Металлы

Химические свойства металлов

Выше уже было сказано, что металлы достаточно легко расстаются со своими электронами (окисляются), т.е. в окислительно-восстановительных реакциях являются восстановителями.

• M — металл;
• e- — электрон;
• n — целое число.

Металлы характеризуются низкими величинами энергии ионизации (энергии, необходимой, для отрыва электрона от атома).

Восстановительная способность металлов:

• в периодах уменьшается слева-направо;
• в главных подгруппах увеличивается сверху-вниз.

Металл является более сильным восстановителем, чем он стоит левее в периоде и ниже в главной подгруппе.

Восстановительная активность металлов, в реакциях, протекающих в растворах веществ, зависит от места металла в электрохимическом ряду напряжений.

Химические реакции металлов с неметаллами (простыми веществами):

• с водородом металлы образуют гидриды:Ca+H₂ = CaH₂ — гидрид кальция
• с галогенами металлы образуют галогениды (соли):Mg+Br₂ = MgBr₂ — бромид магния
• с кислородом металлы образуют оксиды:4Na+O₂ = 2Na₂O — оксид натрия
• с серой металлы образуют сульфиды (соли):Fe+S = FeS — сульфид железа
• с углеродом металлы образуют карбиды:Ca+2C = CaC₂ — карбид кальция

Химические реакции металлов с сложными веществами:

• металлы от лития до натрия (см. ряд напряжений) вытесняют водород при н.у. с образованием щелочей:
  2Na+2H₂O = 2NaOH+H₂↑
• металлы, стоящие левее водорода, реагируют с разбавленными кислотами с образованием солей и выделением водорода:
  2Al+6HCl = 2AlCl₃+3H₂↑
• металлы реагируют с растворами солей менее активных металлов, восстанавливая при этом менее активный металл, с образованием соли более активного металла:
  Fe+CuSO₄ = FeSO₄+Cu

Наш ассортимент черного металлопроката:

~ Арматура строительная

Компания АО «Металлоторг» реализует строительную стальную арматуру, которая применяется в основном для усиления железобетонных сооружений

• Арматура А3
• Арматура А500С
• Арматура А1
• Арматура Ат800
• Арматура для фундамента
• Арматура 12

~ Балка двутавровая

Балка. Двутавры – стандартный профиль конструктивных элементов из чёрного проката имеющий сечение, близкое по форме к букве «Н». Балка двутаврового профиля прочнее балки квадратного профиля аналогичной площади сечения.

~ Швеллер

Швеллер металлический — один из самых популярных видов металлопроката, является основой в опорной конструкции для любого строительства и имеет «П»-образное сечение. Это прочный и лёгкий профиль, способный выдерживать большие поперечные нагрузки, что стало большим преимуществом при возведении объектов, конструкций, от которых требуется повышенная прочность, надёжность, долговечность.

~ Труба стальная

Труба круглая стальная — полое изделие цилиндрической формы, имеющее большую длину, по сравнением с сечением. Для изготовления этого изделия применяются углеродистые, легированные и нержавеющие стали.

• Труба водогазопроводная
• Труба стальная электросварная
• Труба стальная бесшовная

~ Труба профильная

Труба круглая стальная — представляет собой стальное изделие квадратного, прямоугольного, овального и иного сечения, отличного от круглого.

• Труба квадратная
• Труба прямоугольная
• Гнутый стальной профиль

~ Лист стальной

Прокат тонколистовой из углеродистой стали качественной и обыкновенного качества общего назначения по ГОСТ 16523-97 — лист холоднокатаный и горячекатаный тонкий из углеродистой стали качественной и обыкновенного качества общего назначения, шириной 500мм и более, толщиной до 3,9 мм включительно.

• Лист горячекатаный
• Лист оцинкованный
• Лист рифленый
• Лист холоднокатаный
• Просечно вытяжной лист
• Профилированный лист

~ Рельсы железнодорожные. Рельсы крановые

А знаете ли вы, уважаемый Клиент, что рельсы были изобретены древними римлянами? Первые рельсы представляли собой уложенные на деревянные шпалы две параллельно лежащие деревянные балки с закрепленной сверху кованой стальной полосой.

