Сергей Денисевич Грандмастер

Чем примечательны металлы?

В настоящее время человечеству известно 118 химических элементов, из них 94 металла и 24 неметалла. Рассчитано, что все вновь открываемые элементы также должны быть металлами. Следовательно, металлов в Периодической системе элементов подавляющее большинство.

Кроме железа, образующего вместе со сплавами группу черных металлов, остальные 84 относятся к цветным. Однако 84 элемента — это достаточно много для того, чтобы, в свою очередь, разделить цветные металлы на легкие, тяжелые, благородные, редкие, радиоактивные. Выделяют также группы щелочных, щелочноземельных, редкоземельных, переходных и др.

К металлам относятся все элементы с внешними d- и f- электронными оболочками, а также входящие в главные подгруппы с первой по четвертую группу Периодической системы. Что это означает? Да не забивайте себе этим голову. Считайте, что это магическое заклинание, в обыденной жизни совершенно не применимое. Как неприменимо многое из того, что мы годами учили. Например, формулы тригонометрии.

Что же касается таких элементов, как углерод, фосфор, мышьяк, сурьма, селен, теллур и др., то металлические свойства проявляют только некоторые их модификации. Причем устойчивость неметаллов в большой степени зависит от внешних условий, например, от давления. Доказано, что, применяя сверхвысокие давления, можно перевести в металлическое состояние любое вещество.

Сверхвысокие давления и сверхнизкие температуры, достижимые в наше время, позволяют настолько сильно влиять на вещество, что типичный диэлектрик становится проводником или даже сверхпроводником. Так в условиях сверхвысокого давления было зафиксировано появление сверхпроводимости даже у ксенона.

Кристаллическая решетка металлов состоит из положительно заряженного атомного остова, скрепленного связью металлического типа; вокруг и внутри него распределено «облако» делокализованных электронов, так называемый электронный газ. Такой характер химической связи обусловливает не только электропроводность, но и высокую теплопроводность металлов. Отвод тепла из областей с более высокой температурой в менее нагретые может осуществляться электронами вследствие их высокой подвижности.

В сверхчистых металлах при криогенных температурах длина свободного пробега электронов в десятки тысяч раз больше, чем у металлов технической чистоты. Это открывает возможность использовать принципиально новые физические эффекты. Поскольку в металлах количество электронов, которыми можно оперировать, т. е. ускорять, тормозить или изменять их траекторию, в миллионы раз больше, чем в полупроводниках, то ожидается, что переход электроники на новую материальную основу будет равнозначен скачку, который произошел в свое время при переходе от электронно-вакуумных устройств к полупроводниковым.

Ненаправленность межатомных связей и плотноупакованная кристаллическая структура металлов обусловливает их способность легко деформироваться под действием механических усилий, т. е. проявлять свойство пластичности.

Внедренные в структуру небольшие по размеру атомы являются препятствиями для перемещения линейных дефектов кристаллической структуры металлов — дислокаций, тем самым препятствуя механической деформации сплава. Эта особенность позволяет существенно повысить твердость сплавов. Более пластичны чистые металлы, поскольку в них слои атомов могут легче смещаться относительно друг друга. Тем не менее и они обладают существенной прочностью.

С химической точки зрения металлы, как правило, неустойчивы, легко окисляются при нагревании, вступают в химическое взаимодействие с неметаллами — углеродом, азотом, серой и др., а также образуют сплавы с другими металлами и неметаллами.

Но о сплавах мы поговорим позже.

Обновлено 4.08.2011
Статья размещена на сайте 1.08.2011

Комментарии (12):

Чтобы оставить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт

Войти через социальные сети:

  • Сергей Денисевич, О! Мне действительно не важна суть этого закона, потому что она известна всем, в первую очередь, таким химикам- дилетантам, т.е докам прикладной химии, коим вы являетесь. Смысл этого закона мне непонятен, т.е. мне хочется над ним размышлять, но я не знаю, с какой стороны к нему подобраться. Но что-то кто-то кому-то именно этим законом хотел сказать. Но уже не хочет. Я столько энергии приложила к тому, чтобы с вашей помощью его осмыслить, и вашего "прикосновения" хватило для того, чтобы мои намерения разрушить.Три кварка мистеру Марку! Во все остальном, как ни странно, но я с Вами согласна. ))

  • Хм. Изощренный вид издевательства. Otherwise я рада таким статьям на этом сайте. Мое мнение локальное -Рассчитано, что все вновь открываемые элементы также должны быть металлами- и направлено в другое русло -а стоит ли открывать их - эти новые радиоактивные элементы, время существования которых - миллионные доли секунды, и можно ли назвать это полноценным химическим элементом? Какой- то глобальный химический прикол или тупая инерция. Выделить новые элементы в отдельный ряд, подобно лантаноидам и актиноидам - гораздо более выгодный вариант?Сергей Денисевич, если вы сумеете ответить на вопрос - в чем смысл закона сохранения странности, тогда вы тут не напрасно и мне будет комфортнее от осознания вашего знания.))

