. Катализаторы горения — Академия занимательных наук

Watch this video on YouTube

Основные свойства металлов

Металлы обладают механическими, технологическими, физическими и химическими свойствами.

К физическим свойствам относятся: цвет, плотность, плавкость, электропроводность, магнитные свойства, теплопроводность, теплоемкость, расширяемость при нагревании и фазовых превращениях;

к химическим — окисляемость, растворимость, коррозионная стойкость, жароупорность;

к механическим — прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность, хрупкость;

к технологическим — прокаливаемость, жидкотекучесть, ковкость, свариваемость, обрабатываемость резанием.

Прочность — способность металла сопротивляться действию внешних сил, не разрушаясь.

Удельная прочность— отношение предела прочности к плотности.

Твердостью— называется способность тела противостоять проникновению в него другого тела.

Упругость— свойство металла восстанавливать свою форму после прекращения действия внешних сил, вызывающих изменение формы (деформацию).

Вязкость— способность металла оказывать сопротивление ударным внешним силам. Вязкость — свойство обратное хрупкости.

Пластичность— свойство металла деформироваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять новую форму после прекращения действия сил.

Современными методами испытания металлов являются механические испытания, химический, спектральный, металлографический и рентгенографический анализы, технологические пробы, дефектоскопия. Эти испытания дают возможность получить представление о природе металлов, их строении, составе и свойствах.

Механические свойства. Первое требование, предъявляемое ко всякому изделию, — это достаточная прочность. Многие изделия, кроме общей прочности, должны обладать еще особыми свойствами, характерными для данного изделия.

Технологические свойства металлов

Технологические свойства металлов и сплавов важны в первую очередь при их производстве, так как от них зависит способность подвергаться различным видам обработки с целью создания разнообразных изделий.

Среди основных технологических свойств можно выделить:

  • Ковкость.
  • Текучесть.
  • Свариваемость.
  • Прокаливаемость.
  • Обработку резанием.

Под ковкостью понимается способность металла менять форму в нагретом и холодном состояниях. Ковкость метала, была открыта еще в глубокой древности, так кузнецы, занимающиеся обработкой металлических изделий, превращением их в мечи или орала (в зависимости от потребности) на протяжении многих веков и исторических эпох были одной из самых уважаемых и востребованных профессий.

Способность двух металлических сплавов при нагревании соединяться друг с другом называют свариваемостью.

Текучесть металла тоже очень важна, она определяет способность расплавленного метала растекаться по заготовленной форме.

Свойство металла закаливаться называется прокаливаемостью.

Физические свойства металлов

Каковы характерные свойства металлов и чем они определяются?

Свойства обусловлены особенностями строения металлов. Согласно теории металлического состояния, металл представляет собой вещество, состоящее из положительных ядер, вокруг которых по орбиталям вращаются электроны. На последнем уровне число электронов невелико и они слабо связаны с ядром. Эти электроны имеют возможность перемещаться по всему объему металла, т.е. принадлежать целой совокупности атомов.

Металлы в твердом и отчасти в жидком состоянии обладают рядом характерных свойств:

– высокими теплопроводностью и электрической проводимостью;

– положительным температурным коэффициентом электрического сопротивления; с повышением температуры электрическое сопротивление чистых металлов возрастает; большое число металлов обладают сверхпроводимостью (у этих металлов при температуре, близкой к абсолютному нулю, электрическое сопротивление падает скачкообразно, практически до нуля);

– термоэлектронной эмиссией, т. е. способностью испускать электроны при нагреве;

– хорошей отражательной способностью: металлы непрозрачны и обладают металлическим блеском;

– повышенной способностью к пластической деформации.

Таким образом, пластичность, теплопроводность и электропроводность обеспечиваются наличием «электронного газа».

Начало истории железа

В третьем тысячелетии до н. э. люди стали добывать и научились обрабатывать бронзу и медь. Широкого применения из-за дороговизны они не получили. Продолжались поиски нового металла. История железа началась в первом веке до н. э. В природе его можно встретить только в виде соединений с кислородом. Для получения чистого металла необходимо отделить последний элемент. Расплавить железо долго не удавалось, так как его надо было нагреть до 1539 градусов. И только с появлением сыродутных печей в первом тысячелетии до новой эры стали получать этот металл. На первых порах он был хрупким, содержал много шлаков.

