1. Покрытие металлов слоем другого металла при помощи элек­тролиза (гальваностегия).

Для предохранения металлов от окисления, а также для прида­ния изделиям прочности и лучшего внешнего вида их покрывают тонким   слоем   благородных   металлов

(золото, серебро)   или малоокисляющимися металлами (хром, никель).

2. Получение копий с предметов при помощи электролиза (гальвано­пластика).

Для получения копий с металличе­ских предметов (монет, медалей, ба­рельефов и т. п.) делают слепки из ка­кого-нибудь пластичного материала (на­пример, воска). Для придания слепку электропроводимости его покрывают гра­фитовой пылью, погружают в ванну в качестве катода и получают на нем слой металла нужной толщины. Затем путем нагревания удаляют воск.

Рафинирование (очистка) металлов.

В электротехнике благодаря хорошей электропроводимости наиболее широкое применение как проводниковый материал имеет медь. Медные руды, кроме меди, содержат много приме­сей, таких, как, например, железо, сера, сурьма, мышь­як, висмут, свинец, фосфор и т. п. Процесс получения меди из руды заключается в сле­дующем. Руду измельчают и обжигают в особых печах, где некоторые примеси выгорают, а медь переходит в окись меди, которую снова плавят в печах вместе с углем. Про­исходит восстановительный процесс, и получают продукт, называемый черной медью, с содержанием меди 98—99%. Медь, идущая на нужды электротехники, должна быть наиболее чистой, так как всякие примеси уменьшают электропроводимость меди. Такая медь получается из черной меди путем рафинирования ее электрическим способом.

39

Металлическая связь — химическая связь, обусловленная наличием относительно свободных электронов. Характерна как для чистых металлов, так и их сплавов и интерметаллических соединений. Механизм металлической связи

Во всех узлах кристаллической решётки расположены положительные ионы металла. Между ними беспорядочно, подобно молекулам газа движутся валентные электроны, отцепившиеся от атомов при образовании ионов. Эти электроны играют роль цемента, удерживая вместе положительные ионы; в противном случае решётка распалась бы под действием сил отталкивания между ионами. Вместе с тем и электроны удерживаются ионами в пределах кристаллической решётки и не могут её покинуть. Силы связи не локализованы и не направлены. Поэтому в большинстве случаев проявляются высокие координационные числа (например, 12 или 8).

Общие химические свойства металлов

Сильные восстановители: Me0 – nē ® Men+

I. Реакции с неметаллами

1) С кислородом:

2Mg0 + O2 ® 2Mg+2 O

2) С серой:

Hg0 + S ® Hg+2 S

3) С галогенами:

Ni + Cl2 –t°® Ni+2Cl2

4) С азотом:

3Ca0 + N2 –t°® Ca3+2N2

5) С фосфором:

3Ca0 + 2P –t°® Ca3P2

6) С водородом (реагируют только щелочные и щелочноземельные металлы):

2Li0 + H2 ® 2Li+1H

Ca0 + H2 ® Ca+2H2

II. Реакции с кислотами

1) Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до H восстанавливают кислоты-неокислители до водорода:

Mg0 + 2HCl ® Mg+2Cl2 + H20

(Mg0 + 2H+ ® Mg2++ H20)

2Al0+ 6HCl ® 2AlCl3 + 3H20

(2Al0 + 6H+ ® 2Al3+ + 3H20)

6Na0 + 2H3PO4 ® 2Na3+1PO4 + 3H2

(6Na0 + 6H+ ® 6Na+ + 3H20)

Восстановление металлами кислот-окислителей смотри в разделах: "окислительно-восстановительные реакции", "серная кислота", "азотная кислота".

III. Взаимодействие с водой

1) Активные (щелочные и щелочноземельные металлы) образуют растворимое основание и водород:

2Na0 + 2H2O ® 2Na+1OH + H20

(2Na0 + 2H2O ® 2Na1+ + 2OH1- + H20)

Ca0 + 2H2O ® Ca+2(OH)2 + H20

(Ca0 + 2H2O ® Ca2+ + 2OH1- + H20)

2) Металлы средней активности окисляются водой при нагревании до оксида:

Zn0 + H2O –t°® Zn+2O + H02

3) Неактивные (Au, Ag, Pt) - не реагируют.