~ Круг стальной

Холоднокатаный или холоднотянутый круг — калиброванный прокат, более точный по диаметру, изготавливается по ГОСТ 7417-75, диаметром от 3 до 100 мм, выплавляемый особым способом, а также обрабатывают методом холодного волочения.

• Круг стальной
• Круг нержавеющий 12Х18Н10Т

~ Поковка

Поковка — это металлическая заготовка круглой, квадратной формы (поковка квадратная), в виде полосы, бандажа, валов, колец. Такая заготовка поковка требует дальнейшей механической обработки.

~ Уголок стальной

Металлический уголок — сортовой прокат Г-образного сечения из углеродной и низколегированной стали.

• Уголок стальной гнутый неравнополочный
• Уголок стальной гнутый равнополочный
• Уголок стальной горячекатаный неравнополочный
• Уголок стальной горячекатаный равнополочный

~ Шестигранник

Шестигранник представляет собой металлопрокат, образущий в поперечном сечении правильный шестиугольник. Шестигранник стальной производят из углеродистой, легированной, высоколегированной и инструментальной сталей.

~ Cетка металлическая

Металлическая сетка образована переплетёнными или сваренными стальными прутками или проволокой определённого сечения. В строительстве металлическая сетка используется как армирующий материал для изготовления железобетонных изделий, бетонных стяжек…

• Сетка плетёная рабица
• Сетка сварная

~ Квадрат стальной

Квадрат металлический — сортовой прокат, имеющий равностороннее четырёхугольное поперечное сечение без полого пространства внутри.

~ Металлическая полоса

Полоса стальная, или штрипс — сортовой прокат стальной, представляющий собой металлическую полосу, имеющую определённую длину и ширину согласно классификации.

~ Стальная проволока

Проволока стальная представляет собой металлическое изделие, в основном круглого, но может быть и квадратного, овального и другого поперечного сечения, с длиной изделия, превышающего диаметр поперечного сечения.

• Проволока ВР-1
• Проволока катанка
• Проволока вязальная

Основные механические свойства металлов

Что это за свойства? Под механическими понимают такие свойства субстанции, которые отражают ее умение противостоять действиям извне. Известно девять основных механических свойств металлов:

— Прочность — означает, что приложение статической, динамической или знакопеременной нагрузки не приводит к нарушению внешней и внутренней целостности материала, изменению его строения, формы и размеров.

— Твердость (часто путают с прочностью) — характеризует возможность одного материала противостоять прониканию другого, более твердого предмета.

— Упругость — означает способность к деформированию без нарушения целостности под действием определенных сил и возвращению первоначальной формы после освобождения от нагрузки.

— Пластичность (часто путают с упругостью и наоборот) — также способность к деформации без нарушения целостности, однако в отличие от упругости, пластичность означает, что объект способен сохранить полученную форму.

— Стойкость к трещинам — под воздействием внешних сил (ударов, натяжений и пр.) материал не образует трещин и сохраняет наружную целостность.

— Вязкость или ударная вязкость — антоним ломкости, то есть возможность сохранять целостность материала при возрастающих физических воздействиях.

— Износостойкость — способность к сохранению внутренней и внешней целостности при длительном трении.

— Жаростойкость — длительная возможность противостоять изменению формы, размера и разрушению при воздействии больших температур.

— Усталость — время и количество циклических воздействий, которые материал может выдержать без нарушения целостности.

Часто, говоряо тех или иных свойствах, мы путаем их названия: технологические свойства относим к физическим, физические к механическим и наоборот. И это неудивительно, ведь несмотря на глубинные отличия, лежащие в основе той или иной группы свойств, механические свойства не только крайне тесно связаны с другими характеристиками металлов, но и напрямую зависят от них.

Механические свойства металлов

Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведение металла (или другого материала) под действием приложенных внешних механических сил. К механическим свойствам обычно относят сопротивление металла (сплава) деформации (прочность) и сопротивление разрушению (пластичность, вязкость, а также способность металла не разрушаться при наличии трещин).

В результате механических испытаний получают числовые значения механических свойств, т. е. значения напряжений или деформаций, при которых происходят изменения физического и механического состояний материала.

Оценка свойств

При оценке механических свойств металлических материалов различают несколько групп их критериев.

Критерии, определяемые независимо от конструктивных особенностей и характера службы изделий

Эти критерии находятся путем стандартных испытаний гладких образцов на растяжение, сжатие, изгиб, твердость (статические испытания) или на ударный изгиб образцов с надрезом (динамические испытания).
Прочностные и пластические свойства, определяемые при статических испытаниях на гладких образцах хотя и имеют важное значение (они входят в расчетные формулы) во многих случаях не характеризуют прочность этих материалов в реальных условиях эксплуатации деталей машин и сооружений. Они могут быть использованы только для ограниченного числа простых по форме изделий, работающих в условиях статической нагрузки при температурах, близких к нормальной.
Критерии оценки конструктивной прочности материала, которые находятся в наибольшей корреляции со служебными свойствами данного изделия и характеризуют работоспособность материала в условиях эксплуатации.

Это интересно: Масса и вес металла — как найти по таблицам и ГОСТ для стальных метизов

Металлы в таблице Менделеева

• пластичность;
• электропроводимость;
• блеск;
• легкая отдача электронов;
• ковкость;
• теплопроводность;
• твердость (кроме ртути).

Из-за различной химической и физической сути свойства могут существенно отличаться у двух представителей этой группы, не все они похожи на типичные природные сплавы, к примеру, ртуть – это жидкая субстанция, но относится к данной группе.

Некоторые элементы такого типа могут существовать только доли секунды, а некоторые не встречаются в природе совсем – их создали в искусственных условиях лаборатории. У каждой из групп металлов в системе есть свое название и признаки, которые отличают их от других групп.

При этом отличия у них весьма существенные. В периодической системе все металлы располагаются по количеству электронов в ядре, т.е. по увеличению атомной массы. При этом для них характерно периодическое изменение характерных свойств. Из-за этого в таблице они не размещаются аккуратно, а могут стоять неправильно.

Как отличить металл от неметалла?

Как определить металл в соединении? Существует простой способ определения, но для этого необходимо иметь линейку и таблицу Менделеева. Для определения надо:

1. Провести условную линию по местам соединения элементов от Бора до Полония (можно до Астата).
2. Все материалы, которые будут слева линии и в побочных подгруппах – металл.
3. Вещества справа – другого типа.

Однако у способа есть изъян – он не включает в группу Германий и Сурьму и работает только в длинной таблице. Метод можно использовать в качестве шпаргалки, но чтобы точно определить вещество, следует запомнить список всех неметаллов. Сколько их всего? Мало – всего 22 вещества.

1. При комнатной температуре – твердые, за исключением ртути. При этом они блестят и хорошо проводят электрический ток.
2. У них на внешнем уровне ядра меньшее количество атомов.
3. Состоят из кристаллической решетки (кроме ртути), а все другие элементы имеют молекулярную или ионную структуру.
4. В периодической системе все неметаллы – красного цвета, металлы – черного и зеленого.
5. Если двигаться слева направо в периоде, то заряд ядра вещества будет увеличиваться.
6. У некоторых веществ свойства выражены слабо, но они все равно имеют характерные признаки. Такие элементы относятся к полуметаллам, например Полоний или Сурьма, они обычно располагаются на границе двух групп.

Важно запомнить, что при перемещении в таблице сверху вниз становятся сильнее неметаллические свойства веществ, поскольку там располагаются элементы, которые имеют отдаленные внешние оболочки. Их ядро отделено от электронов и поэтому они притягиваются слабее

Краски «жидкий металл»

Краски с таким названием, строго говоря, жидким металлом не являются.

