Реферат: Металлы. Свойства металлов - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Металлы. Свойства металлов

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 221 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Металлы. Свойства металлов Содержание. 1. Строение атомов металлов. Положение металлов в периодической системе. Группы металлов 2. Физические свойства металлов 3. Химические свойства металлов 4. Коррозия металлов 5. Понятие о сплавах 6. Способы получения металлов 7. Список использованной литерат уры I. Строение атомов металлов. Положение металлов в периодической системе. Группы металлов. В настоящее время известно 105 химических элемент ов, большинство из них - металлы. Последние весьма распространены в приро де и встречаются в виде различных соединений в недрах земли, водах рек, оз ер, морей, океанов, составе тел животных, растений и даже в атмосфере. По своим свойствам металлы резко отличаются от неметаллов. Впервые это р азличие металлов и неметаллов определил М. В. Ломоносов. “Металлы, - писал он, - тела твердые, ковкие блестящие”. Причисляя тот или иной элемент к разряду металлов, мы имеем в виду наличи е у него определенного комплекса свойств: 1. Плотная кристалл ическая структура. 2. Характерный металлический блеск. 3. Высокая теплопроводность и электр ическая проводимость. 4. Уменьшение электрической проводи мости с ростом температуры. 5. Низкие значения потенциала иониза ции, т.е. способность легко отдавать электроны. 6. Ковкость и тягучесть. 7. Способность к образованию сплавов . Все мет аллы и сплавы, применяемые в настоящее время в технике, можно разделить н а две основные группы. К первой из них относят черные металлы - железо и вс е его сплавы, в которых оно составляет основную часть. Этими сплавами явл яются чугуны и стали. В технике часто используют так называемые легирова нные стали. К ним относятся стали, содержащие хром, никель, вольфрам, молиб ден, ванадий, кобальт, титан и другие металлы. Иногда в легированные стали входят 5-6 различных металлов. Методом легирования получают различные це нные стали, обладающие в одних случаях повышенной прочностью, в других - в ысокой сопротивляемостью к истиранию, в третьих - коррозионной устойчив остью, т.е. способностью не разрушаться под действием внешней среды. Ко второй группе относят цветные металлы и их сплавы. Они получили такое название потому, что имеют различную окраску. Например, медь светло-крас ная, никель, олово, серебро - белые, свинец - голубовато-белый, золото -желтое . Из сплавов в практике нашли большое применение: бронза - сплав меди с оло вом и другими металлами, латунь - сплав меди с цинком, баббит - сплав олова с сурьмой и медью и др. Это деление на черные и цветные металлы условно. Наряду с черными и цветными металлами выделяют еще группу благородных м еталлов: серебро, золото, платину, рутений и некоторые другие. Они названы так потому, что практически не окисляются на воздухе даже при повышенной температуре и не разрушаются при действии на них растворов кислот и щел очей. I. Физические сво йства металлов. С внешн ей стороны металлы, как известно, характеризуются прежде всего особым “м еталлическим” блеском, который обусловливается их способностью сильно отражать лучи света. Однако этот блеск наблюдается обыкновенно только в том случае, когда металл образует сплошную компактную массу. Правда, маг ний и алюминий сохраняют свой блеск, даже будучи превращенными в порошок , но большинство металлов в мелкораздробленном виде имеет черный или тем но-серый цвет. Затем типичные металлы обладают высокой тепло- и электроп роводностью, причем по способности проводить тепло и ток располагаются в одном и том же порядке: лучшие проводники - серебро и медь, худшие - свинец и ртуть. С повышением температуры электропроводность падает, при пониже нии температуры, наоборот, увеличивается. Очень важным свойством металлов является их сравнительно легкая механ ическая деформируемость. Металлы пластичны, они хорошо куются, вытягива ются в проволоку, прокатываются в листы и т.