اولین ماده ای که مردم یاد گرفته اند برای نیازهای خود از آن استفاده کنند سنگ است. با این حال، بعدها، زمانی که فردی از خواص فلزات آگاه شد، سنگ بسیار به عقب رفت. این مواد و آلیاژهای آنها هستند که به مهمترین و اصلی ترین ماده در دست مردم تبدیل شده اند. وسایل خانه، ابزار کار از آنها ساخته شد، محل ساخته شد. بنابراین، در این مقاله به بررسی فلزات می پردازیم که ویژگی های کلی، خواص و کاربرد آنها تا به امروز بسیار مرتبط است. به هر حال، به معنای واقعی کلمه بلافاصله پس از عصر حجر، یک کهکشان کامل از فلزات دنبال شد: مس، برنز و آهن.
فلزات: مشخصات کلی
چه چیزی همه نمایندگان این مواد ساده را متحد می کند؟ البته این ساختار شبکه کریستالی آنها، انواع پیوندهای شیمیایی و ویژگی های ساختار الکترونیکی اتم است. به هر حال، از این رو، ویژگی های فیزیکی مشخصه ای است که زمینه ساز استفاده از این مواد توسط انسان است.
اول از همه، فلزات را به عنوان عناصر شیمیایی سیستم تناوبی در نظر بگیرید. در آن، آنها کاملاً آزادانه قرار دارند و 95 سلول از 115 سلول را اشغال می کنند.سیستم:
- آنها زیر گروه های اصلی گروه های I و II و همچنین III را تشکیل می دهند که با آلومینیوم شروع می شوند.
- همه زیرگروه های ثانویه فقط از فلزات تشکیل شده اند.
- آنها در زیر قطر شرطی از بور تا استاتین قرار دارند.
بر اساس چنین داده هایی، به راحتی می توان دریافت که غیر فلزات در قسمت سمت راست بالای سیستم جمع آوری شده اند و بقیه فضا متعلق به عناصر مورد نظر ما است.
همه آنها چندین ویژگی از ساختار الکترونیکی اتم دارند:
- شعاع اتمی بزرگ، در نتیجه پیوند بین الکترون خارجی و هسته ضعیف می شود، بنابراین فلزات به راحتی آن را از بین می برند و به عنوان عوامل کاهنده عمل می کنند.
- تعداد کمی الکترون در لایه انرژی بیرونی.
- در گروه از بالا به پایین، خواص فلزی عناصر افزایش یافته و در طول دوره از چپ به راست، برعکس، ضعیف می شوند. بنابراین، قوی ترین غیرفلز فلوئور و ضعیف ترین آن فرانسیم است.
ویژگی‌های کلی فلزات و غیرفلزات به ما امکان می‌دهد الگوهای ساختار آنها را شناسایی کنیم. بنابراین، شبکه کریستالی اولی فلزی و خاص است. گره های آن حاوی چندین نوع ذره در یک زمان هستند:
- یون;
- اتم;
- الکترون.
یک ابر معمولی در داخل انباشته می شود که گاز الکترونی نامیده می شود که تمام خواص فیزیکی این مواد را توضیح می دهد. نوع پیوند شیمیایی در فلزاتی به همین نام با آنها.
خواص فیزیکی
تعدادی پارامتر وجود دارد که همه فلزات را متحد می کند. مشخصات کلی فیزیکی آنهاخواص به این شکل است.
- درخشش فلز. همه نمایندگان این گروه از مواد آن را دارند. در عین حال، بیشتر آن نور یک طول موج را منعکس می کند، بنابراین رنگ نرم سفید-نقره ای از خود ساطع می کند. اما برخی (طلا، مس، بسیاری از آلیاژها) درخشش زرد دارند.
- شکل پذیری و انعطاف پذیری. این پارامتر در فلزات نیز ذاتی است. با این حال، ویژگی کلی بر این اساس کاملاً دقیق نیست، زیرا در بین نمایندگان بسیار نرم، چکش خوار و انعطاف پذیر هستند و موارد کاملاً شکننده نیز وجود دارد که ماشین کاری می شوند. چکش خوارترین و انعطاف پذیرترین آنها طلا، نقره، مس، آلومینیوم و غیره است. کمتر چکش خوار - قلع، سرب، منگنز و غیره.