Таблицы свойств металлов

Таблица «Свойства металлов: Чугун, Литая сталь, Сталь»

  1. Предел прочности на растяжение
  2. Предел текучести (или Rp 0,2);
  3. Относительное удлинение образца при разрыве;
  4. Предел прочности на изгиб;
  5. Предел прочности на изгиб приведен для образца из литой стали;
  6. Предел усталости всех типов чугуна, зависит массы и сечения образца;
  7. Модуль упругости;
  8. Для серого чугуна модуль упругости уменьшается с увеличением напряжения растяжения и остается практически постоянным с увеличением напряжения сжатия.

Таблица «Свойства пружинной стали»

  1. Предел прочности на растяжение,
  2. Относительное уменьшение поперечного сечения образца при разрыве,
  3. Предел прочности на изгиб;
  4. Предел прочности при знакопеременном циклическом нагружении при N ⩾ 107,
  5. Максимальное напряжение при температуре 30°С и относительном удлинении 1 2% в течение 10 ч; для более высоких температур см. раздел «Способы соединения деталей»,
  6. см. раздел «Способы соединения деталей»;
  7. 480 Н/мм2 для нагартованных пружин;
  8. Приблизительно на 40% больше для нагартованных пружин

Таблица «Свойства цветных металлов»

  1. Модуль упругости, справочные данные;
  2. Предел прочности на растяжение;
  3. Предел текучести, соответствующий пластической деформации 0,2%;
  4. Предел прочности на изгиб;
  5. Наибольшая величина;
  6. Для отдельных образцов

Таблица «Свойства легких сплавов»

  1. Предел прочности на растяжение;
  2. Предел текучести, соответствующий пластической деформации 0,2%;
  3. Предел прочности на изгиб;
  4. Наибольшая величина;
  5. Показатели прочности приведены для образцов и для отливок;
  6. Показатели предела прочности на изгиб приведены для случая плоского нагружения

Таблица «Металлокерамические материалы (PM)1) для подшипников скольжения»

  1. В соответствии со стандартом DIN 30 910,1990 г. издания;
  2. Применительно к подшипнику 10/16 г 10;
  3. Углерод содержится, главным образом, в виде свободного графита;
  4. Углерод содержится только в виде свободного графита

Химические свойства металлов

Все мы, так или иначе, но сталкиваемся с химией в нашей повседневной жизни. Например, во время приготовления еды, растворение поваренной соли в воде является простейшей химической реакцией. Вступают в разнообразные химические реакции и металлы, а их способность реагировать с другими веществами это и есть их химические свойства.

Среди основных химических свойств или качеств металлов можно выделить их окисляемость и коррозийную стойкость. Реагируя с кислородом, металлы образуют пленку, то есть проявляют окисляемость.

Аналогичным образом происходит и коррозия металлов – их медленное разрушение по причине химического или электрохимического взаимодействия. Способность металлов противостоять коррозии называется их коррозийной стойкостью.

Особенные металлы

Самым популярным металлом в современном производстве остается железо. Его сплавы – сталь и чугун — применяют во многих промышленных отраслях:

  • тяжелом машиностроении;
  • авиастроении;
  • приборостроении;
  • станкостроении.

Популярными остаются алюминий, медь, олово, никель. Свойства каждого из приведенных металлов разнятся, и область их использования также отличается. Такой необычный металл, как ртуть, применяют в медицинских термометрах. С древности главным драгоценным металлом остается золото. Благодаря своей сверхвысокой пластичности оно как будто создано для чеканки монет.

Определение металлов и сплавов.

Основные химические элементы подразделяются на металлы и неметаллы, однако между ними нельзя провести четкую границу. Металл можно описать как химический элемент, который обладает металлическим блеском и который в электролизе несет положительный заряд, высвобождающийся на катоде.

Сплав представляет собой однородный металлический материал, но он не является единственным химическим элементом. Сплав образует соединение или смесь двух или более металлов. В некоторых случаях он может состоять из одного или более металлов и неметаллов. Например, сплав железа с углеродом образует сталь.

В процессе работы с металлами и сплавами очень важно правильно определять тип сварки или механической обработки, от которого напрямую зависит качество и успех конечного результата. И вот для того, чтобы сделать правильный выбор, необходимо знать основные свойства металлов и сплавов, среди которых можно выделить 4 большие группы

Механические свойства металлов

Данные сведения не рассматриваются как расчетные величины. Они определяются в процессе экспериментальных изысканий, в частности, деформации заготовок на растяжение и сжатие с применением специализированного оборудования.

