Metalai. Pats plastiškiausias metalas? Kokie metalai yra labiausiai kali

Metalai (iš lot. metalum - kasykla, kasykla) yra elementų grupė paprastų medžiagų pavidalu, pasižyminčių būdingomis metalinėmis savybėmis, tokiomis kaip didelis šilumos ir elektros laidumas, teigiamas atsparumo temperatūros koeficientas, didelis plastiškumas ir metalinis blizgesys.

Iš 118 iki šiol atrastų cheminių elementų (ne visi jie yra oficialiai pripažinti), metalai apima:

• 6 elementai šarminių metalų grupėje,
• 6 šarminių žemių metalų grupėje,
• 38 pereinamųjų metalų grupėje,
• 11 lengvųjų metalų grupėje,
• 7 pusmetalų grupėje,
• 14 grupėje lantanidai + lantanas,
• 14 grupėje aktinidai (ne visų elementų fizinės savybės buvo ištirtos) + aktinis,
• už tam tikrų grupių berilio ir magnio.

Taigi 96 iš visų atrastų elementų gali būti metalai.

Astrofizikoje terminas „metalas“ gali turėti skirtingą reikšmę ir žymėti visus cheminius elementus, sunkesnius už helią.

Būdingos metalų savybės

1. Metalinis blizgesys (būdingas ne tik metalams: jį turi ir nemetalai jodas bei anglis grafito pavidalu)
2. Geras elektros laidumas
3. Lengvo apdirbimo galimybė
4. Didelis tankis (paprastai metalai yra sunkesni nei nemetalai)
5. Aukšta lydymosi temperatūra (išimtys: gyvsidabris, galis ir šarminiai metalai)
6. Puikus šilumos laidumas
7. Dažniausiai jie yra reakcijų reduktorius.

Fizinės metalų savybės

Visi metalai (išskyrus gyvsidabrį ir sąlyginai francį) normaliomis sąlygomis yra kietos būsenos, tačiau turi skirtingą kietumą. Žemiau pateikiamas kai kurių metalų kietumas pagal Moso skalę.

Lydymosi taškai grynų metalų temperatūra svyruoja nuo –39 °C (gyvsidabris) iki 3410 °C (volframas). Dauguma metalų (išskyrus šarmus) turi aukštą lydymosi temperatūrą, tačiau kai kurie „įprasti“ metalai, tokie kaip alavas ir švinas, gali būti išlydyti ant įprastos elektrinės ar dujinės viryklės.

Priklausomai nuo tankis, metalai skirstomi į lengvuosius (tankis 0,53 ÷ 5 g/cm³) ir sunkiuosius (5 ÷ 22,5 g/cm³). Lengviausias metalas yra litis (tankis 0,53 g/cm³). Šiuo metu neįmanoma įvardinti sunkiausio metalo, nes osmio ir iridžio – dviejų sunkiausių metalų – tankiai yra beveik vienodi (apie 22,6 g/cm³ – lygiai du kartus didesnis už švino tankį), o tiksliai apskaičiuoti jų tankį yra labai sunku: tam reikia visiškai išvalyti metalus, nes bet kokios priemaišos sumažina jų tankį.

Dauguma metalų plastmasinis, tai yra, metalinę vielą galima sulenkti nesulaužant. Taip atsitinka dėl metalo atomų sluoksnių poslinkio, nenutrūkstant tarp jų esančio ryšio. Patvariausi yra auksas, sidabras ir varis. Iš aukso galima pagaminti 0,003 mm storio foliją, kuri naudojama gaminiams auksuoti. Tačiau ne visi metalai yra plastiški. Iš cinko arba alavo pagaminta viela traška lenkiant; Deformuojantis manganas ir bismutas beveik nesilanksto, bet iškart lūžta. Plastiškumas priklauso ir nuo metalo grynumo; Taigi, labai grynas chromas yra labai plastiškas, tačiau užterštas net ir nedidelėmis priemaišomis tampa trapus ir kietesnis. Kai kurie metalai, tokie kaip auksas, sidabras, švinas, aliuminis, osmis, gali augti kartu, tačiau tai gali užtrukti dešimtmečius.

Visi metalai geri pravesti elektros srovę; taip yra dėl to, kad jų kristalinėse gardelėse yra judrių elektronų, judančių veikiant elektriniam laukui. Sidabras, varis ir aliuminis pasižymi didžiausiu elektros laidumu; dėl šios priežasties pastarieji du metalai dažniausiai naudojami kaip vielos medžiagos. Natris taip pat turi labai didelį elektros laidumą; eksperimentinėje įrangoje bandoma naudoti natrio laidininkus plonasienių nerūdijančio plieno vamzdžių, užpildytų natriu, pavidalu. Dėl mažo natrio savitojo svorio, vienodo atsparumo, natrio „laidai“ yra daug lengvesni už varį ir net šiek tiek lengvesni už aliuminį.

Didelis metalų šilumos laidumas priklauso ir nuo laisvųjų elektronų mobilumo. Todėl šilumos laidumo serija yra panaši į elektros laidumo seriją, o geriausias šilumos, taip pat elektros laidininkas yra sidabras. Natris taip pat naudojamas kaip geras šilumos laidininkas; Pavyzdžiui, plačiai žinoma, kad natris naudojamas automobilių variklių vožtuvuose, siekiant pagerinti jų aušinimą.

Spalva Dauguma metalų yra maždaug vienodi – šviesiai pilki su melsvu atspalviu. Auksas, varis ir cezis yra atitinkamai geltoni, raudoni ir šviesiai geltoni.

Cheminės metalų savybės

Išoriniame elektroniniame lygmenyje dauguma metalų turi nedidelį elektronų skaičių (1–3), todėl daugumoje reakcijų jie veikia kaip reduktoriai (ty „dovanoja“ savo elektronus).

Reakcijos su paprastomis medžiagomis

• Visi metalai, išskyrus auksą ir platiną, reaguoja su deguonimi. Reakcija su sidabru vyksta aukštoje temperatūroje, tačiau sidabro (II) oksidas praktiškai nesusidaro, nes yra termiškai nestabilus. Priklausomai nuo metalo, išvestis gali apimti oksidus, peroksidus ir superoksidus:

ličio oksidas

natrio peroksidas

kalio superoksidas

Norint gauti oksidą iš peroksido, peroksidas redukuojamas metalu:

Su vidutinio ir mažo aktyvumo metalais reakcija vyksta kaitinant:

• Su azotu reaguoja tik patys aktyviausi metalai, kambario temperatūroje reaguoja tik litis, sudarydamas nitridus:

Kai šildomas:

• Visi metalai, išskyrus auksą ir platiną, reaguoja su siera:

Kaitinant geležis reaguoja su siera, sudarydama sulfidą:

• Su vandeniliu reaguoja tik patys aktyviausi metalai, tai yra IA ir IIA grupių metalai, išskyrus Be. Kaitinant vyksta reakcijos ir susidaro hidridai. Reakcijų metu metalas veikia kaip reduktorius, vandenilio oksidacijos būsena –1:

• Su anglimi reaguoja tik patys aktyviausi metalai. Tokiu atveju susidaro acetilenidai arba metanidai. Reaguodami su vandeniu acetilenidai duoda acetileną, metanidai metaną.

Plastiškumas – tai metalo gebėjimas plastiškai deformuotis nesugriuvus veikiant išorinėms jėgoms. Tai viena iš svarbių mechaninių metalo savybių, dėl kurių kartu su dideliu stiprumu jis tampa pagrindine konstrukcine medžiaga. Tamsumui nustatyti nereikia mėginių ar įrangos. Plastiškumo rodikliai (charakteristikos) – santykinis pailgėjimas (delta) ir susiaurėjimas
(xi).

Santykinis pailgėjimas vadinamas absoliutaus pailgėjimo santykiu, t. y. apskaičiuoto bandinio ilgio padidėjimu po plyšimo
, iki pradinio projektinio ilgio , mm, išreikštas procentais:

%, (2)

Kur – mėginio ilgis po plyšimo, mm.

