Как отличить металл от неметалла. Общие сведения о металлах и сплавах

Признаки различия металлов и неметаллов.

Металлы в отличие от неметаллов имеют следующие характерные признаки:

Внешний блеск
Хорошую проводимость тепла и электрического тока
Достаточно высокую прочность
Хорошо куются и свариваются
Кристаллическое строение тела
Определенную температуру плавления и кристаллизации

Неметаллы (металлоиды) не имеют внешнего блеска, плохо проводят тепло и электрический ток, имеют сравнительно низкую прочность, не куются и не поддаются сварке. Они также не имеют кристаллического строения тел и определенной температуры плавления и кристаллизации.

Классификация металлов и сплавов.

Металлы и сплавы по ГОСТ 5200-50 классифицируют по:

Числу компонентов
Содержанию легирующих компонентов
Степени чистоты
Характеру компонентов

По числу компонентов металлы разделяют на простые металлы и металлические сплавы. Простым металлом называют металл, не содержащий в себе легирующих компонентов. Металлическим сплавом называют кристаллическое вещество, в составе которого имеется несколько металлов и металлоидов. Сплавы бывают двух-, трех- и более компонентными.

Компонентом называют химический элемент, входящий в состав металла или сплава. Компоненты подразделяют на основные и легирующие.

Основным называют такой компонент, который преобладает в металле или сплаве. Легирующим компонентом называют компонент, вводимый в состав сплава для получения необходимых требуемых технических свойств.

По содержанию легирующих компонентов сплавы делят на низколегированные , среднелегированные и высоколегированные . Низколегированным называют сплав, содержащий в своем составе легирующих компонентов менее 2,5% , среднелегированным - содержащий в своем составе легирующих компонентов 2,5- 10% . Сплав, содержащий в своем составе легирующих компонентов более 10% , называют высоколегированным.

По степени чистоты металлы и сплавы делят на пониженную , среднюю , повышенную , высокую и особую чистоту. Металлы и сплавы пониженной чистоты имеют степень чистоты 95-99% , средней чистоты - 99-99,9% , повышенной чистоты - 99,9-99,99% , высокой чистоты- 99,99-99,999% , а особой чистоты - 99,999-99,9999 % .

Области применения металлов и сплавов.

В зависимости от климатических условий, параметров работы той или иной конструкции (характера и величины нагрузки, давления, среды, рабочей температуры) применяют черные или цветные металлы. Углеродистые стали применяют для изготовления листовых и решетчатых конструкций, котлов, трубопроводов и корпусов различного рода машин.

Легированные стали применяют для изготовления ответственных конструкций, емкостей и трубопроводов, транспортирующих агрессивные и токсичные продукты. Чугун в основном применяют для изготовления больших тяжеловесных станин и трубопроводов (канализация, водопровод и т.д.); цветные металлы, например -сплавы алюминия и магния, - в тех отраслях промышленности, где наряду с высокой прочностью к конструкциям предъявляют требования высокой коррозионной стойкости и небольшого удельного веса.

Никель, медь, свинец и их сплавы применяют при сооружении металлургических, нефтеперерабатывающих и химических заводов.

Строение и кристаллизация металлов и сплавов.

Все вещества состоят из молекул, а молекулы из атомов. Атомы в свою очередь состоят из ядра и электронов, вращающихся вокруг него. Самым простым является атом водорода, состоящий из ядра и одного электрона. Атом железа состоит из ядра и 26 электронов.

Соединения атомов образуют различные вещества. Вещества по количеству находящихся в них химических элементов бывают простыми и сложными.

Простые вещества состоят из атомов одного химического элемента, а сложные - из нескольких химических элементов. К простым веществам относятся: чистое железо, чистая медь, чистый никель и т.д. К сложным веществам относятся сплавы (сталь, чугун, бронза, латунь и т.д.). Некоторые простые вещества имеют различное расположение атомов и в связи с этим различные свойства. Например: алмаз -очень твердое вещество, а графит- мягкое, однако и то и другое состоит из углерода.

Явление существования химического элемента в виде различных простых веществ называют аллотропией .

По внутреннему строению все твердые тела делят на две группы: аморфные и кристаллические .