Основными называют:

  1. Прочность. Под этим аспектом принято понимать способность сохранять кристалическую целостность под воздействием мех. нагрузок различного типа, как статических, так и динамических, в том числе ударного формата. Чем прочнее монометалл, тем он долговечнее в тех конструкциях, где материал подвергается серьезным перегрузкам. Особенно это бывает актуально в тех областях, где от прочностных показателей зависит жизнь и здоровье человека, например, на транспорте.
  2. Пластичность – характеристика, отражающая потенциал того или иного моноэлемента либо сплава под усилиями от внешних сил изменять свою геометрию и объем. При этом, опять же, физического разрушения кристаллической решетки не должно быть.
  3. Твердость. Понятно, что подавляющее большинство металлических брусков руками не проверишь – для железа и алюминия ощущения будут одинаковыми. Для этого используются специальные приспособления – приборы Бриннеля или изобретение Роквелла. В первом случае в образец пытаются «впихнуть» сильнозакаленный шар, во втором – алмазную пирамиду. По размеру следа от давления и устанавливается плотность того или иного состава.

Здесь важно понимать, что прочность и твердость – это разные механические свойства металлов, порой, даже не взаимозначимые. Твердые образцы могут быть хрупкими

  1. Ударная вязкость. Как следует из названия речь идет о возможности противостоять нагрузкам при целенаправленных ударах. Измеряется в джоулях на сантиметр кубический.
  2. Упругость. Под действием различного рода сил образец изменяет свою форму и объем. Способность восстановить свои начальные параметры и определяют упругость.

Также к механике относятся конструкторские особенности ­– надежность, живучесть, долговечность.

Химические свойства металлов

Таблица Менделеева на треть состоит из рассматриваемых в данной статье моноэлементов. С практической точки для обывателя, да и специалиста, эти аспекты определяют их взаимодействие с окружающими агрессивными средами, такими как реагенты из воздушной массы, влажность, перепады температурных показателей, как суточных, так и годовых.

В этом ракурсе металлопозиции утрировано разделяются на следующие группы:

  1. Активные. В качестве примеров можно привести литий, калий, барий, кальций, натрий.
  2. Среднеактивные – магний, алюминий, марганец, цинк, хром, железо, никель, серебро.
  3. Малоактивные. Речь идет о меди, золотых слитках, платине и иных инертных компонентах.

Соединение с простыми веществами

Самым популярным в мире соединением, которое формируется между двумя одинаковыми элементами – это, безусловно, оксид. Ярким примером, который считается весьма распространенным и не очень приятным с практической точки зрения, считается окись железа – ржавчина (каждый из нас сталкивался с коррозионными процессами):

2FE + O2 = 2FEO.

Важно знать, что благородные металлоэлементы, такие как серебро, золото и платина, оксиды в обычных условиях не образуют. Это и является одной из основных причин их высокой стоимости

О взаимодействии с галогенами (фтором, хлором и другими позициями, которые присутствуют в окружающей среде) также не стоит забывать. Вариант: образование солей:

2Na + Cl2 = 2 NaCl.

Реакции со сложными соединениями

Здесь в первую очередь необходимо отметить взаимодействие щелочей с водой. Такие реакции всегда сопровождаются выделение водорода, что на практике чревато формированием взрывоопасной среды.

Среднеактивные также могут реагировать с H2O. Однако происходит это при достаточно высоких температурах, поэтому в обычных условиях повышения концентрации водорода не стоит.

Основные физические свойства металлов

Температура плавления чистых металлов находится в диапазоне от -39 до 3410°C. У большинства металлов температура плавления очень высока, исключения составляют щелочные металлы. Однако существуют и такие виды металлов, которые можно легко расплавить на обычной газовой плите. К таким металлам относятся, например, свинец или олово. В зависимости от плотности, все металлы делятся на тяжёлые (5/22,5 г/см3) и лёгкие (0,53/5 г/см3). Самый легкий из таких металлов — литий (0.53 г/см3). Практически все металлы обладают хорошей пластичностью. Происходит это из-за смещения слоёв атомов без разрыва между ними связи. Самые пластичные металлы — золото, серебро и медь. Пластичность также зависит и от чистоты металла. Очень чистым металлом считается хром, однако даже при небольшом загрязнении он становится более твердым и хрупким. Характеристика физических свойств металлов включает в себя и такое понятие, как теплопроводность. Она напрямую зависит от подвижности свободных электронов. Так, самым лучшим проводником электричества и тепла является серебро, следом за ним идет натрий. Он находит большое применение в клапанах автомобильных двигателей.

Физические свойства щелочных металлов

К этому виду металлов относятся:

  • натрий,
  • литий,
  • калий,
  • рубидий,
  • цезий.

Все эти металлы очень пластичные и мягкие. Наибольшую твердость имеет литий, что касается остальных металлов, то они легко режутся ножом и даже могут быть раскатаны в фольгу. Все щелочные металлы в кристаллическом состоянии имеют объемоцентрированную кристаллическую решетку, обладающую металлическим типом химической связи. Это обуславливает высокую электро- и теплопроводность данного вида металлов. Щелочные металлы имеют крайне небольшую плотность. Так самый легкий из них – литий. Его плотность составляет 0,53 г/см3. Эти металлы обладают достаточно низкими температурами кипения и плавления. С увеличением порядкового номера металла, его температура плавления понижается. Все щелочные металлы крайне активны. По этой причине хранить их следует в запаянных ампулах, под слоем керосина или вазелинового масла. Все это физические свойства металлов. Химия также играет немаловажную роль в металловедение.

Химические свойства металлов

В химическом отношении металлы характеризуются легкостью отдачи валентных электронов, а также способностью образовывать положительно заряженные ионы. Таким образом, все металлы являются восстановителями в свободном состоянии. Их восстановительная способность неодинакова. Она определяется за счет положения в электрохимическом ряду напряжения металлов. Все металлы размещаются в порядке убывания относительно их восстановительных свойств, а также усиления окислительных свойств ионов. Такой ряд характеризует химическую активность металла исключительно в окислительно-восстановительных реакциях, которые протекают в водной среде. Так, характерными химическими свойствами для металлов являются их восстановление и взаимодействие с водой.

Восстановление неметаллов

Различные реакции с кислородом воздуха и галогенами протекают при разных скоростях и при различных температурах. Например, щелочные металлы легче всего окисляются кислородом воздуха, а также взаимодействуют с простыми веществами. Что касается меди и железа, то они взаимодействуют с простыми веществами при нагревании, а платиновые металлы и золото вообще не окисляются. Многие металлы могут образовывать на поверхности оксидную пленку, она защищает их от последующего окисления: 2К + Сl2 = 2КСl 2Мg + О2 = 2МgО

Взаимодействие с водой

С водой способны взаимодействовать щелочные металлы. Данный процесс происходит при обычных условиях с выделением водорода и образованием гидроксидов: 2Аl + 6Н2O = 2Аl(ОН)3 + ЗН2 2Nа + 2Н2О = 2NаОН + Н2

Применение металлов в жизни человека

Помимо очевидного использования в строительстве и производстве, металлы являются микроэлементами живых организмов, так, например, без марганца невозможен фотосинтез растений, а кальций, калий и натрий отвечают, по сути, за каждое действие наших мышц и нейронов, генерируя, так называемый, потенциал действия.

Кроме того, в каждую эпоху различные металлы становились деньгами, драгоценностями и, в принципе, дорогими материалами. Так, например, в Древнем Египте ожерелье из железа ценилось гораздо больше, нежели из золота, вследствие большей распространенности второго. В те же времена монеты из серебра и золота были обыденностью, в то время как сейчас мы используем никель, сталь и медь с латунью.

Развитие технологий открывает новые возможности использования редких элементов, например, в построении космических кораблей, где не обойтись без вольфрама, титана и чистой меди (т. е. без примесей).

Строение

Вне зависимости от активности все металлы имеют общее строение. Атомы в простом металле расположены не хаотично, как в аморфных веществах, а упорядоченно – в виде кристаллической решётки. Удерживает атомы в одном положении металлическая связь.

Такой вид связи осуществляется за счёт положительно заряженных ионов, находящихся в узлах кристаллической ячейки (единицы решётки), и отрицательно заряженных свободных электронов, которые образуют так называемый электронный газ. Электроны отделились от атомов, превратив их в ионы, и стали перемещаться в решётке хаотично, скрепляя ионы вместе. Без электронов решётка бы распалась за счёт отторжения одинаково заряженных ионов.

Различают три типа кристаллической решётки. Кубическая объемно-центрированная состоит из 9 ионов и характерна хрому, железу, вольфраму. Кубическая гранецентрированная включает 14 ионов и свойственная свинцу, алюминию, серебру. Из 17 ионов состоит гексагональная плотноупакованная решётка цинка, титана, магния.

Рис. 2. Виды кристаллических решёток.

Классификация металлов

Металлы разделяются на две большие группы — черные и цветные. Представители обоих видов различаются не только характеристиками, но и внешним видом.

Черные

Представители этой группы считаются самыми распространёнными и недорогими. В большинстве своем имеют серый или тёмный цвет. Плавятся при высокой температуре, обладают высокой твердостью и большой плотностью. Главный представитель этой группы — железо. Эта группа разделяется на подгруппы:

  1. Железные — к представителям этой подгруппы относится железо, никель и кобальт.
  2. Тугоплавкие — сюда входят металлы температура плавления которых начинается с 1600 градусов. Их применяют при создании основ для сплавов.
  3. Редкоземельные — к ним относятся церий, празеодим и неодим. Обладают низкой прочностью.

Существуют урановые и щелочноземельные металлы, однако они менее популярны.

Цветные

Представители этой группы отличаются яркой окраской, меньшей прочностью, твердостью и температурой плавления (не для всех). Разделяется эта группа на следующие подгруппы:

  1. Лёгкие — подгруппа, включающая в себя металлы с плотностью до 5000 кг/м3. Это такие материалы, как литий, натрий, калий, магний и другие.
  2. Тяжёлые — сюда относится серебро, медь, свинец и другие. Плотность превышает 5000 кг/м3.
  3. Благородные — представили этой подгруппы имеют высокую стоимость и устойчивость к коррозийным процессам. К ним относятся золото, палладий, иридий, платина, серебро и другие.

Выделяются тугоплавкие и легкоплавкие металлы. К тугоплавким относится вольфрам, молибден и ниобий, а к легкоплавким все остальные.

Классификация веществ. Металлы | Химия 11 класс #20 | Инфоурок

Watch this video on YouTube

Состав и структура

У железа по кристаллическому признаку есть четыре модификации, которые отличаются структурой и параметрами решетки. Для выплавки сплавов именно наличие фазовых переходов и легирующих добавок имеет существенное значение. Различают следующие состояния:

  • Альфа-фаза. Она сохраняется до 769 градусов по Цельсию. В этом состоянии железо сохраняет свойства ферромагнетика и обладает объемно-центрированной решеткой кубического типа.
  • Бета-фаза. Существует при температуре от 769 до 917 градусов по Цельсию. Имеет немного другие параметры решетки, чем в первом случае. Все физические свойства железа остаются прежними за исключением магнитных, их оно утрачивает.
  • Гамма-фаза. Строение решетки становится гранецентрированным. Такая фаза проявляется в диапазоне 917–1394 градусов Цельсия.
  • Омега-фаза. Такое состояние металла появляется при температуре выше 1394 градусов Цельсия. От прежней отличается только параметрами решетки.

Свойства металлов (стр. 1 из 2)

Например, режущие инструменты должны обладать высокой твердостью. Для изготовления режущих и других инструментов применяют инструментальные стали и сплавы, а для рессор и пружин — специальные стали, обладающие высокой упругостью.

Вязкие металлы применяют в тех случаях, когда детали при работе подвергаются ударной нагрузке.

Пластичность металлов дает возможность обрабатывать их давлением (ковать, прокатывать, штамповать).

Физические свойства. В авиа-, авто-, приборо-, и вагоностроении вес деталей часто является важнейшей характеристикой, поэтому сплавы алюминия и магния являются здесь особенно полезными.

Плавкостьиспользуется для получения отливок путем заливки расплавленного металла в формы. Легкоплавкие металлы (свинец) применяют в качестве закалочной среды для стали. Некоторые сложные сплавы имеют столь низкую температуру плавления, что расплавляются в горячей воде. Такие сплавы применяются для отливки топографических матриц, предохранителей в приборах пожарной безопасности.

Металлы с высокой электропроводностью(медь, алюминий) используют в электромашиностроении, в линиях электропередач, а сплавы с высоким электросопротивлением — для ламп накаливания, электронагревательных приборов.

Магнитные свойстваметаллов используются в электромашиностроении при производстве электродвигателей, трансформаторов в приборостроении (телефонные и телеграфные аппараты).

Теплопроводностьметаллов дает возможность равномерно нагревать их для обработки давлением, термической обработки, кроме того, она обеспечивает возможность пайки и сварки металлов.

Некоторые металлы имеют коэффициент линейного расширения, близкий к нулю; такие металлы применяют для изготовления точных приборов при сооружении мостов, путепроводов и др.

Оцените статью
Добавить комментарий