- رسانایی الکتریکی و حرارتی. بدون استثنا در اختیار همه نمایندگان است. فلزات هادی از نوع اول هستند.
- نقطه ذوب و جوش بالا. بر این اساس، آنها به نسوز (درجه حرارت بالای 1500 درجه)، ذوب - زیر شکل مشخص شده تقسیم می شوند.
- فلزات سبک و سنگین بسته به چگالی آنها. هر چه کوچکتر باشد، وزن اتمی عنصر کوچکتر است. سبک ترین لیتیوم و سنگین ترین آنها اسمیم است.
- سختی. رکورددار این اندیکاتور کروم است و نرم ترین آن سزیم است که در دست ها ذوب می شود.
پارامترهای ذکر شده - این ویژگی کلی فلزات است، یعنی همه چیزهایی که آنها را در یک خانواده بزرگ متحد می کند. با این حال، باید درک کرد که برای هر قانون استثنا وجود دارد. علاوه بر این، عناصر زیادی از این نوع وجود دارد. بنابراین، در درون خود خانواده،تقسیم‌بندی‌هایی به گروه‌های مختلفی وجود دارد که در زیر به آنها می‌پردازیم و ویژگی‌های مشخصه آنها را نشان می‌دهیم.
خواص شیمیایی
از دیدگاه علم شیمی، همه فلزات عامل کاهنده هستند. و خیلی قوی هرچه الکترون‌ها در سطح بیرونی کمتر و شعاع اتمی بزرگ‌تر باشد، فلز با توجه به پارامتر مشخص‌شده قوی‌تر است.
در نتیجه این، فلزات می توانند با:
واکنش نشان دهند.
- غیر فلزات;
- آب;
- اسیدها;
- با مواد قلیایی (فلزات آمفوتریک)؛
- اکسیدها;
- نمک های فلزات ضعیف تر.
این فقط یک نمای کلی از خواص شیمیایی است. به هر حال، برای هر گروه از عناصر، آنها کاملاً فردی هستند.
فلزات قلیایی خاکی
ویژگی های کلی فلزات قلیایی خاکی به شرح زیر است:
- دو الکترون در سطح بیرونی دارید.
- آنها دومین گروه از زیر گروه اصلی سیستم تناوبی را تشکیل می دهند، به جز بریلیم.
- در شرایط عادی، اینها مواد جامدی هستند که نمی توان با چاقو برش داد.
- رنگ فلزات ساده نقره ای خاکستری است که با یک لایه اکسید در هوا پوشیده شده است.
- فعالیت شیمیایی آنها زیاد است، از منیزیم به رادیوم افزایش می یابد.
- در طبیعت به خصوص کلسیم گسترده است. در یک شکل ساده، به دلیل فعالیت زیاد یافت نمی شوند، اما ترکیبات مختلفی را تشکیل می دهند که برای انسان مهم هستند.
- از نظر بیولوژیکی مهم است. کلسیم و منیزیم از عناصر کمیاب مهم بدن انسان هستند وحیوانات منیزیم نیز بخشی از کلروفیل گیاهی است.
بنابراین، فلزات قلیایی خاکی عناصر رایج خانواده s هستند که فعالیت شیمیایی بالایی از خود نشان می دهند و عوامل کاهنده قوی و شرکت کنندگان مهم در فرآیندهای بیولوژیکی در بدن هستند.
فلزات قلیایی
ویژگی کلی فلزات قلیایی با نام آنها شروع می شود. آنها آن را به دلیل توانایی حل شدن در آب و تشکیل قلیایی - هیدروکسیدهای سوزاننده دریافت کردند. واکنش ها با آب بسیار شدید و گاهی قابل اشتعال است. این مواد به صورت آزاد در طبیعت یافت نمی شوند، زیرا فعالیت شیمیایی آنها بسیار زیاد است. آنها با هوا، بخار آب، غیر فلزات، اسیدها، اکسیدها و نمک ها و تقریباً همه چیز واکنش نشان می دهند.
این به دلیل ساختار الکترونیکی آنهاست. در سطح بیرونی، تنها یک الکترون وجود دارد که به راحتی آن را از دست می دهند. اینها قوی ترین عوامل کاهنده هستند، به همین دلیل است که زمان زیادی طول کشید تا آنها را به شکل خالص خود بدست آوریم. این اولین بار توسط همفری دیوی در قرن هجدهم با الکترولیز هیدروکسید سدیم انجام شد. اکنون همه نمایندگان این گروه با استفاده از این روش ماین می شوند.
