Metalų cheminės ir fizikinės savybės
Chemijoje metalais vadinami elementai, kurie turi redukcinių savybių, turi tam tikrą agregatinę būseną, kristalinę sandarą, spalvą, blizgesį.Magnetiniu bei mechaniniu savybių, yra laidus elektrai bei šilumai.
Iš žinomu 105 elementų 83 yra metalai .Pagal tanki metalai skirstomi į :
Lengvuosius ir sunkiuosius, lengviausias metalas yra litis, sunkiausias osmis.
Metalai skirstomi į juoduosius ( geležis jos lydiniai) ir spalvotuosius(varis, jo lydiniai ir lydiniu komponentai) dar skiriami taurieji ir retieji metalai .
taurieji metalai (platinos šeimos metalai, auksas sidabras) labai atsparūs oksidacijai;
retieji metalai- mažai paplitę metalai(lantanoidai volframas, trenis ir kt).
Metalų fizikinės savybės:
Visi metalai išskyrus(Hg) kambario temperatūroje yra kietos kristalinės medžiagos. Metalų laidumas priklauso nuo metališkosios jungties ypatumo (metaluose esančių laisvųjų elektronų). Aukštoje temperatūroje metalų elektrinis laidumas yra nedidelis, nes tuomet elektronams tekėti trukdo kristalinės gardelės mazguose esančiu metalo jonu didelė svyravimų amplitudė. Kai kurių metalų ir daugelio lydinių, atšaldytų iki žemesnės, negu krizinė temperatūra elektrinė varža staigiai sumažėja iki 0. Ši medžiagų savybė vadinama superlaidumu. Metalai yra pirmos rūšies laidininkai, nes juose elektros srove perneša elektronai.
Didžiausiais laidumas elektrai ir šilumai yra sidabro, vario , aukso, aliuminio, mažiausias- švino ir gyvsidabrio.Elektros srovei ir šilumai laidus tik kieti ir skysti metalai.Metalu garai yra pavieniai elektronai, ir jie nelaidus elektrai
Savitoji šiluma.Tai šilumos kiekis, kurį reikia suteikti medžiagai, kad jos masės vieneto temperatūra pakiltų vienu laipsniu. Metalų savitoji šiluma nedidelė. Metalų sublimacijos šiluma tai šilumos kiekis, reikalingas vieno molio metalo masei paversti garais.Ji labai skirtinga.Metalų sublimacijos šiluma priklauso nuo kristalinės gardelės patvarumo.
Metalų milteliai sugeria šviesą ir atrodo juodi arba tamsiai pilki.Kuo lygesnis metalo paviršius, tuo geriau jis atspindi šviesą.
Svarbiausios metalų mechaninės savybės yra jų plastiškumas(savybė deformuojant išlaikyti igytą formą) ir kietumas.Metalų plastiškumas priklauso ir nuo priemaišų,kuo grynesnis metalas, tuo jis plastiškesnis.
Metalų kietumas taip pat priklauso nuo kristalinės gardelės sandaros.Kuo mažesnės jėgos reikia, kad metalo jonų sluoksniai pasislinktu vienas kito atžvilgiu, tuo minkštesnis metalas.(kiečiausias metalas- chromas 8.5 balo; deimanto 10 balų; geležis-4 balai)
Metalai yra polikristalinės ir izotropinės medžiagos. Daugelis metalų sudaro kelias polimorfines modifikacijas.Kiekviena metalo modifikacija pasižymi skirtingomis savybėmis.
Metalu magnetinės savybės yra nevienodos. Feromagnetiniai metalai yra geležis, kobaltas ir nikelis.
Kiti metalai yra diamagnetiniai arba paramagnetiniai( jų magnetinės savybės išnyksta nustojus veikti išoriniam magnetiniam laukui).
Metalų cheminės savybės.Cheminėse reakcijose metalai tik atiduoda elektronus ir oksiduojasi( jie reduktoriai).Metalų redukcinės savybės skirtingos.Kuo mažesnis metalų jonizacijos potencialas- tuo metalas aktyvesnis ir stipresnis reduktorius. Metalu aktyvumas nustatomas iš jos reakcijų.
Rusų mokslininkas M. Beketovas( 1865m) išnagrinėjo metalų išstūmimo reakcijas ir sudarė metalų išstūmimo eilę.Joje visi metalai surašyti pagal mažėjanti aktyvumą:Li, K,Ca, Na, Mg, Al, Ti, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni ,Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt, Au. Si eile vadinama metalu aktyvumo arba įtampos eilę.
Beveik visi metalai reaguoja su rūgštimis. Kokie reakcijos produktai čia susidaro , priklauso nuo metalo aktyvumo ir rūgšties sąvybių bei koncentracijos.Neaktyvūs metalai tirpsta koncentruotoje azoto rūgštyje ir ja redukuoja iki NO..
Cinkas, aliuminis, alavas, švinas pasižymi amfoterinėmis savybėmis, jie su rūgštimis sudaro paprastąsias druskas, o su šarmais- kompleksinius junginius.
Metalų oksidai gaunami veikiant jų sulfidus deguonimi, metalus veikiant kitų metalų oksidais, arba kaitinant hidroksidus.
Aukštoje temperatūroje kai kurie metalai reaguoja vieni su kitais, sudarydami intermetalinius(tarpmetalinius) junginius. Juose metalų atomai susiję metališkąja jungtimi ir jų cheminė formulė neatitinka metalo valentingumo. Intermetalinius junginius gali sudaryti 2 arba 3 metalai. Žemėje gryni aptinkami tik labai neaktyvus metalai.Visu kitu metalų randama junginiuose.Sunkieji metalai dažniausiai randami oksidų ir sulfidų pavidalu.
Mineralai, iš kurių gaminami metalai ,vadinami rūdomis, Daugelyje mineralų yra po kelis metalus.
Tokios rūdos vadinamos polimetalinėmis. Rūdos, kuriose be metalų yra ir kitų techniškai svarbių nemetalų – vadinamos kompleksinėmis.Rūdos būna susimaišiusios su uolienomis, todėl iškastose uolienose būna bergždo, kartais jo būna tiek daug, kad gaminti metalus tiesiog iš rūdų neapsimoka;
tada rūdos sodrinamos mechaniniu, elektromagnetiniu ir fizikiniu-cheminiu būdu. Iš polimetaliniu rūdų vieni metalai nuo kitu dažniausiai atskiriami choloridiniu būdu.
Svarbiausi metalu gavimo būdai yra metalurginis ir hidrometalurginis, dažniausiai metalai gaunami metalurginiu būdu, jis skirstomas į karboterminį ir metaloterminį.
Prie metalų terminių gavimo būdų priskiriamas ir metalų redukavimas vandenilio dujomis aukštoje temperatūroje.
Hidrometalurginiai metalai gaunami iš druskų , vandeninių tirpalų. Aktyvesniais metalais iš tirpalų išstumiami mažai aktyvūs metalai.Elektrolizės būdu iš tirpalų gaunami ir mažai aktyvūs metalai.