Santykinis susiaurėjimas
vadinamas absoliučiu susitraukimo santykiu, ty mėginio skerspjūvio ploto sumažėjimu po plyšimo
, iki pradinio skerspjūvio ploto mm 2, išreikštas procentais:

%, (3)

Kur – bandinio skerspjūvio plotas po plyšimo, mm 2 .

Metalų kietumas

Kietumas – tai metalo savybė atsispirti kito kietesnio kūno įsiskverbimui į jį. Norint nustatyti kietumą, nereikia gaminti specialių pavyzdžių, bandymai atliekami nesunaikinant metalo.

Metalo kietumas nustatomas tiesioginiais ir netiesioginiais metodais: įdubimu, braižymu, elastine atatranka, magnetiniu.

Tiesioginiais metodais į metalą įspaudžiamas įvairių formų (rutulio, kūgio, piramidės) kietas antgalis (indenteris), pagamintas iš grūdinto plieno, deimanto ar kietojo lydinio. Pašalinus įdubos apkrovą, metale lieka įspaudas, apibūdinantis kietumą.

Brinelio metodas. Į plokščią metalo paviršių įspaudžiamas 10 mm skersmens grūdintas plieninis rutulys (2 pav.). Nuėmus krovinį, metale lieka įspaudas (skylė). Atspaudo skersmuo d matuojamas specialiu mikroskopu 0,05 mm tikslumu. Praktikoje naudojama speciali lentelė, kurioje įdubos skersmuo d atitinka tam tikrą kietumo skaičių HB.

Rutulio skersmuo D ir pakrauti P nustatyti priklausomai nuo bandomojo metalo kietumo ir storio. Pavyzdžiui, plieno ir ketaus apkrova R= 3000 kg; D= 10 mm. Techniškai grynos geležies kietumas pagal Brinell yra 80 - 90 vienetų.

a – pagal Brinellą; b – pagal Rokvelį

2 pav. – Kietumo bandymo schema

Brinelio metodas nerekomenduojamas metalams, kurių kietumas didesnis nei HB 450, nes rutulys gali deformuotis ir rezultatas bus iškreiptas. Šis metodas daugiausia naudojamas ruošinių ir pusgaminių, pagamintų iš nesugrūdinto metalo, kietumui matuoti.

Rokvelo metodas. Kietumas nustatomas pagal įdubimo gylį. Indenter yra grūdinto plieno rutulys, kurio skersmuo yra 1,58 mm minkštiems metalams arba deimantinis kūgis, kurio viršūnės kampas yra 120º kietiems ir ypač kietiems (daugiau nei HRC 70) metalams (2 pav., b).

Rutulys ir kūgis įspaudžiami į metalą, veikiant dviem apkrovoms - preliminariu ir pagrindiniu. Bendra apkrova lygi jų sumai. Manoma, kad visų metalų išankstinė apkrova yra vienoda (10 kg). Prieš pradedant bandymą, didelė kietumo matuoklio rodyklė indikatoriaus skalėje nustatoma į „0“, o tada įjungiama pagrindinė apkrova - didelė rodyklė juda išilgai indikatoriaus skalės ir rodo kietumo vertę.

Spaudžiant plieninį rutulį, apkrova yra 100 kg, kietumas matuojamas naudojant indikatoriaus vidinę (raudoną) skalę, kietumas žymimas HRB. Paspaudus deimantinį kūgį, kietumas nustatomas pagal rodyklės rodmenis išorinėje (juodoje) indikatoriaus skalėje. Kietmetalams pagrindinė apkrova yra 150 kg. Tai yra pagrindinis grūdinto plieno kietumo matavimo metodas. Kietumo žymėjimas – HRC.

Labai kietoms ir plonoms medžiagoms apkrova laikoma 60 kg. Kietumo žymėjimas – HRA.

Rockwell kietumo metodas leidžia išbandyti minkštus ir kietus metalus, o rutulio ar kūgio žymės yra labai mažos, todėl šiuo metodu galima išmatuoti ir gatavų detalių kietumą. Bandomasis paviršius turi būti poliruotas. Matavimai atliekami greitai (per 30 - 60 s), nereikia jokių skaičiavimų, nes kietumo reikšmė skaitoma kietumo matuoklio indikatoriaus skalėje.