п. Характерные физические свойства металлов находятся в связи с особенно стями их внутренней структуры. Согласно современным воззрениям, криста ллы металлов состоят из положительно заряженных ионов и свободных элек тронов, отщепившихся от соответствующих атомов. Весь кристалл можно себ е представить в виде пространственной решетки, узлы которой заняты иона ми, а в промежутках между ионами находятся легкоподвижные электроны. Эти электроны постоянно переходят от одних атомов к другим и вращаются вокр уг ядра то одного, то другого атома. Так как электроны не связаны с определ енными ионами, то уже под влиянием небольшой разности потенциалов они на чинают перемещаться в определенном направлении, т.е. возникает электрич еский ток. Наличием свободных электронов обусловливается и высокая теплопроводн ость металлов. Находясь в непрерывном движении, электроны постоянно ста лкиваются с ионами и обмениваются с ними энергией. Поэтому колебания ион ов, усилившиеся в данной части металла вследствие нагревания, сейчас же передаются соседним ионам, от них - следующим и т.д., и тепловое состояние м еталла быстро выравнивается; вся масса металла принимает одинаковую те мпературу. По плотности металлы условно подразделяются на две большие группы: легк ие металлы, плотность которых не больше 5 г/см 3 , и тяжелые металлы - все остальные. Плотность, а так же температуры плавления некоторых металлов приведены в таблице №1. Таблица №1 Плотность и температура плавления некоторых м еталлов. Название Атомный вес Плотность, г/см 3 Температура плавления, C Лег кие металлы. Литий 6,939 0,534 179 Калий 39,102 0,86 63,6 Натрий 22,9898 0,97 97,8 Кальций 40,08 1,55 850 Магний 24,305 1,74 651 Цезий 132,905 1,90 28,5 Алюминий 26,9815 2,702 660,1 Барий 137,34 3,5 710 Тяжелые металлы Цинк 65,37 7,14 419 Хром 51,996 7,16 1875 Марганец 54,9380 7,44 1244 Олово 118,69 7,28 231,9 Железо 55,847 7,86 1539 Кадмий 112,40 8,65 321 Никель 58,71 8,90 1453 Медь 63,546 8,92 1083 Висмут 208,980 9,80 271,3 Серебро 107,868 10,5 960,8 Свинец 207,19 11,344 327,3 Ртуть 200,59 13,546 -38,87 Вольфрам 183,85 19,3 3380 Золото 196,967 19,3 1063 Платина 195,09 21,45 1769 Осмий 190,2 22,5 2700 Частицы металлов, находящихся в твердом и жидком состоя нии, связаны особым типом химической связи - так называемой металлическо й связью. Она определяется одновременным наличием обычных ковалентных связей между нейтральными атомами и кулоновским притяжением между ион ами и свободными электронами. Таким образом, металлическая связь являет ся свойством не отдельных частиц, а их агрегатов. III. Химические свойс тва металлов. Основн ым химическим свойством металлов является способность их атомов легко отдавать свои валентные электроны и переходить в положительно заряжен ные ионы. Типичные металлы никогда не присоединяют электронов; их ионы в сегда заряжены положительно. Легко отдавая при химических реакциях свои валентные электроны, типичн ые металлы являются энергичными восстановителями. Способность к отдаче электронов проявляется у отдельных металлов дале ко не в одинаковой степени. Чем легче металл отдает свои электроны, тем он активнее, тем энергичнее вступает во взаимодействие с другими вещества ми. Опустим кусочек цинка в раствор какой-нибудь свинцовой соли. Цинк начина ет растворяться, а из раствора выделяется свинец. Реакция выражается ура внением: Zn + Pb(NO 3 ) 2 = Pb + Zn(NO 3 ) 2 Из уравнения следует, что эта реакция является т ипичной реакцией окисления-восстановления. Сущность ее сводится к тому, что атомы цинка отдают свои валентные электроны ионам двухвалентного с винца, тем самым превращаясь в ионы цинка, а ионы свинца восстанавливают ся и выделяются в виде металлического свинца. Если поступить наоборот, т о есть погрузить кусочек свинца в раствор цинковой соли, то никакой реак ции не произойдет. Это показывает, что цинк более активен, чем свинец, что его атомы легче отдают, а ионы труднее присоединяют электроны, чем атомы и ионы свинца. Вытеснение одних металлов из их соединений другими металлами впервые б ыло подробно изучено русским ученым Бекетовым, расположившим металлы п о их убывающей химической активности в так называемый “вытеснительный ряд”. В настоящее время вытеснительный ряд Бекетова носит название ряда напряжений. В таблице №2 представлены значения стандартных электродных потенциало в некоторых металлов. Символом Me + /Me обозначен металл Me, погруженный в раствор его соли. Стандар тные потенциалы электродов, выступающих как восстановители по отношен ию к водороду, имеют знак “-”, а знаком “+” отмечены стандартные потенциалы электродов, являющихся окислителями. Таблица №2 Стандартные электродные потенциалы металлов. Элект род Е 0 ,В Электрод Е 0 ,В Li + /Li -3,02 Co 2+ /Co -0,28 Rb + /Rb -2,99 Ni 2+ /Ni -0,25 K + /K -2,92 Sn 2+ /Sn -0,14 Ba 2+ /Ba -2,90 Pb 2+ /Pb -0,13 Sr 2+ /Sr -2,89 H + / 1 / 2 H 2 0,00 Ca 2+ /Ca -2,87 Sb 3+ /Sb +0,20 Na + /Na -2,71 Bi 3+ /Bi +0,23 La 3+ /La -2,37 Cu 2+ /Cu +0,34 Mg 2+ /Mg -2,34 Cu + /Cu +0,52 Al 3+ /Al -1,67 Ag + /Ag +0,80 Mn 2+ /Mn -1,05 Pd 2+ /Pd +0,83 Zn 2+ /Zn -0,76 Hg 2+ /Hg +0,86 Cr 3+ /Cr -0,71 Pt 2+ /Pt +1,20 Fe 2+ /Fe -0,44 Au 3+ /Au +1,42 Cd 2+ /Cd -0,40 Металлы, расположенные в порядке возрастания их станда ртных электродных потенциалов, и образуют электрохимический ряд напря жений металлов: Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au. Ряд напряжений характеризует химические свойства металлов: 1. Чем меньше элект родный потенциал металла, тем больше его восстановительная способност ь. 2. Каждый металл способен вытеснять( восстанавливать) из растворов солей те металлы, которые стоят в ряду нап ряжений после него. 3. Все металлы, имеющие отрицательны й стандартный электродный потенциал, то есть находящиеся в ряду напряже ний левее водорода, способны вытеснять его из растворов кислот. Необхо димо отметить, что представленный ряд характеризует поведение металло в и их солей только в водных растворах и при комнатной температуре. Кроме того, нужно иметь ввиду, что высокая электрохимическая активность метал лов не всегда означает его высокую химическую активность. Например, ряд напряжений начинается литием, тогда как более активные в химическом отн ошении рубидий и калий находятся правее лития. Это связано с исключитель но высокой энергией процесса гидратации ионов лития по сравнению с иона ми других щелочных металлов. IV. Коррозия металло в. Почти в се металлы, приходя в соприкосновение с окружающей их газообразной или ж идкой средой, более или менее быстро подвергаются с поверхности разруше нию. Причиной его является химическое взаимодействие металлов с находя щимися в воздухе газами, а также водой и растворенными в ней веществами. Всякий процесс химического разрушения металлов под действием окружающ ей среды называют коррозией. Проще всего протекает коррозия при соприкосновении металлов с газами. Н а поверхности металла образуются соответствующие соединения: оксиды, с ернистые соединения, основные соли угольной кислоты, которые нередко по крывают поверхность плотным слоем, защищающим металл от дальнейшего во здействия тех же газов. Иначе обстоит дело при соприкосновении металла с жидкой средой - водой и растворенными в ней веществами. Образующиеся при этом соединения могут растворяться, благодаря чему коррозия распространяется дальше вглубь металла. Кроме того, вода, содержащая растворенные вещества, является пр оводником электрического тока, вследствие чего постоянно возникают эл ектрохимические процессы, которые являются одним из главных факторов, о буславливающих и ускоряющих коррозию. Чистые металлы в большинстве случаев почти не подвергаются коррозии. Да же такой металл, как железо, в совершенно чистом виде почти не ржавеет. Но обыкновенные технические металлы всегда содержат различные примеси, ч то создает благоприятные условия для коррозии. Убытки, причиняемые коррозией металлов, огромны. Вычислено, например, чт о вследствие коррозии ежегодно гибнет такое количество стали, которое р авно приблизительно четверти всей мировой добычи его за год. Поэтому изу чению процессов коррозии и отысканию наилучших средств ее предотвраще ния уделяется очень много внимания. Способы борьбы с коррозией чрезвычайно разнообразны. Наиболее простой из них заключается в защите поверхности металла от непосредственного с оприкосновения с окружающей средой путем покрытия масляной краской, ла ком, эмалью или, наконец, тонким слоем другого металла. Особый интерес с те оретической точки зрения представляет покрытие одного металла другим. К ним относятся: катодное покрытие, когда защищающий металл стоит в ряду напряжений правее защищающего (типичным примером может служить лужена я, то есть покрытая оловом, сталь); анодное покрытие, например, покрытие ст али цинком. Для защиты от коррозии целесообразно покрывать поверхность металла сл оем более активного металла, чем слоем менее активного. Однако другие со ображения нередко заставляют применять также покрытия из менее активн ых металлов. На практике чаще всего приходится принимать меры к защите стали как мета лла, особенно подверженного коррозии. Кроме цинка, из более активных мет аллов для этой цели иногда применяют кадмий, действующий подобно цинку. Из менее активных металлов для покрытия стали чаще всего используют оло во, медь, никель. Покрытые никелем стальные изделия имеют красивый вид, чем объясняется ш ирокое распространение никелирования. При повреждении слоя никеля кор розия проходит менее интенсивно, чем при повреждении слоя меди (или олов а), так как разность потенциалов для пары никель-железо гораздо меньше, че м для пары медь-железо. Из других способов борьбы с коррозией существует еще способ протекторо в, заключающийся в том, что защищаемый металлический объект приводится в контакт с большой поверхностью более активного металла. Так, в паровые к отлы вводят листы цинка, находящиеся в контакте со стенками котла и обра зующие с ними гальваническую пару. V. Понятие о сплавах. Характ ерной особенностью металлов является их способность образовывать друг с другом или с неметаллами сплавы. Чтобы получить сплав, смесь металлов о бычно подвергают плавлению, а затем охлаждают с различной скоростью, кот орая определяется природой компонентов и изменением характера их взаи модействия в зависимости от температуры. Иногда сплавы получают спекан ием тонких порошков металлов, не прибегая к плавлению (порошковая металл ургия). Итак сплавы - это продукты химического взаимодействия металлов. Кристаллическая структура сплавов во многом подобна чистым металлам, к оторые, взаимодействуя друг с другом при плавлении и последующей криста ллизации, образуют: а) химические соединения, называемые интерметаллида ми; б) твердые растворы; в) механическую смесь кристаллов компонентов. Тот или иной тип взаимодействия определяется соотношением энергии вза имодействия разнородных и однородных частиц системы, то есть соотношен ием энергий взаимодействия атомов в чистых металлах и сплавах. Современная техника использует огромное число сплавов, причем в подавл яющем большинстве случаев они состоят не из двух, а из трех, четырех и боль шего числа металлов. Интересно, что свойства сплавов часто резко отличаю тся от свойств индивидуальных металлов, которыми они образованы. Так, сп лав, содержащий 50% висмута, 25% свинца, 12,5% олова и 12,5% кадмия, плавится всего при 60,5 градусах Цельсия, в то время как компоненты сплава имеют соответственно температуры плавления 271, 327, 232 и 321 градус Цельсия. Твердость оловянной бронз ы (90% меди и 10% олова) втрое больше, чем у чистой меди, а коэффициент линейного расширения сплавов железа и никеля в 10 раз меньше, чем у чистых компоненто в. Однако некоторые примеси ухудшают качество металлов и сплавов. Известн о, например, что чугун (сплав железа и углерода) не обладает той прочностью и твердостью, которые характерны для стали. Помимо углерода, на свойства стали влияют добавки серы и фосфора, увеличивающие ее хрупкость. Среди свойств сплавов наиболее важными для практического применения я вляются жаропрочность, коррозионная стойкость, механическая прочность и др. Для авиации большое значение имеют легкие сплавы на основе магния, т итана или алюминия, для металлообрабатывающей промышленности - специал ьные сплавы, содержащие вольфрам, кобальт, никель. В электронной технике применяют сплавы, основным компонентом которых является медь. Сверхмощ ные магниты удалось получить, используя продукты взаимодействия кобал ьта, самария и других редкоземельных элементов, а сверхпроводящие при ни зких температурах сплавы - на основе интерметаллидов, образуемых ниобие м с оловом и др. VI. Способы получения металлов. Огромное большинство металлов находится в природе в виде соединений с д ругими элементами. Только немногие металлы встречаются в свободном состоянии, и тогда они н азываются самородными. Золото и платина встречаются почти исключитель но в самородном виде, серебро и медь - отчасти в самородном виде; иногда по падаются также самородные ртуть, олово и некоторые другие металлы. Добывание золота и платины производится или посредством механического отделения их от той породы, в которой они заключены, например промывкой в оды, или путем извлечения их из породы различными реагентами с последующ им выделением металла из раствора. Все остальные металлы добываются хим ической переработкой их природных соединений. Минералы и горные породы, содержащие соединения металлов и пригодные дл я получения этих металлов заводским путем, носят название