4) Вытеснение более активными металлами менее активных металлов из растворов их солей:

Cu0 + Hg+2Cl2 ® Hg0 + Cu+2Cl2

(Cu0 + Hg2+ ® Cu2+ + Hg0)

Fe0 + Cu+2SO4 ® Cu0 + Fe+2SO4

(Fe0 + Cu2+ ® Cu0 + Fe2+)

Физические свойства Для металлов наиболее характерны следующие свойства: металлический блеск, твердость, пластичность, ковкость и хорошая проводимость тепла и электричества.

Для всех металлов характерна металлическая кристаллическая решетка: в ее узлах находятся положительно заряженные ионы, а между ними свободно перемещаются электроны. Наличие последних объясняет высокую электропроводность и теплопроводность, а также способность поддаваться механической обработке.

Теплопроводность и электропроводность уменьшается в ряду металлов:

АgСuАuАlМgZnFе РЬ Hg

Все металлы делятся на две большие группы:

Черные металлы

Имеют темно-серый цвет, большую плотность, высокую температуру плавления и относительно высокую твердость.

Типичным представителем черных металлов является железо.

Цветные металлы

Имеют характерную окраску: красную, желтую, белую; обладают большой пластичностью, малой твердостью, относительно низкой температурой плавления.

Типичным представителем цветных металлов является медь.

В зависимости от своей плотности металлы делятся на:

Легкие (плотность не более 5 г/см )

К легким металлам относятся: литий , натрий , калий , магний , кальций , цезий , алюминий , барий.

Самый легкий металл — литий 1л, плотность 0.534 г/см3.

Тяжелые (плотность больше 5 г/см3).

К тяжелым металлам относятся: цинк , медь , железо , олово , свинец , серебро , золото , ртуть и др.

Самый тяжелый металл — осмий , плотность 22,5 г/см3.

Металлы различаются по своей твердости:

— мягкие: режутся даже ножом (натрий , калий , индий );

— твердые: металлы сравниваются по твердости с алмазом, твердость которого равна 10. Хром — самый твердый металл, режет стекло.

В зависимости от температуры плавления металлы условно делятся на:

1. Легкоплавкие (температура плавления до 1539°С).

К легкоплавким металлам относятся: ртуть — температура плавления —38,9°С; галлий — температура плавления 29,78°С; цезий — температура плавления 28,5°С; и другие металлы.

2. Тугоплавкие (температура плавления выше 1539 С).

К тугоплавким металлам относятся: хром — температура плавления 1890°С; молибден — температура плавления 2620°С; ванадий — температура плавления 1900°С; тантал — температура плавления 3015°С; и многие другие металлы.

Самый тугоплавкий металл вольфрам — температура плавления 3420°С.

Для получения чистых металлов в ряде случаев применяют метод диспропорционирования суть которого сводится к процессам внутримолекулярного окисления - восстановления или диспропорционирования солей некоторых металлов с образованием металлов:

2AuCl₃ = Au + 3Cl₂

2TiCl₂ = TiCl₄ + Ti

Зонная плавка основана на различной растворимости примесей в твердом и расплавленном металле. Процесс заключается в том, что через высокотемпературную зону очень медленно передвигают стержень из очищаемого металла. Образующаяся при этом узкая зона расплавленного металла, в которой концентрируются примеси, перемещается в конец стержня со скоростью 2-3 см/час. Описанную операцию многократно повторяют. Конец стержня механически отделяют. Данным методом получают металлы, в которых остается один атом примеси на 10 атомов очищаемого металла.

Металлы, находящиеся в чистом состоянии, отличаются по своим физическим свойствам от неочищенных. Например, полупроводниковые свойства у германия проявляются лишь в образцах с содержанием примесей 10 . Чистый хром отличается от неочищенного высокой пластичностью, электро-, теплопроводностью. Изменяются и другие характеристики металлов.

40

ЛЕГКИЕ СПЛАВЫ - конструкционные материалы на основе Al, Mg, Ti и Be. Высокая удельная прочность (отношение показателей прочности к плотности). Применяются в самолето-, ракето- и судостроении, ядерной энергетике, строительстве, производстве бытовых изделий и т. д.

Алюми́ний — элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium). Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния).

Простое вещество алюминий (CAS-номер: 7429-90-5) — лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидная плёнка, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия.