Metallid. Kõige plastilisem metall? Millised on kõige tempermalmist metallid

Metallid (ladina keelest metallum - kaevandus, kaevandus) on rühm elemente lihtsate ainete kujul, millel on iseloomulikud metallilised omadused, nagu kõrge soojus- ja elektrijuhtivus, positiivne temperatuuritakistustegur, kõrge elastsus ja metalliline läige.

Seni avastatud 118 keemilisest elemendist (mitte kõik pole ametlikult tunnustatud) on metallid:

6 elementi leelismetallide rühmas,
6 leelismuldmetallide rühmas,
38 siirdemetallide rühmas,
11 kergmetallide rühmas,
7 poolmetallide rühmas,
14 rühmas lantaniidid + lantaan,
14 aktiniidide rühmas (kõikide elementide füüsikalisi omadusi pole uuritud) + aktiinium,
väljaspool teatud rühmi berüllium ja magneesium.

Seega võib 96 kõigist avastatud elementidest olla metallid.

Astrofüüsikas võib terminil "metall" olla erinev tähendus ja see tähistab kõiki heeliumist raskemaid keemilisi elemente

Metallide iseloomulikud omadused

Metalliline läige (iseloomulik mitte ainult metallidele: seda on ka mittemetallidel, joodil ja süsinikul grafiidi kujul)
Hea elektrijuhtivus
Lihtsa töötlemise võimalus
Suur tihedus (tavaliselt on metallid raskemad kui mittemetallid)
Kõrge sulamistemperatuur (erandid: elavhõbe, gallium ja leelismetallid)
Suurepärane soojusjuhtivus
Need on enamasti reaktsioonides redutseerijad.

Metallide füüsikalised omadused

Kõik metallid (välja arvatud elavhõbe ja tinglikult ka frantsium) on tavatingimustes tahkes olekus, kuid neil on erinev kõvadus. Allpool on toodud mõnede metallide kõvadus Mohsi skaalal.

Sulamispunktid puhtad metallid on vahemikus –39 °C (elavhõbe) kuni 3410 °C (volfram). Enamik metalle (v.a leelised) on kõrge sulamistemperatuuriga, kuid mõningaid "tavalisi" metalle, nagu tina ja plii, saab sulatada tavalisel elektri- või gaasipliidil.

Sõltuvalt sellest, tihedus, metallid jagunevad kergeteks (tihedus 0,53 ÷ 5 g/cm³) ja rasketeks (5 ÷ 22,5 g/cm³). Kergeim metall on liitium (tihedus 0,53 g/cm³). Raskeimat metalli on praegu võimatu nimetada, kuna kahe raskeima metalli osmiumi ja iriidiumi tihedused on peaaegu võrdsed (umbes 22,6 g/cm³ - täpselt kaks korda plii tihedust) ja nende täpse tiheduse arvutamine on äärmiselt keeruline: selleks peate metallid täielikult puhastama, sest kõik lisandid vähendavad nende tihedust.

Enamik metalle plastist, see tähendab, et metalltraati saab painutada ilma purunemata. See ilmneb metalliaatomite kihtide nihkumise tõttu ilma nendevahelist sidet katkestamata. Kõige elastsemad on kuld, hõbe ja vask. Kullast saab valmistada 0,003 mm paksust fooliumit, mida kasutatakse toodete kullastamiseks. Kuid mitte kõik metallid ei ole plastilised. Tsingist või tinast valmistatud traat krõmpsub painutamisel; Deformeerumisel mangaan ja vismut peaaegu üldse ei paindu, vaid lähevad kohe katki. Plastilisus sõltub ka metalli puhtusest; Seega on väga puhas kroom väga plastiline, kuid isegi väiksemate lisanditega saastunud muutub see rabedaks ja kõvemaks. Mõned metallid, nagu kuld, hõbe, plii, alumiinium, osmium, võivad koos kasvada, kuid selleks võib kuluda aastakümneid.

Kõik metallid on head juhtida elektrivoolu; see on tingitud mobiilsete elektronide olemasolust nende kristallvõredes, mis liiguvad elektrivälja mõjul. Hõbeda, vase ja alumiiniumi elektrijuhtivus on kõrgeim; sel põhjusel kasutatakse traadimaterjalina kõige sagedamini kahte viimast metalli. Naatriumil on ka väga kõrge elektrijuhtivus, katseseadmetes on teadaolevalt katsetatud kasutada naatriumijuhte õhukeseseinaliste roostevabast terasest torude kujul, mis on täidetud naatriumiga. Naatriumi väikese erikaalu ja võrdse takistusega naatriumi "traadid" on palju kergemad kui vask ja isegi mõnevõrra kergemad kui alumiinium.

Metallide kõrge soojusjuhtivus sõltub ka vabade elektronide liikuvusest. Seetõttu on soojusjuhtivuse jada sarnane elektrijuhtivuse jadaga ning parim soojusjuhtivuse, aga ka elektrijuht, on hõbe. Naatrium leiab kasutust ka hea soojusjuhina; Näiteks on laialt teada, et naatriumi kasutatakse automootorite ventiilides nende jahutamise parandamiseks.

Värv Enamik metalle on ligikaudu ühesugused - helehallid sinaka varjundiga. Kuld, vask ja tseesium on vastavalt kollane, punane ja helekollane.

Metallide keemilised omadused

Välisel elektroonilisel tasandil on enamikul metallidel väike arv elektrone (1-3), nii et enamikes reaktsioonides toimivad nad redutseerivate ainetena (st nad "annetavad" oma elektrone).

Reaktsioonid lihtsate ainetega

Kõik metallid peale kulla ja plaatina reageerivad hapnikuga. Reaktsioon hõbedaga toimub kõrgel temperatuuril, kuid hõbe(II)oksiidi praktiliselt ei moodustu, kuna see on termiliselt ebastabiilne. Sõltuvalt metallist võib väljund sisaldada oksiide, peroksiide ja superoksiide:

liitiumoksiid

naatriumperoksiid

kaalium superoksiid

Peroksiidist oksiidi saamiseks redutseeritakse peroksiid metalliga:

Keskmise ja madala aktiivsusega metallide korral toimub reaktsioon kuumutamisel:

Lämmastikuga reageerivad ainult kõige aktiivsemad metallid, toatemperatuuril reageerib ainult liitium, moodustades nitriide:

Kuumutamisel:

Kõik metallid peale kulla ja plaatina reageerivad väävliga:

Raud reageerib kuumutamisel väävliga, moodustades sulfiidi:

Vesinikuga reageerivad ainult kõige aktiivsemad metallid, see tähendab rühmade IA ja IIA metallid, välja arvatud Be. Kuumutamisel tekivad reaktsioonid ja tekivad hüdriidid. Reaktsioonides toimib metall redutseerijana, vesiniku oksüdatsiooniaste on −1:

Süsinikuga reageerivad ainult kõige aktiivsemad metallid. Sel juhul moodustuvad atsetüleniidid või metaniidid. Veega reageerides annavad atsetüleniidid atsetüleeni, metaniidid metaani.

Plastilisus on metalli võime plastiliselt deformeeruda ilma välisjõudude mõjul kokku varisemata. See on metalli üks olulisi mehaanilisi omadusi, mis koos suure tugevusega muudab selle peamiseks konstruktsioonimaterjaliks. Plastilisuse määramiseks pole vaja näidiseid ega seadmeid. Plastilisuse näitajad (karakteristikud) - suhteline pikenemine (delta) ja ahenemine
(xi).

Suhteline pikenemine nimetatakse absoluutse pikenemise suhteks, st proovi arvutatud pikkuse juurdekasvuks pärast purunemist
, algse disaini pikkuseni , mm, väljendatuna protsentides:

%, (2)

Kus – proovi pikkus pärast rebenemist, mm.