Vickers metodas. Tetraedrinė deimantinė piramidė įspaudžiama į bandomąjį paviršių (šlifuota arba poliruota), veikiant 5, 10, 20, 30, 50 arba 100 kg. Metale paliktas kvadratinis įspaudas. Specialiu kietumo tikrinimo mikroskopu išmatuojama atspaudo įstrižainė (3 pav.).

Žinant piramidės apkrovą ir atspaudo įstrižainę, metalo HV kietumas nustatomas iš lentelių.

Metodas yra universalus. Juo galima nustatyti mažo storio dalių ir plonų didelio kietumo paviršinių sluoksnių kietumą (po nitridavimo, nitrocimentacijos ir pan.) Kuo plonesnis metalas, tuo mažesnė piramidės apkrova, bet esant didelei apkrovai. rezultatas tikslesnis.

Prieš išsiaiškindami, kuriam periodinės lentelės elementui suteiktas „plastiškiausio metalo“ titulas, turite aiškiai suprasti, kas yra plastiškumas. Tai viena iš fizinių savybių, susijusių su metalo struktūra.

Plastiškumas – tai gebėjimas įgauti naują formą, nenutrūkstant joninėms jungtims. Praktiškai plastiškumo rezultatas yra geras kaliumas, dėl kurio metalai gali būti naudojami pramonėje, medicinoje, elektrotechnikoje ir buityje. Iš 126 periodinės lentelės elementų auksas yra pripažintas plastiškiausiu metalu. Šiandieninių technologijų dėka jį galima ištraukti į patį ploniausią siūlą, kurio žmogaus akis nepamatys.

Metalo savybės

Kodėl papuošalų gamintojai ir taisytojai pirmenybę teikia auksui? Pirmiausia tai lemia puikus plastiškumas: iš 1 gramo metalo galima nutempti iki 3 kilometrų ilgio vielą, iš aukso luitų kalti lakštai, kurių storis matuojamas dešimtosiomis tūkstantosiomis milimetro dalimis. Šventyklų kupolai yra padengti šiuo auksu; jis vadinamas lapu. Atrodo gana įdomiai: veikiamas šviesos suteikia melsvai žalią atspalvį.

Grynas auksas gali ištirpti Aqua Regia. Taip vadinamas dviejų koncentruotų rūgščių mišinys: azoto ir druskos. Lentelėje labiausiai lankstus metalas yra 79, lydymosi temperatūra 1064 °C, tankis 19,32 g/cm3. Pagal šilumos laidumą ir elektros varžą auksas nusileidžia tik sidabrui ir variui.

Auksas gryna forma yra per minkštas, todėl papuošalai dažniausiai gaminami iš lydinių. Dažniausiai prie aukso pridedamas sidabras arba varis. Ar kada susimąstėte, ką reiškia „testas“ ant papuošalų? Tai gryno aukso kiekis, išreikštas tūkstantinėmis dalimis. 999 grynumas laikomas grynu auksu.

Taikymas

Auksas jau seniai naudojamas kaip investicinis objektas, be to, jis aktyviai naudojamas juvelyrikos pramonėje.

Daugelyje šalių auksinės monetos buvo naudojamos kaip pinigai. Nepaisant to, pasauline valiuta ji buvo pripažinta tik XIX a. 1922 m. Rusijoje apyvartoje pasirodė banknotai su auksu, vadinami „červonecais“. Vienas banknotas prilygo 10 senosios monetos auksinių rublių.

Auksas yra labiausiai paplitusi medžiaga, naudojama papuošalų gamyboje. Kuo aukso grynumas didesnis, tuo medžiaga bus atsparesnė korozijai; sidabras ir varis suteikia gaminiui tvirtumo ir skirtingų spalvų atspalvių.