Рис. 1

Аморфные -это такие тела, в которых атомы расположены беспорядочно (рис. 1 ,а ). К ним относятся стекло , воск , смола , пластмасса и т.д. Аморфные тела имеют следующие особенности:

при нагревании постепенно размягчаются и переходят в жидкое состояние, а при охлаждении постепенно затвердевают, т. е. они не имеют определенной точки плавления и кристаллизации
свойства аморфных тел одинаковы, независимо от того, в каком направлении они подвергаются нагрузке.

Кристаллические - это такие тела, атомы в которых расположены в правильном геометрическое порядке (рис. 1,6 ). Металлы, как правило, являются кристаллическими телами. При правильном геометрическом расположении атомов в кристаллическом теле можно выделить правильную объемную фигуру, называемую кристаллической решеткой. Примеры кристаллических решеток металлов показаны на рис. 2 . На рис. 2,а показано расположение атомов в объемно-центрированном кубе , состоящем из 9 атомов, из которых 8 расположены в вершинах куба и 1 в центре на равном расстоянии от шести его граней.

Рис. 2

Решетка, называемая кубом с центрированными гранями (рис. 2,6 ), состоит из 14 атомов, из которых 8 находятся в вершинах куба, а 6 расположены в центрах граней. Гексагональная решетка (рис. 2,б ) состоит из 17 атомов, 12 из которых расположены в вершинах узлов верхнего и нижнего оснований шестигранной призмы, 2 - в центрах верхнего и нижнего оснований и 3 -внутри призмы. Кристаллическая решетка объемно-центрированного куба характерна для железа (при температуре ниже 910°С ), хрома , молибдена , вольфрама и других металлов; гранецентрированного куба- для железа (при темлературе выше 910°С ), алюминия , меди и свинца . Гексагональную решетку имеют цинк , магний , титан и другие металлы.

Атомы элементов имеют весьма малые размеры. Для измерения размеров и расстояний между их центрами принята единица измерения ангстрем — Å . Один Å равен 0,00000001 см . Размеры атомов различных элементов находятся в пределах 1-5 Å , т. е. в 1 см размещаются десятки миллионов кристаллических решеток.

Тела, имеющие кристаллическое строение, обладают следующими характерными свойствами:

они могут приобретать правильную внешнюю форму, соответствующую той или иной геометрической фигуре, которая получается благодаря определенному взаимному расположению атомов
при разрушении тела кристаллического строения разделяются на части по определенным плоскостям, называемым плоскостями спайности или скольжения
процесс перехода из твердого состояния в жидкое и обратно происходит при определенной температуре - точке плавления или затвердевания. Переход жидкого тела (металла) в твердое с образованием кристаллов называют кристаллизацией.

Рис. 3

В процессе кристаллизации кристаллы часто принимают форму, напоминающую ветви дерева, откуда и возникло их название «дендриты » (греческое слово «дендрос» - дерево), рис. 3 . При достаточном количестве частиц расплавленного металла промежутки между ветвями дендрита оказываются заполненными- в этом случае образуется зерно. Установлено, что на величину зерен оказывает значительное влияние число центров кристаллизации, а также скорость, с которой растут кристаллы вокруг образовавшихся центров. С увеличением количества центров кристаллизации увеличивается число зерен, а их размер уменьшается. Кристаллизация металла может быть первичной и вторичной .

Процесс перехода жидкого металла в твердое-кристаллическое состояние называют первичной кристаллизацией. Изменение в твердом состоянии внутреннего строения (структуры) металла после первичной кристаллизации называют вторичной кристаллизацией.

Для того чтобы увидеть зерна, их расположение и величину, из металла делают шлифы, которые подвергают травлению, т. е. смачивают их реактивом - жидкостью особого состава. Различные металлы травят разными реактивами. Внутреннее строение металла (шлифа), определенное простым глазом без увеличения или с небольшим увеличением с применением лупы, называют макроструктурой . Внутреннее строение металла, определенное при помощи микроскопа, называют микроструктурой .

Выполнил ученик СЗТУ

Волков Владислав группа 191-07

На тему металлы и не металлы

Структура периодической системы

Наиболее распространёнными являются 3 формы таблицы Менделеева: «короткая» (короткопериодная), «длинная» (длиннопериодная) и «сверхдлинная». В «сверхдлинном» варианте каждый период занимает ровно одну строчку. В «длинном» варианте лантаноиды и актиноиды вынесены из общей таблицы, делая её более компактной. В «короткой» форме записи, в дополнение к этому, четвёртый и последующие периоды занимают по 2 строчки; символы элементов главных и побочных подгрупп выравниваются относительно разных краёв клеток.

Ниже приведён длинный вариант (длиннопериодная форма), утверждённый Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC) в качестве основного.

Периодическая система элементов

Группа → Период ↓

Лантаноиды *

Актиноиды **

п · о · р Семейства химических элементов
	Щелочные металлы	Неметаллы
	Щёлочноземельные металлы	Галогены
	Переходные металлы	Инертные газы
		Лантаноиды
	Полуметаллы - металлоиды	Актиноиды

Короткая форма таблицы, содержащая восемь групп элементов , была официально отменена ИЮПАК в 1989 году. Несмотря на рекомендацию использовать длинную форму, короткая форма продолжает приводиться в большом числе российских справочников и пособий и после этого времени. Из современной иностранной литературы короткая форма исключена полностью, вместо неё используется длинная форма. Такую ситуацию некоторые исследователи связывают в том числе с кажущейся рациональной компактностью короткой формы таблицы, а также с инерцией, стереотипностью мышления и невосприятием современной (международной) информации .

В 1970 году Теодор Сиборг предложил расширенную периодическую таблицу элементов. Нильсом Бором разрабатывалась лестничная (пирамидальная) форма периодической системы. Существует и множество других, редко или вовсе не используемых, но весьма оригинальных, способов графического отображения Периодического закона .

Неметаллы.

Немета́ллы - химические элементы с типично неметаллическими свойствами, которые занимают правый верхний угол Периодической системы. Расположение их в главных подгруппах соответствующих периодов следующее:


2-й период
3-й период
4-й период
5-й период
6-й период

Кроме того к неметаллам относят также водород и гелий.

Характерной особенностью неметаллов является большее (по сравнению с металлами) число электронов на внешнем энергетическом уровне их атомов. Это определяет их большую способность к присоединению дополнительных электронов и проявлению более высокой окислительной активности, чем у металлов.

Неметаллы имеют высокие значения сродства к электрону, большую электроотрицательность и высокий окислительно-восстановительный потенциал.

Благодаря высоким значениям энергии ионизации неметаллов их атомы могут образовывать ковалентные химические связи с атомами других неметаллов и амфотерных элементов. В отличие от преимущественно ионной природы строения соединений типичных металлов, простые неметаллические вещества, а также соединения неметаллов имеют ковалентную природу строения.

В свободном виде могут быть газообразные неметаллические простые вещества - фтор, хлор, кислород, азот, водород, инертные газы, твёрдые - иод, астат, сера, селен,теллур, фосфор, мышьяк, углерод, кремний, бор, при комнатной температуре в жидком состоянии существует бром.

У некоторых неметаллов наблюдается проявление аллотропии. Так для газообразного кислорода характерны две аллотропных модификации - кислород (O 2) и озон (O 3), у твёрдого углерода шесть форм - графит, алмаз, карбин, фуллерен, лонсдейлит, углеродные нанотрубки.

В молекулярной форме в виде простых веществ в природе встречаются азот, кислород и сера. Чаще неметаллы находятся в химически связанном виде: это вода, минералы,горные породы, различные силикаты, фосфаты, бораты. По распространённости в земной коре неметаллы существенно различаются. Наиболее распространёнными являютсякислород, кремний, водород; наиболее редкими - мышьяк, селен, иод.

Физические свойства неметаллов.

Агрегатное состояние при комнатной температуре твердое (например, фосфор и графит), жидкое (только бром) или газообразное (например, кислород и хлор)

Различный, например, бром красно-бурый, сера желтая, хлор желтовато-зеленый

нет блеска

Ковкость отсутствует

Теплопроводность только углерод (графит)

Электропроводность только углерод (графит) и черный фосфор

Металлы.

Мета́ллы (от лат. metallum - шахта, рудник) - группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами , такими как высокая тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.

Из 118 химических элементов, открытых на данный момент (из них не все официально признаны), к металлам относят:

6 элементов в группе щелочных металлов,

6 в группе щёлочноземельных металлов,

38 в группе переходных металлов,

11 в группе лёгких металлов,

7 в группе полуметаллов,

14 в группе лантаноиды + лантан,

14 в группе актиноиды (физические свойства изучены не у всех элементов) + актиний,

вне определённых групп бериллий и магний.

Таким образом, к металлам возможно относится 96 элементов из всех открытых.

Свойства металлов

Характерные свойства металлов

Металлический блеск (характерен не только для металлов: его имеют и неметаллы иод и углерод в виде графита)

Хорошая электропроводность

Возможность лёгкой механической обработки (см.: пластичность; однако некоторые металлы, например германий и висмут, непластичны)

Высокая плотность (обычно металлы тяжелее неметаллов)

Высокая температура плавления (исключения: ртуть, галлий и щелочные металлы)

Большая теплопроводность

В реакциях чаще всего являются восстановителями

Отличия металлов от неметаллов.

Ни о протекании электрического тока, ни о роли электронов в металле тогда, конечно, никто и не подозревал.

И тем не менее существовала твердая уверенность в особых свойствах металлов, которые сближали их между собой и выделяли из всего неорганического мира. Характерный блеск ("светлое тело") и способность металлов пластично изменять свою форму под действием внешней нагрузки ("ковать можно") считались их фундаментальными отличительными чертами. Интересное применение находят на сегодняшний день сплавы металлов в производстве мягкой мебели. Вот есть где разгуляться дизайнерам. Спустя два с лишним века хорошо видны изъяны этого определения. Из числа металлов сразу выпала ртуть. При комнатной температуре она представляет собой жидкость и ковать ее никоим образом невозможно. Впрочем, эта ошибка была исправлена самим же Ломоносовым. Еще в 1759 году он (совместно с петербургским академиком И. А. Брауном) охладил в смеси из снега и азотной кислоты ртуть до перехода ее в твердое состояние. Твердая ртуть была ковкой, как свинец, и, следовательно, оказалась "чистокровным" металлом, ничуть не хуже любого другого из списка Ломоносова. Другой "невинной жертвой" определения стала сурьма, известная людям еще с глубокой древности. В обычных условиях нельзя ковать и ее. Сурьма разлетится на кусочки, если дюжий кузнец тронет ее своим молотом. И "светлым телом" металл является не всегда. Во-первых, его поверхность может окисляться и терять блеск. Поэтому самородная медь и выглядит зеленым камнем. А во-вторых, и чистый металл может не блестеть. Очень тонкие листки серебра или золота имеют совершенно неожиданный вид - они просвечивают голубовато-зеленым цветом.

А мелкие порошки металлов кажутся черными или темно-серыми. Сегодня выделяют пять свойств, которыми, как правило, обладают металлы. К двум, указанным М. В. Ломоносовым, следует добавить высокую электро- и теплопроводность и рост электрического сопротивления при повышении температуры. Конечно, не все металлы и не при всех условиях обладают полной совокупностью этих свойств. И это неудивительно: к числу металлов относится более 75 % всех элементов Периодической системы Д. И. Менделеева и подобрать при таком разнообразии абсолютно точное определение - почти безнадежная задача. Тем не менее обычно для отличия металлов от неметаллов вполне достаточно даже старинного "рецепта" Ломоносова. Никаких особых трудностей эта задача в подавляющем большинстве случаев не вызывает. Ведь купить диваны и кресла изготовленные из металла сейчас можно в любом мебельном магазине. Намного более тонкими являются вопросы, как отличить металлы друг от друга и как распознать, чистым ли металлом или сплавом (и каких элементов)" является блестящий образец явно металлического происхождения. История этой проблемы уводит нас в глубокую древность.

По своим физическим свойствам все простые вещества можно разделить на металлы и неметаллы . Часть из этих веществ можно определить визуально: железо – металл, а водород – нет. Однако для большинства элементов лучше знать четкие признаки, чтобы не ошибиться в классификации.

Вам понадобится

- таблица Менделеева.

Инструкция

Как уже было сказано, вещества различаются по своим физическим свойствам. Все металлы , за исключением ртути, при комнатной температуре являются твердыми веществами. Они обладают характерным «металлическим» блеском, хорошо проводят тепло и электрический ток. Большинство металлов пластичны, то есть, легко могут изменять свою форму при физическом воздействии на них.

По своим физическим свойствам неметаллы имеют гораздо больше различий, чем металлы . Они могут находиться в жидком (бром), твердом (сера) и газообразном (водород) состоянии. Обладают низкой теплопроводностью, плохо проводят и электрический ток.

Отличить металлы от неметаллов можно и по их строению. У неметаллов число свободных атомов на внешнем уровне больше, чем у металлов. Металлы имеют немолекулярное строение – они состоят из кристаллической решетки. Неметаллы же, напротив, обладают молекулярной или ионной структурой.

По сравнению с металлами, у неметаллов больший окислительно-восстановительный потенциал и электроотрицательность.

Для того чтобы отличить металл от неметалла , не обязательно изучать их физические и химические свойства, достаточно будет взглянуть на таблицу Менделеева. Мысленно проведите лесенку от бора до астата. Металлы располагаются в левой нижней части таблицы, а также в побочных подгруппах вверху от лесенки. Неметаллы – в оставшейся части в главных подгруппах.

Помимо этого, во многих таблицах неметаллы обозначаются красным цветом, а металлы – черным и зеленым.

Существуют также амфотерные элементы. Эти вещества способны в различных химических реакциях проявлять свойства как металлов, так и неметаллов. К таким элементам относятся цинк, алюминий, олово, сурьма. В своей высшей степени окисления они способны проявлять свойства, характерные для неметаллов.

Внимание, только СЕГОДНЯ!

Все интересное

Серная кислота по физическим свойствам – тяжелая маслянистая жидкость. Она не имеет запаха и цвета, гигроскопична, хорошо растворяется в воде. Раствор с содержанием H2SO4 менее 70% обычно называют разбавленной серной кислотой, более 70% –…

Цветные металлы - крупная группа различных типов металлов, объединенная общими признаками. Поскольку она является очень обширной, ее принято разделять на отдельные категории. Группа цветных металлов названа так в противовес другой крупной группе,…

Черные металлы - это обширная категория, включающая в себя как чистые вещества, так и их сплавы. При этом именно они составляют основную часть мировой металлургической промышленности. К категории черных металлов принято относить в первую очередь…

О металлических и неметаллических свойствах вещества целесообразно говорить в связи с периодической системой химических элементов. Таблица Менделеева устанавливает зависимость химических свойств элементов от заряда их атомного ядра. Все элементы…

«Знание шрифтов – одно из самых элементарных требований, предъявляемых к сыщику!», - так наставлял когда-то великий Шерлок Холмс своего друга и летописца доктора Ватсона. Аналогично этому, можно смело сказать: «Знание того, как…

Все простые вещества делятся на две большие группы: металлы и неметаллы. Первых в природе значительно больше. Каждая из групп простых веществ обладает характерными для нее свойствами. Инструкция1В нормальных условиях все металлы, кроме ртути,…

Выполнил ученик СЗТУ

Волков Владислав группа 191-07

На тему металлы и не металлы

Структура периодической системы

Периодическая система элементов

Группа → Период ↓

Лантаноиды *

Актиноиды **

п · о · р Семейства химических элементов
	Щелочные металлы	Неметаллы
	Щёлочноземельные металлы	Галогены
	Переходные металлы	Инертные газы
		Лантаноиды
	Полуметаллы - металлоиды	Актиноиды

Неметаллы.


2-й период
3-й период
4-й период
5-й период
6-й период

Кроме того к неметаллам относят также водород и гелий.

Физические свойства неметаллов.

Различный, например, бром красно-бурый, сера желтая, хлор желтовато-зеленый

нет блеска

Ковкость отсутствует

Теплопроводность только углерод (графит)

Электропроводность только углерод (графит) и черный фосфор

Металлы.