Suhteline ahenemine
nimetatakse absoluutseks kokkutõmbumissuhteks, st proovi ristlõikepinna vähenemiseks pärast rebenemist
, selle algse ristlõikepinnani mm 2, väljendatuna protsentides:

%, (3)

Kus – proovi ristlõikepindala pärast rebenemist, mm 2 .

Metallide kõvadus

Kõvadus on metalli omadus seista vastu teise kõvema keha sissetungimisele. Kõvaduse määramiseks pole spetsiaalsete näidiste valmistamine vajalik, katsed viiakse läbi ilma metalli hävitamata.

Metalli kõvadus määratakse otseste ja kaudsete meetoditega: süvendamine, kriimustus, elastne tagasilöök, magnetiline.

Otseste meetoditega pressitakse metalli sisse mitmesuguse kujuga (kuul, koonus, püramiid) kõva ots (tisenter), mis on valmistatud karastatud terasest, teemandist või kõvasulamist. Pärast taandri koormuse eemaldamist jääb metalli jäljend, mis iseloomustab kõvadust.

Brinelli meetod. Metalli tasasele pinnale surutakse 10 mm läbimõõduga karastatud teraskuul (joonis 2). Pärast koormuse eemaldamist jääb metalli jäljend (auk). Trüki läbimõõt d mõõdetakse spetsiaalse mikroskoobiga 0,05 mm täpsusega. Praktikas kasutatakse spetsiaalset tabelit, milles taande d läbimõõt vastab teatud kõvadusarvule HB.

Palli läbimõõt D ja laadige P määrata sõltuvalt testitava metalli kõvadusest ja paksusest. Näiteks terase ja malmi puhul koormus R= 3000 kg; D= 10 mm. Tehniliselt puhta raua kõvadus Brinelli järgi on 80 - 90 ühikut.

a – Brinelli järgi; b – Rockwelli järgi

Joonis 2 – kõvaduse testi skeem

Brinelli meetodit ei soovitata kasutada metallide puhul, mille kõvadus on suurem kui HB 450, kuna kuul võib deformeeruda ja tulemuseks on moonutatud tulemus. Seda meetodit kasutatakse peamiselt toorikute ja karastamata metallist pooltoodete kõvaduse mõõtmiseks.

Rockwelli meetod. Kõvaduse määrab süvendi sügavus. Sisend on pehmete metallide puhul 1,58 mm läbimõõduga karastatud teraskuul või kõvade ja ülikõvade (üle HRC 70) metallide puhul teemantkoonus, mille tipunurk on 120º (joonis 2, b).

Pall ja koonus surutakse metalli sisse kahe koormuse - eel- ja põhikoormuse mõjul. Kogukoormus võrdub nende summaga. Eelkoormus eeldatakse olevat kõigi metallide puhul (10 kg) sama. Enne testi alustamist seatakse kõvadusmõõdiku suur nool indikaatori skaalal väärtusele "0" ja seejärel lülitatakse põhikoormus sisse - suur nool liigub mööda indikaatori skaalat ja näitab kõvaduse väärtust.

Teraskuuli vajutamisel on koormus 100 kg, kõvadust mõõdetakse indikaatori sisemise (punase) skaala abil, kõvadust tähistatakse HRB-ga. Teemantkoonuse vajutamisel määratakse kõvadus indikaatori välimisel (mustal) skaalal oleva noole näidu järgi. Kõvametallide puhul on põhikoormus 150 kg. See on peamine meetod karastatud teraste kõvaduse mõõtmiseks. Kõvaduse tähis - HRC.

Väga kõvade ja õhukeste materjalide puhul eeldatakse, et koormus on 60 kg. Kõvaduse tähis – HRA.

Rockwelli kõvaduse meetod võimaldab testida pehmeid ja kõvasid metalle, samas kui kuuli või koonuse jäljed on väga väikesed, seega saab selle meetodiga mõõta ka valmis detailide kõvadust. Katsepind peab olema poleeritud. Mõõtmised tehakse kiiresti (30 - 60 s jooksul), arvutusi pole vaja, kuna kõvaduse väärtust loetakse kõvaduse testeri indikaatori skaalal.