Lankstumas yra metalo gebėjimo atlaikyti tempimo įtempį matas – bet kokią jėgą, kuri atitraukia du medžiagos galus vienas nuo kito. Virvės traukimo žaidimas yra geras virvės tempimo stiprumo pavyzdys. Plastiškumas yra plastinė deformacija, atsirandanti dėl tokių deformacijų. Terminas „plastiškas“ pažodžiui reiškia, kad metalinė medžiaga gali būti ištempta į ploną vielą ir proceso metu ji netampa silpnesnė ar trapi.

Metalai su dideliu arba mažu lankstumu

Didelio plastiškumo metalai, tokie kaip varis, gali būti įtempti į ilgas plonas laidus, nesulaužant. Varis istoriškai buvo puikus elektros laidininkas, tačiau metalas gali pravesti beveik bet ką. Mažo lankstumo metalai, pavyzdžiui, bismutas, veikiami tempimo įtempių, plyšta.

Stiprumas ir lankstumas

Priešingai, kaliumas yra metalo gebėjimo atlaikyti gniuždymą, pvz., smūgį, valcavimą ar ekstruziją, matas. Nors iš pažiūros abi sąvokos gali atrodyti panašios, plastiški metalai nebūtinai yra kalieji. Dažnas šių dviejų savybių skirtumo pavyzdys yra švinas, kuris dėl savo kristalinės struktūros yra labai kalus, bet ne itin plastiškas. Metalų kristalinė struktūra lemia, kaip jie deformuosis veikiami įtempių.

Atominės dalelės, kurios matuoja metalus, veikiamos įtempimo gali deformuotis arba slysti viena per kitą, arba atitrūkusios viena nuo kitos.

Dėl labiau lanksčių metalų kristalų struktūra leidžia metalo atomams toliau išsitempti, o šis procesas vadinamas „dvyniavimu“. Patogesni metalai yra tie, kurie lengviau priglunda, be to, jie lengviau deformuojasi kitomis kryptimis.

Temperatūros poveikis

Metalų plastiškumas taip pat susijęs su temperatūra.

Kai metalai kaitinami, jie paprastai tampa mažiau trapūs, todėl susidaro plastinė deformacija. Kitaip tariant, dauguma metalų kaitinant tampa lankstesni ir lengviau įtraukiami į laidus nesulaužant. Sertifikatas yra šios taisyklės išimtis, nes įkaista jis tampa trapesnis.

Kokie metalai yra labiausiai kalintys?

Nors sunku palyginti metalų plastiškumą, auksas ir platina laikomi plastiškiausiais. Sakoma, kad auksą galima taip gražiai ištraukti į laidus, kad viena uncija metalo gali siekti iki penkiasdešimties mylių.

plastiškiausias metalas?

1. Indis
2. aliuminio
3. Šarminiai metalai yra patys plastiškiausi.
4. Natrio. Galima nupjauti peiliu ir buteliuku susukti į foliją.
5. Tas, iš kurio pagamintas raketų nosies gaubtas.
6. Auksas.
   Taip pat bobitas ir švinas (po aukso). Auksas įtrauktas į Gineso rekordų knygą kaip vienas plastiškiausių metalų.
7. Iš 1 g medžiagos aukso galima pagaminti 2,4 km ilgio smiginį
8. viskas priklauso nuo temperatūros.
   Gyvsidabris, nors jis yra normaliomis sąlygomis
   skystas, vargu ar gali būti vadinamas plastikiniu dėl itin didelio
   paviršiaus įtempimo koeficientas)), bet tai arčiau pokšto.
   Plastikinė medžiaga yra ne ta, kuri nespyruokliuoja, o ta, kuri
   kuris neplyšta ir turi negrįžtamą sklandumą. Todėl auksas, kurį galima iškočioti į permatomą lapą, yra vienas plastiškiausių, o cheminis neutralumas leidžia ilgai išlikti nepažeistam.
   Aukso plastiškumas taip pat pasireiškia tuo, kad jis gali išsisklaidyti kietu pavidalu kartu su švinu. Dvi plokštelės, dedamos viena ant kitos, veikiamos ilgą laiką, prasiskverbia viena į kitą ir auga kartu.