ویژگی کلی فلزات قلیایی در این واقعیت نهفته است که آنها اولین گروه از زیر گروه اصلی سیستم تناوبی را تشکیل می دهند. همه آنها عناصر مهمی هستند که بسیاری از ترکیبات طبیعی ارزشمند را تشکیل می دهند که توسط انسان استفاده می شود.
ویژگی‌های عمومی فلزات خانواده‌های d و f
این گروه از عناصر شامل همه آنها می‌شودکه اکسیداسیون آن ممکن است متفاوت باشد. این بدان معنی است که بسته به شرایط، فلز می تواند هم به عنوان یک عامل اکسید کننده و هم به عنوان یک عامل کاهنده عمل کند. چنین عناصری توانایی زیادی برای وارد شدن به واکنش ها دارند. در میان آنها، تعداد زیادی از مواد آمفوتریک.
نام مشترک همه این اتم ها عناصر انتقالی است. آنها آن را به این دلیل دریافت کردند که از نظر ویژگی‌هایشان، واقعاً در وسط، بین فلزات معمولی خانواده s و غیرفلزهای خانواده p قرار می‌گیرند.
ویژگی کلی فلزات واسطه ای بر تعیین خواص مشابه آنها دلالت دارد. آنها به شرح زیر هستند:
- تعداد زیادی الکترون در سطح بیرونی؛
- شعاع اتمی بزرگ؛
- چند حالت اکسیداسیون (از +3 تا +7)؛
- الکترونهای ظرفیت در زیرسطح d یا f قرار دارند؛
- 4-6 دوره بزرگ از سیستم را تشکیل می دهد.
فلزات این گروه به عنوان مواد ساده بسیار محکم، انعطاف پذیر و چکش خوار هستند، بنابراین از اهمیت صنعتی بالایی برخوردار هستند.
زیرگروه های جانبی سیستم تناوبی
ویژگی های کلی فلزات زیرگروه های ثانویه کاملاً با ویژگی های فلزات انتقالی مطابقت دارد. و این تعجب آور نیست، زیرا، در واقع، دقیقا همان چیزی است. فقط این است که زیر گروه های جانبی سیستم دقیقاً توسط نمایندگان خانواده های d و f، یعنی فلزات واسطه تشکیل شده اند. بنابراین می توان گفت که این مفاهیم مترادف هستند.
فعال ترین و مهم ترین آنها ردیف اول 10 نماینده از اسکاندیم تا روی است. همه آنها اهمیت صنعتی زیادی دارند و اغلبمورد استفاده انسان، به ویژه برای ذوب.
آلیاژ
ویژگی های کلی فلزات و آلیاژها به ما امکان می دهد بفهمیم کجا و چگونه می توان از این مواد استفاده کرد. چنین ترکیباتی در دهه‌های گذشته دستخوش دگرگونی‌های بزرگی شده‌اند، زیرا افزودنی‌های جدید بیشتری برای بهبود کیفیت آنها کشف و سنتز می‌شوند.
معروف ترین آلیاژهای امروزی عبارتند از:
- برنج;
- duralumin;
- چدن؛
- فولاد؛
- برنز;
- برنده می شود؛
- nicchrom و دیگران.
آلیاژ چیست؟ این مخلوطی از فلزات است که از ذوب دومی در دستگاه های کوره مخصوص به دست می آید. این کار برای به دست آوردن محصولی انجام می شود که از نظر خواص برتر از مواد خالص تشکیل دهنده آن باشد.
مقایسه خواص فلزات و غیرفلزات
اگر در مورد خواص کلی صحبت کنیم، ویژگی های فلزات و غیر فلزات در یک نکته بسیار مهم متفاوت است: برای دومی، ویژگی های مشابه را نمی توان تشخیص داد، زیرا آنها از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی بسیار متفاوت هستند.
بنابراین، ایجاد چنین مشخصه ای برای غیر فلزات غیرممکن است. فقط می توان نمایندگان هر گروه را جداگانه در نظر گرفت و خواص آنها را توصیف کرد.
