Загальна характеристика металів. Фізичні властивості металів на основі їхньої будови.

У Періодичній системі хімічних елементів метали містяться у головних (А) і побічних (Б) групах.

Отже, до металічних належать усі елементи побічних підгруп, лантаноїди, актиноїди та елементи, що лежать у лівому нижньому куті періодичної таблиці, нижче діагоналі H−B−Si−As−Te−At.

Назви простих речовин металічних елементів, у переважній більшості співпадають з назвами елементів. Проте, є і виключення.

Назви металічних елементів і простих речовин, що не співпадають:

В електронній оболонці атомів металічних елементів на зовнішньому енергетичному рівні, як правило, міститься від 1 до 3 електронів. Виняток становлять лише метали IVА, VА і VIА групи, у яких на зовнішньому енергетичному рівні містяться, відповідно, чотири, п'ять або шість електронів.

Радіуси атомів металічних елементів є більшими, ніж у атомів неметалічних елементів того самого періоду. Завдяки віддаленості позитивно зарядженого ядра, атоми металічних елементів погано утримують свої валентні електрони (електрони зовнішнього енергетичного рівня).

Характер зміни радіусів атомів хімічних елементів у періодах і у групах. Радіуси атомів металічних елементів є набагато більшими, ніж радіуси атомів неметалічних елементів, що містяться у тому самому періоді.

Головна відмітна властивість металічних елементів — це їх порівняно невисока електронегативність (ЕН) у порівнянні з неметалічними елементами.

Величини відносних електронегативностей (ВЕН) деяких хімічних елементів (по Л. Полінгу). ВЕН металічних хімічних елементів (виділені чорним кольором) поступається відповідній величині неметалічних хімічних елементів.

Атоми металів, вступаючи у хімічні реакції, здатні лише віддавати електрони, тобто окиснюватися, отже в ході перетворень можуть проявляти себе виключно як відновники.

Поширення металів у природі

З 118 відомих на даний момент хімічних елементів 96 утворюють прості речовини з металічними властивостями, тому їх називають металічними елементами.

Металічні хімічні елементи в природі можуть зустрічатися як у вигляді простих речовин, так і у вигляді сполук. Те, в якому вигляді зустрічаються металічні елементи у природі, залежить від хімічної активності утворених ними металів.

Ряд активності металів

Металічні елементи, що утворюють хімічно активні метали (Li−Mg) у природі найчастіше зустрічаються у вигляді солей (хлоридів, флуоридів, сульфатів, ортофосфатів та інших).

Солі, утворені цими металічними елементами, є головною складовою частиною поширених у Земній корі мінералів і гірських порід.

У розчиненому вигляді солі Натрію, Кальцію і Магнію містяться у природних водах. Крім того, солі активних металів — важлива складова частина живих організмів. Наприклад, кальцій ортофосфат Ca₃(PO₄)₂ є головною мінеральної складовою частиною кісткової тканини.

Група металічних хімічних елементів, до якої входять метали середньої активності (Al−Pb) у природі найчастіше зустрічаються у вигляді оксидів і сульфідів.

Група металічних хімічних елементів, до якої входять хімічно неактивні метали (Cu−Au) у природі найчастіше зустрічаються у вигляді простих речовин.

Виняток становлять мідь і ртуть, які у природі зустрічаються також у вигляді хімічних сполук.

Загальні фізичні властивості металів

Метали — це прості речовини, утворені металічними хімічними елементами.

В металах існує особливий вид зв'язку — металічний хімічний зв'язок.

Металічний зв'язок — це хімічний зв'язок, що утворюється за рахунок притягування катіонів (позитивно заряджених йонів) металічних елементів і електронів, що вільно переміщюються (так званого «електронного газу»), заряджених негативно.

На малюнку зображено модель кристалічної ґратки металів: у вузлах кристалічної ґратки містяться як електрично нейтральні, так і позитивно заряджені катіони металічних елементів, а між ними вільно переміщаються негативно заряджені електрони (електронний газ).

За рахунок наявності у кристалах електронів, що вільно рухаються, для більшості металів характерні загальні фізичні властивості: особливий металічний блиск, висока електропровідність і теплопровідність, пластичність, ковкість, тощо.

Загальні фізичні властивості металів

Агрегатний стан і колір металів

• За звичайних умов усі метали (за винятком ртуті, її температура плавлення −39°C) є твердими речовинами;

• здатність металів відбивати падаюче на них світло є причиною наявності у них особливого металічного блиску;

• метали не мають запаху;

• більшість металів мають сріблясто-білий або сріблясто-сірий колір. Винятком є мідь (червоного кольору) і золото (жовтого кольору).

У техніці метали прийнято поділяти на чорні і кольорові. Як правило, до чорних металів належать залізо та його сплави, а до кольорових — усі інші метали.

Електро- і теплопровідність

Метали добре проводять тепло. Усі метали добре проводять електричний струм, що обумовлено наявністю у кристалічній ґратці електронів, які здатні вільно переміщатися. Дуже добре проводять електричний струм золото Au, мідь Cu і срібло Ag.

Пластичність

Метали у більшості своїй є пластичними. Їх можна кувати, витягувати у дріт і пресувати. Винятком є стибій Sb і вісмут Bi, вони крихкі і від удару розсипаються.

Температура плавлення
Температура плавлення металів змінюється у широкому інтервалі: від −39°C у ртуті до 3420°C у вольфраму. За температурою плавлення метали умовно поділяють на:

• легкоплавкі (температура плавлення до 1000°C)

• середньоплавкі (температура плавлення від 1000°C до 1600°C)

• тугоплавкі (температура плавлення вище 1600°C).

Густина

Густина різних металів також коливається у порівняно широких межах: від 0,53 г/см³ у літію до 22,61 г/см³ у осмію.

За густиною метали прийнято поділяти на легкі (густина менше 5 г/см³) і важкі(густина більше 5 г/см³).

Дайте відповіді на запитання:

1. Які елементи періодичної системи належать до металічних?

2. Які особливості радіусів атомів металічних елементів?

3. Розташуйте елементи за рядом активності металів: Ca,Mn,Li,Pt,Cr,Ba,Cu,Fe,Ag,Zn,K,Ni,Na, Sn,Pb,Mg,Hg,Al,Au.

4. Коротко запишіть фізичні властивості металів

Виконайте інтерактивні вправи