    • Татьяна Чорна,
      Отвечаю по порядку:
      «Изощренный вид издевательства».
      Меньше всего я намерен над кем-то издеваться. Да еще изощренно. Я хочу сеять разумное, доброе, вечное. Простите, если не удалось.
      «Стоит ли открывать их - эти новые радиоактивные элементы
      А стоит ли устанавливать спортивные рекорды?
      Я пишу эти строки ранним утром 9 августа. Напомните мне, что произошло в Японии в этот день в 1945 году? Конечно, не стоило открывать плутоний только ради этого. А возьмите технеций. Искусственно созданный, радиоактивный, однако же, его применяют для диагностики заболеваний головного мозга, щитовидной железы и почек.
      «Время существования которых - миллионные доли секунды, и можно ли назвать это полноценным химическим элементом
      Ну, давайте будем называть их неполноценными химическими элементами, разве от этого что-либо изменится? Кстати, о времени жизни этих элементов. Да, у них короткий период полураспада, но это ПОЛУРАСПАД, и если их взять достаточно много, то и период жизни до полного распада будет достаточно большим. Да и потом среди них, вполне вероятно будут попадаться «островки стабильности».
      А теперь представьте себе нейтронную звезду. Это звезда, у которой под действием сил тяготения в ядре остались только нейтроны. Чем это не ядро атома, порядковый номер которого составляет не жалкие сотни или даже миллионы, а исчисляется гуголами (единица, после которой еще сотня нулей)? И такая звезда может существовать миллионы лет.
      «Выделить новые элементы в отдельный ряд, подобно лантаноидам и актиноидам - гораздо более выгодный вариант
      Чем выгодный? И что значит выделить? Разве их не выделяет сама природа, распределяя электроны по оболочкам?
      И, наконец, вопрос вопросов.
      «Сергей Денисевич, если вы сумеете ответить на вопрос - в чем смысл закона сохранения странности, тогда вы тут не напрасно и мне будет комфортнее от осознания вашего знания».
      Вот это вопрос! Даже Ломоносов пробормотал бы в ответ что-то вроде «Что от одного тела убудет, к другому присовокупится». Увы, я не корифей науки, и не могу корректно ответить на этот вопрос и обеспечить Ваш комфорт. Я не специалист по физике элементарных частиц. Я дилетант широкого профиля, никнэйм мой Писака. Я, если честно, графоман, пишу обо всем, что меня интересует, от технологии изготовления презервативов до покорения космоса. Но я четко знаю, что смысл закона в том, что он есть. Как есть смысл в законе тяготения, или законе прибавочной стоимости. Может быть, вы хотели спросить, в чем СУТЬ закона сохранения странности? Так она выражена словом «сохранения». А странность – математическая абстракция, число, описывающее определенное состояние элементарной частицы. Так вот в сильных взаимодействиях странность всегда сохраняется. Есть еще аромат, очарование, прелесть, истинность и даже краска – слова, описывающие поведение кварков, и не имеющие ничего общего с обыденными значениями этих слов. Вот только не пойму, как странность увязывается со свойствами металлов.
      Кстати, объема этого комментария хватило бы на полновесную статью.

  • читать дальше →

  • Для кого статья?

    Сергей Денисевич, "примечательность" металлов невозможно перечислить в беглой заметке. Уж лучше остановится на одном, напр., алюминии: его месте в обиходе и технике, о его бездумных и необратимых тратах. Или на ртути, которая тоже мелалл. Или на воде, которая что такое ?

    Оценка статьи: 3

    • Сергей Дмитриев, статья написана для тех, кто не знает, чем примечательны металлы. Заверяю, что вода в нормальных условиях - не металл. О ртути и алюминии написаны многие тома. С тем же успехом можно сосредоточится на гафнии, неодиме, литии и еще чуть ли не сотне металлов. Теперь о бездумных тратах: преимущественное количество добываемого железа уходит в стружку и станины станков для обработки того же железа. Что-то около 80 %.

  • Т.е., при повышенном давлении у неметаллов появляются d- f- оболочки?

    Оценка статьи: 5