Vickersi meetod. 5, 10, 20, 30, 50 või 100 kg koormuse all pressitakse katsepinnale (lihvitud või poleeritud) tetraeedriline teemantpüramiid. Metalli on jäetud ruudukujuline jäljend. Spetsiaalse kõvaduse testermikroskoobi abil mõõdetakse trükise diagonaali (joonis 3).

Joonis 3 - Vickersi kõvaduse testi skeem

Teades püramiidi koormust ja jäljendi diagonaali, määratakse tabelite järgi metalli kõvadus HV.

Meetod on universaalne. Selle abil saab määrata väikese paksusega osade ja kõrge kõvadusega õhukeste pinnakihtide kõvadust (pärast nitridimist, nitrotsimentatsiooni jne.) Mida õhem metall, seda väiksem peaks olema koormus püramiidile, kuid suure koormuse korral tulemus on täpsem.

Enne kui saate teada, milline perioodilisuse tabeli element on saanud "kõige plastilisema metalli" tiitli, peate selgelt mõistma, mis on plastilisus. See on üks metalli struktuuriga seotud füüsikalisi omadusi.

Plastilisus on võime omandada uus kuju, põhjustamata ioonsidemete katkemist. Praktikas on plastilisuse tulemuseks hea tempermalmistavus, tänu millele saab metalle kasutada tööstuses, meditsiinis, elektrotehnikas ja kodumajapidamises. Perioodilise tabeli 126 elemendist on kuld tunnistatud kõige plastilisemaks metalliks. Tänu tänapäeva tehnoloogiatele saab selle välja tõmmata kõige peenemasse niidisse, mida inimsilm ei näe.

Metalli omadused

Miks seavad ehtevalmistajad ja -parandajad kulla esikohale? Esiteks on selle põhjuseks suurepärane elastsus: 1 grammist metallist saab tõmmata kuni 3 kilomeetri pikkuse traadi, kullakangid sepistatakse lehtedeks, mille paksust mõõdetakse kümnetuhandikes millimeetrites. Selle kullaga on kaetud templite kuplid, seda nimetatakse lehtedeks. Tundub üsna huvitav: valguse käes annab see sinakasrohelise varjundi.

Puhas kuld võib lahustuda aqua regias. Nii nimetatakse kahe kontsentreeritud happe – lämmastik- ja vesinikkloriidhappe – segu. Tabelis on kõige plastilisem metall number 79, sulamistemperatuur 1064 °C, tihedus 19,32 g/cm3. Soojusjuhtivuse ja elektritakistuse poolest on kuld hõbeda ja vase järel teisel kohal.

Kuld puhtal kujul on liiga pehme, seetõttu valmistatakse ehteid tavaliselt sulamitest. Kõige sagedamini lisatakse kullale hõbedat või vaske. Kas olete kunagi mõelnud, mida tähendab "test" ehete puhul? See on puhta kulla sisaldus promillides. 999 puhtust peetakse puhtaks kullaks.

Rakendus

Kulda on pikka aega kasutatud investeerimisobjektina, lisaks on see leidnud aktiivset kasutust juveelitööstuses.

Paljudes riikides kasutati kuldmünte rahana. Sellest hoolimata tunnistati see maailma valuutaks alles 19. sajandil. 1922. aastal ilmusid Venemaal ringlusse kullasisaldusega pangatähed, mida kutsuti tšervonetsideks. Üks pangatäht võrdus 10 vana mündi kuldrublaga.

Kuld on ehete valmistamisel kõige levinum materjal. Mida kõrgem on kulla puhtusaste, seda parem on materjali korrosioonikindlus, hõbe ja vask annavad tootele tugevuse ja erinevad värvitoonid.