Жидкий металл — краска из металлических пигментов, тонкоизмельченных порошков цветных металлов и сплавов алюминия, меди, цинка, бронзы. К металлическим пигментам относятся золотистая бронза, медный порошок, алюминиевая и цинковая пудра. Такие краски отличаются хорошим сцеплением с любыми поверхностями: пластиками, металлами, тканями, стеклом, гипсом, керамикой, деревом. Равномерно распыляются соплом от 0,2 мм и закрепляются лаками на водной основе.

Краска «жидкий металл» марки Maimeri («Маймери») на основе смолы разбавляется спиртом и служит для декорирования тонких поверхностей – бумаги, картона, дерева. Характеризуется дополнительной устойчивостью к износу и окислению.

Жидкий металл Viva («Вива») разбавляется водой и предназначен для росписи фарфора, фаянса, керамики, гончарных изделий.

Специальная краска была разработана специалистами Mercedes Benz для купе CL 65 AMG на основе тончайших алюминиевых пигментов. Такое покрытие хорошо отражает свет и интенсивно блестит.

В заключение можно сделать вывод, что понятие «жидкий металл из мартена» не является всеобъемлющим. Что еще можно отнести к данной категории материалов? «Жидкий металл» — название такое носят также искусственные сплавы и вещества в аморфном состоянии, обладающие свойствами металлов, в том числе цветом и блеском.

Жидкие металлы в природе

На самом деле ртуть не является единственным в мире жидким металлом. Известны еще галлий, цезий и франций, которые находятся в жидком состоянии до +30° C.

Галлий очень широко применяется, например, в электронике. Кроме того, что он плавится при низких температурах, галлий, и это главное его достоинство, закипает при температуре не ниже 2230° C. Необычайно широкий интервал расплава дает возможность использовать этот элемент в работе атомных реакторов.

Не менее востребованным элементом является цезий, несмотря на то что его в земной коре крайне мало и добыча его затруднена.

А вот радиоактивный элемент франций, период полураспада которого составляет чуть больше 22 минут, образуется при распаде актиния, и до сих пор неизвестно, как он выглядит. Даже ученые о нем знают очень мало, и знания эти накапливаются по крупицам. Научные лаборатории проводят исследования этого элемента на образцах массой в одну десятимиллионную долю грамма, которая каждые двадцать две с небольшим минуты уменьшается вдвое.

То есть при температурах, немногим отличающихся от комнатной, жидкими металлами можно назвать четыре элемента периодической таблицы Менделеева, включая ртуть.

Строение

Электронное строение атома металла включает:

• положительно заряженное ядро;
• отрицательно заряженные электроны.

Ядро состоит из протонов и нейтронов. Количество протонов, заряд ядра и число электронов соответствуют порядковому номеру металла в периодической таблице.

Электроны в металлических атомах расположены намного дальше от ядра, чем электроны неметаллов. Этим объясняется лёгкость отделения валентных электронов, поэтому металлы всегда являются восстановителями в химических реакциях.

Атомы всех металлов, за исключением ртути, образуют кристаллические решётки. Кристаллическая решётка состоит из повторяющихся комплексов атомов – элементарных кристаллических ячеек, которые бывают трёх видов. Их отличия описаны в таблице строения металлов.

Рис. 1. Виды решёток металлов.

Примечания

1. Строго говоря из-за амфотерности химических свойств полуметаллы (металлоиды) представляют собой обособленную группу, не относясь ни к металлам, ни к неметаллам; К группе металлов их можно отнести лишь условно.
2. Ломоносов М. В. Основы металлургии и горного дела. — Санкт-Петербург: Императорская Академия Наук, 1763. — 416 с.
3. Этимологический словарь русского языка. Вып. 10: М / Под общей редакцией А. Ф. Журавлёва и Н. М. Шанского. — М.: Изд-во МГУ, 2007. — 400 с. ISBN 978-5-211-05375-5
4.  (англ.)
5.  (англ.)
6. Поваренных А. С. Твердость минералов. — АН УССР, 1963. — С. 197-208. — 304 с.
7. , с. 92.
8. , с. 93-94.
9. , с. 97.
10. , с. 103.