Фізичні властивості металів – ЗАГАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ

ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина II. НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ

Розділ 12. ЗАГАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ

§ 12.2. Фізичні властивості металів

Механічна дія на кристал з ковалентним зв’язком спричиняє зміщення окремих шарів атомів, внаслідок чого зв’язки розриваються і кристал руйнується (рис. 12.1, а). Така сама дія на кристал з металічним зв’язком також спричиняє зміщення шарів атомів, проте завдяки переміщенню електронів по всьому кристалу розриву зв’язків не відбувається (рис. 12.1, б). Для металів

характерна висока пластичність. Вона зменшується в ряду Au, Ag, Сu, Sn, Pb, Zn, Fe. Золото, наприклад, можна прокатувати в листи товщиною не більш як 0,003 мм, які використовують для позолоти різних предметів.

Для всіх металів характерний металічний блиск, звичайно сірий колір і непрозорість, що пов’язано з наявністю вільних електронів.

Той факт, що метали мають хорошу електричну провідність, пояснюється наявністю в них вільних електронів, які під впливом навіть невеликої різниці потенціалів набувають

направленого руху від негативного полюса до позитивного.

З підвищенням температури посилюється коливання атомів (іонів), що утруднює напрямлений рух електронів і тим самим призводить і до зменшення електричної провідності. За низьких температур коливання, навпаки, сильно зменшується і електрична провідність різко зростає. Найбільшу електричну провідність мають срібло і мідь. За ними йдуть золото, алюміній, залізо. Поряд з мідними виготовляють і алюмінієві електричні проводи.

До речі, зазначимо, що у неметалів, яким властива провідність, з підвищенням температури електрична провідність зростає, що зумовлено збільшенням числа вільних електронів за рахунок розриву ковалентних зв’язків. При низьких же температурах неметали струм не проводять внаслідок відсутності вільних електронів. В цьому головна відмінність між фізичними властивостями металів і неметалів.

Здебільшого за звичайних умов теплопровідність металів змінюється в такій самій послідовності, як і їх електрична провідність. Теплопровідність зумовлюється високою рухливістю вільних електронів і коливальним рухом атомів, завдяки чому відбувається швидке вирівнювання температури в масі металу. Найбільша теплопровідність – у срібла і міді, найменша – у бісмуту і ртуті.

Різна густина металів. Вона тим менша, чим менша атомна маса елемента-металу і чим більший радіус його атома. Найлегший з металів – літій (густина 0,53 г/см3), найважчий – осмій (густина 22,6 г/см3). Як уже зазначалося, метали з густиною менш як 5 г/см називаються легкими, решта – важкими.

 Фізичні властивості металів   ЗАГАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ

Рис. 12.1. Зміщення шарів у кристалах з решітками:

А – атомною; б – металічною

Різноманітні температури плавлення і кипіння металів. Найбільш легкоплавкий метал – ртуть, її температура плавлення

– 38,9°С, цезій і галій плавляться відповідно при 29,0 і 29,8°С. Вольфрам – найбільш тугоплавкий метал, температура його плавлення З 390°С. Він застосовується для виготовлення ниток електроламп. Метали, які плавляться при температурі понад 1 000°С, називають тугоплавкими, при нижчій – легкоплавкими. Значну відмінність в температурах плавлення і кипіння слід пояснювати відмінністю в міцності хімічного зв’язку між атомами в металах. Дослідження показали, що в чистому вигляді металічний зв’язок характерний лише для лужних та лужноземельних металів. Однак у інших металів, і особливо перехідних, частина валентних електронів локалізована, тобто здійснює ковалентні зв’язки між сусідніми атомами. А оскільки ковалентний зв’язок міцніший, ніж металічний, то у перехідних металів температури плавлення і кипіння, як це видно з рис. 12.2, набагато вищі, ніж у лужних та лужноземельних.

Метали відрізняються за твердістю. Найтвердіший метал – хром (ріже скло), найм’якіші – калій, рубідій та цезій. Вони легко ріжуться ножем.

Метали мають кристалічну будову. Більшість з них кристалізуються в кубічній решітці (див. рис. 3.18).




Фізичні властивості металів – ЗАГАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