Plastilisus mõõdab metalli võimet taluda tõmbepinget – mis tahes jõudu, mis tõmbab materjali kaks otsa üksteisest eemale. Köievedu on hea näide köiele rakendatud tõmbetugevusest. Plastilisus on sellistest deformatsioonidest tulenev plastiline deformatsioon. Mõiste "plastiline" tähendab sõna-sõnalt, et metallist ainet on võimalik venitada õhukeseks traadiks ja see ei muutu protsessi käigus nõrgemaks ega rabedaks.

Suure või madala elastsusega metallid

Suure elastsusega metalle, näiteks vaske, saab tõmmata pikkadeks õhukesteks juhtmeteks, ilma et need puruneksid. Vask on ajalooliselt olnud suurepärane elektrijuht, kuid metall võib juhtida peaaegu kõike. Madala elastsusega metallid, näiteks vismut, purunevad selle asemel, kui neile avaldatakse tõmbepinget.

Tugevus ja painduvus

Seevastu tempermalmistus mõõdab metalli võimet taluda survet, nagu löök, valtsimine või ekstrusioon. Kuigi need kaks mõistet võivad pealtnäha sarnased tunduda, ei ole plastilised metallid tingimata tempermalmist. Levinud näide nende kahe omaduse erinevusest on plii, mis on oma kristalse struktuuri tõttu hästi tempermalmist, kuid mitte eriti plastiline. Metallide kristallstruktuur määrab, kuidas need pinge all deformeeruvad.

Aatomiosakesed, mis metalli matistavad, võivad pinge all deformeeruda, kas libisevad üksteisest üle või tõmmatakse üksteisest lahku.

Plastilisemate metallide kristallstruktuur võimaldab metalli aatomitel veelgi venida, seda protsessi nimetatakse "mestimiseks". Plastilisemad metallid on need, mis on kergemini lähedased, samuti deformeeruvad kergemini muus suunas.

Temperatuuri mõju

Metallide plastilisus on samuti seotud temperatuuriga.

Metallide kuumutamisel muutuvad need tavaliselt vähem rabedaks, mille tulemuseks on plastiline deformatsioon. Teisisõnu, enamik metalle muutub kuumutamisel plastilisemaks ja neid on lihtsam juhtmeteks tõmmata, ilma et need puruneksid. Sertifikaat on erand sellest reeglist, kuna see muutub kuumenedes rabedamaks.

Millised on kõige paremini tempermalmist metallid?

Kuigi metallide plastilisust on raske võrrelda, peetakse kulda ja plaatinat kõige elastsemaks. Väidetavalt saab kulda nii kaunilt juhtmeteks tõmmata, et üks unts metalli võib ulatuda kuni viiekümne miilini.

kõige plastilisem metall?

Indium
alumiiniumist
Leelismetallid on kõige plastilisemad.
Naatrium. Võid selle noaga ära lõigata ja pudeliga fooliumiks rullida.
See, millest on valmistatud rakettide ninakate.
Kuldne.
Ja ka bobbit ja plii (pärast kulda). Kuld on kantud Guinnessi rekordite raamatusse kui üks plastilisemaid metalle.
1g ainest saab kullast teha 2,4 km pikkuse noolemängu
kõik oleneb temperatuurist.
Elavhõbe, kuigi see on tavatingimustes
vedel, ei saa ülikõrgete tõttu vaevalt plastiliseks nimetada
pindpinevustegur)), kuid see on naljale lähemal.
Plastmaterjal ei ole see, mis ei vedru, vaid see, mis
mis ei läbi rebendeid ja millel on pöördumatu voolavus. Seetõttu on läbipaistvaks leheks rullitav kuld üks plastilisemaid ja selle keemiline neutraalsus võimaldab sellel pikka aega tervena püsida.
Kulla plastilisus avaldub ka selles, et see võib tahkel kujul koos pliiga hajuda. Kaks pikka aega surve all üksteise peale asetatud plaati tungivad üksteisesse ja kasvavad kokku.