Из 118 химических элементов, открытых на данный момент (из них не все официально признаны), к металлам относят:

6 элементов в группе щелочных металлов,

6 в группе щёлочноземельных металлов,

38 в группе переходных металлов,

11 в группе лёгких металлов,

7 в группе полуметаллов,

14 в группе лантаноиды + лантан,

14 в группе актиноиды (физические свойства изучены не у всех элементов) + актиний,

вне определённых групп бериллий и магний.

Таким образом, к металлам возможно относится 96 элементов из всех открытых.

Свойства металлов

Характерные свойства металлов

Металлический блеск (характерен не только для металлов: его имеют и неметаллы иод и углерод в виде графита)

Хорошая электропроводность

Высокая плотность (обычно металлы тяжелее неметаллов)

Высокая температура плавления (исключения: ртуть, галлий и щелочные металлы)

Большая теплопроводность

В реакциях чаще всего являются восстановителями

Отличия металлов от неметаллов.

Ни о протекании электрического тока, ни о роли электронов в металле тогда, конечно, никто и не подозревал.

Всем известно, что металлы легко отличить от неметаллов характерным ярким серебристым или золотистым цветом, блеском их поверхности. Металлы пластичны, их куют, прокатывают, штампуют. Кроме того, металлы хорошо проводят тепло и электрический ток. Это так называемые физические свойства металлов. Есть у них и химические свойства. Окислы металлов обладают щелочными свойствами, и при соединении с водой они образуют щелочные растворы. Окислы неметаллов имеют кислотные свойства и, соединяясь с водой, образуют кислоты.
Все это было хорошо известно еще более 200 лет тому назад во времена Ломоносова, Лавуазье. А вот причины такого различия свойств металлов и неметаллов были найдены значительно позже, после того как было открыто электронное строение атомов. Напомним, что электрон был открыт лишь в 1895 году.
Электронное строение металлов . Каждому элементу Д. И. Менделеев еще в 1869 году приписал определенный атомный номер и поместил его в периодическую систему с этим номером, ничего еще не зная об электронах. Позже выяснилось, что номер элемента точно совпадает с числом электронов, вращающихся по нескольким орбитам. По наиболее близкой к ядру орбите вращаются обычно два электрона. По второй орбите, более удаленной от ядра, могут вращаться восемь электронов. Третья, еще более удаленная от ядра орбита, может вместить до 18 электронов. Если номер орбиты обозначить буквой n, а число электронов, которые она вмещает, через N, то количество электронов, несущихся на каждой орбите, можно выразить главным квантовым числом: N=2n 2 .
Возьмем, например, такой металл как алюминий. Его атомный номер 13 в таблице Менделеева. Это значит, что вокруг его ядра вращаются по разным орбитам 13 электронов. По первой орбите (n= 1) число электронов N окажется равным двум (N = 2). По второй орбите (n = 2) число электронов будет равно 8 (N = 2·2 2 = 8). По третьей орбите будут вращаться все остальные электроны и их окажется 13-(2 + 8)= 3. Это в то время, как третья орбита могла бы вместить 18 электронов. Выходит, что третья, наружная орбита у алюминия недоукомплектована. Три электрона, вращающихся по ней, наиболее удалены от ядра и поэтому наименее прочно связаны с ним. Они могут легко оторваться от своего ядра и перейти к соседнему атому.
Неукомплектованные орбиты . Выяснилось, что у всех металлов наружные электронные орбиты оказались недоукомплектованными. По ним вращаются, как правило, один, два, три и в редких случаях - четыре электрона. В то же время у неметаллов наружные электронные орбиты, наоборот, полностью или почти полностью укомплектованы.
Переходом наружных электронов от одних атомов к другим и было объяснено явление электрического тока. Числом электронов на наружной орбите было объяснено свойство валентности металлов. Электронное строение атомов дало ключ к объяснению таких явлений, как ферромагнетизм, полиморфизм, потенциал ионизации. Все эти вопросы получили отражение в разработанной советскими физиками теории металлического состояния.