руд. Главными рудами являются оксиды, сульфиды и карбонаты металлов. Важнейший способ получения металлов из руд основан на восстановлении и х оксидов углем. Если, например, смешать красную медную руду (куприт) Cu 2 O с углем и подвергнуть сильному н акаливанию, то уголь, восстанавливая медь, превратится в оксид углерода (II), а медь выделится в расплавленном состоянии: Cu 2 O + C = 2Cu + CO Подобным же образом производится выплавка чугуна их железных руд, получ ение олова из оловянного камня SnO 2 и восстановление других металлов из оксидов. При переработке сернистых руд сначала переводят сернистые соединения в кислородные путем обжигания в особых печах, а затем уже восстанавливаю т полученные оксиды углем. Например: 2ZnS + 3O 2 = 2ZnO + 2SO 2 ZnO + C = Zn + CO В тех случаях, когда руда представляет собой соль угольной кислоты, ее мо жно непосредственно восстанавливать углем, как и оксиды, так как при наг ревании карбонаты распадаются на оксид металла и двуокись углерода. Нап ример: ZnCO 3 = ZnO + CO 2 Обычно руды, кроме химического соединения данно го металла, содержат еще много примесей в виде песка, глины, известняка, ко торые очень трудно плавятся. Чтобы облегчить выплавку металла, к руде пр имешивают различные вещества, образующие с примесями легкоплавкие сое динения - шлаки. Такие вещества называются флюсами. Если примесь состоит из известняка, то в качестве флюса употребляют песок, образующий с извес тняком силикат кальция. Наоборот, в случае большого количества песка флю сом служит известняк. Во многих рудах количество примесей (пустой породы) так велико, что непос редственная выплавка металлов из этих руд является экономически невыг одной. Такие руды предварительно “обогащают”, то есть удаляют из них час ть примесей. Особенно широким распространением пользуется флотационны й способ обогащения руд (флотация), основанный на различной смачиваемост и чистой руды и пустой породы. Техника флотационного способа очень проста и в основном сводится к след ующему. Руду, состоящую, например, из сернистого металла и силикатной пус той породы, тонко измельчают и заливают в больших чанах водой. К воде приб авляют какое-нибудь малополярное органическое вещество, способствующе е образованию устойчивой пены при взбалтывании воды, и небольшое количе ство специального реагента, так называемого “коллектора”, который хоро шо адсорбируется поверхностью флотируемого минерала и делает ее неспо собной смачиваться водой. После этого через смесь снизу пропускают силь ную струю воздуха, перемешивающую руду с водой и прибавленными вещества ми, причем пузырьки воздуха окружаются тонкими масляными пленками и обр азуют пену. В процессе перемешивания частицы флотируемого минерала пок рываются слоем адсорбированных молекул коллектора, прилипают к пузырь кам продуваемого воздуха, поднимаются вместе с ними кверху и остаются в пене; частицы же пустой породы, смачивающиеся водой, оседают на дно. Пену с обирают и отжимают, получая руду с значительно большим содержанием мета лла. Для восстановления некоторых металлов из их оксидов применяют вместо у гля водород, кремний, алюминий, магний и другие элементы. Процесс восстановления металла из его оксида с помощью другого металла называется металлотермией. Если, в частности, в качестве восстановителя применяется алюминий, то процесс носит название алюминотермии. Очень важным способом получения металлов является также электролиз. Не которые наиболее активные металлы получаются исключительно путем элек тролиза, так как все другие средства оказываются недостаточно энергичн ыми для восстановления их ионов. Спис ок использованной литературы. 1. “Основы общей хи мии”. Ю.Д.Третьяков, Ю.Г.Метлин. Москва “Просвещение” 1980 г. 2. “Общая химия”. Н.Л.Глинка. Издате льство “Химия”, Ленинградское отделение 1972 г. 3. “Отчего и как разрушаются метал лы”. С.А.Балезин. Москва “Просвещение” 1976 г. 4. “Пособие по химии для поступающ их в вузы”. Г.П.Хомченко. 1976 г. 5. “Книга для чтения по неорганиче ской химии”. Часть 2. Составитель В.А.Крицман. Москва “Просвещение” 1984 г. 6. “Химия и научно-т ехнический прогресс”. И.Н.Семенов, А.С.Максимов, А.А.Макаре ня. Москва “Просвещение” 1988г.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
С нынешнего года ежегодно, в соответствии с инфляцией, будет индексироваться пенсионный возраст.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru