介绍
金属是一种物质,其特征是其强度和传热能力和电力,以及许多其他的物理和化学性质。在室温下金属固体(水星的唯一例外)。大多数金属都有银色的灰色,闪亮的外观;几乎所有可以顺利进入线和锤成表。因为他们的强度和电导率以及他们的能力被改写成不同的形式,金属对现代技术是不可或缺的。
约四分之三的所有已知的化学元素是金属。有很多,并不是所有的金属都可以描述由一个定义。尽管大多数金属都是困难,诸如钠和钾——软切刀。大多数有很高的熔点,但是镓的熔点很低(85.6°F,或29.8°C)它融化在一只手的手掌。一些金属,包括铀,钍,镭,都是放射性。尽管如此,有一些物理和化学属性,一般常见的金属;这些属性可用于金属和非金属元素区分开来进行分类。
金属的化学性质之一,例如,金属的趋势分离成带正电的离子在溶液中。金属离子在许多生命过程发挥着基础性的作用。铁例如,离子的结构至关重要血红蛋白血液成分,把氧气从肺部。钙和钾离子是必要的神经冲动的传导和正常的心脏功能。非金属离子,也往往是带负电荷的,许多生命过程是至关重要的。
某些元素类似金属,但区别于他们他们的物理和化学性质的差异。这些元素被称为准金属或半金属。硅和锗是两个商业有用的目的。电脑芯片和硅是一个重要的组成部分半导体设备。其他化学元素分为准金属包括硼,砷,碲。
在自然界中,一般金属形成化合物的氧气,称为氧化物,或硫称为硫化物,或形成物理混合物与岩石和其他化合物。这些化合物或矿石开采,其中的金属分离加工成工业有用的形式。金属的分离和处理冶金。
尽管有各种各样的自然金属、工程师通常需要材料属性,没有可用的金属。来填补这些需求,冶金学家创造合金金属结合其他金属,非金属矿物,或者既扩展范围的金属的属性。钢例如,是铁和碳的合金。
金属的物理性质
金属的物理性质可用于分类和比较金属、非金属元素,金属。大多数金属都高密度,或高质量单位体积。金属往往有高强度,或抵制被扭曲的能力从原来的形状。大多数金属也有很大的可塑性:他们可以改变他们的形状而不破坏。金属也往往有相当大的弹性。金属弹簧可以拉伸,例如,但删除负载时,原来的合同长度。
大部分金属熔点高,所以他们在室温下保持稳定(68°F或20°C)。唯一的例外是汞;的熔点−37.97°F (−38.87°C),汞在室温下是液态。(注意,尽管镓的熔点(85.6°F,或29.8°C)和铯(83.3°F,或28.5°C)是相当低的,他们仍然在室温下固体)。相比之下,一些非金属元素可能在室温下在液体或气体状态。
光泽、可塑性、延展性、导电性等物理特性用于识别和分类金属。这些属性随金属的程度。所有金属luster-that是,他们是闪亮的,当新鲜cut-whereas非金属矿物通常很枯燥。金属的可塑性(他们可以敲打成薄片在不破坏)和韧性(他们可以加入细电线没有打破)。非金属不是韧性或延展性,然而;他们往往是脆弱的,如果锤或打破容易。
Conductivity-the传热能力和电力是一个关键金属的性质。金属往往是热和电的良导体,尽管有些金属导体比其他人更好。高热导率的铝、铜和铁使他们特别是烹饪锅的好材料。的高导电性铜,黄金,银,铂使得这些金属线和特别有用电路。相比之下,非金属矿物是热和电的不良导体。
金属也sonorous-they袭击时做一个响亮的声音。非金属元素缺乏这个属性。
金属的电子结构解释了他们的许多属性。一个单一的金属原子由一个核,由质子和中子组成,层,或外壳,电子围绕原子核。每个壳接受一定数量的电子填满,一个新的壳开始前(看到元素周期表)。金属原子的外层通常不是它所能容纳的充满了所有的电子。因此当许多原子聚集在一起形成一个固体金属,最外层的电子壳共享邻近原子从一个原子的壳和自由移动到另一个。如果这些电子移动在一个大致方向,直接电电流流过金属。
涉及整个原子的热现象。固体金属的原子排列在一个常规的结构。当金属被加热时,原子振动,影响他们的邻居振动。金属的延展性和韧性,因为表这些原子可以逐渐过去。
准金属一般展览性质介于这些典型的金属和非金属矿物。准金属往往是脆弱的(如非金属元素),但有些闪亮的(如金属)。在室温下不导电,但成为与金属加热时电导体。
化学反应的金属
大部分金属进行化学反应与其他物质。这些反应的特点和形成的产品可以帮助分类和识别金属。
与氧气反应
金属与氧气反应形成化合物称为金属氧化物:
例如,金属镁与氧气反应生成氧化镁:
当暴露于氧气的几个金属反应强烈。镁燃烧的白色火焰,氧化镁形成白色粉末。产生一个充满活力的黄色火焰氧化钠钠形式。钾也反应强烈,产生一个淡紫色的火焰,和超氧化钾,桔子粉。因为它们与氧反应,这些金属通常存储在石油在实验室;这有助于防止意外接触空气。
有些金属与氧气反应不积极,形成粉状金属氧化物覆盖在金属表面。大量的金属,包括铁和锌,不干燥的空气中的氧气反应;然而,当水和氧气存在,这些金属在潮湿的空气中,通过这一过程被称为形成金属氧化物腐蚀。铁的腐蚀生锈。一些金属不与氧气反应。这些包括黄金、白银、铂金。
与水反应
大多数金属与水反应形成金属氢氧化物和氢气作为产品:
例如,金属钾与水反应生成氢氧化钾和氢气:
有些金属与水混合时比其他人更被动。的碱金属,如钾、钠、锂、很容易与水。钾,并立即产生剧烈反应,产生氢气的淡紫色的火焰和泡沫;氢氧化钾形式粉和迅速溶解,形成一个强烈的解决办法基本(碱性)。钠与水反应迅速而强烈,立即融化形成一个小灰色球在表面起泡,有时产生一个橙色的火焰。氢氧化钠是白色粉末在水中,但很快溶解,形成一种无色和强碱性的解决方案。锂也反应强烈,虽然不像钾和钠剧烈。
一些金属不与水反应。钙与水反应积极,虽然不是一样大力钠和钾。一些金属水反应随温度的水。例如,镁与冷水反应缓慢,形成氢氧化镁和氢气。用热水或蒸汽,然而,镁更积极地反应,形成氧化镁和氢气。
锌和铁等金属,不与水反应本身,但他们的反应与潮湿的空气慢慢形成金属氧化物通过腐蚀。一些金属,包括铜、银和金,不与水反应。缺乏与水反应的原因之一就是今天广泛用于铜水管。
与酸反应
金属与酸反应形成化合物称为盐。这些反应也产生氢气体:
盐生产的类型取决于所使用的金属和酸的类型的类型。例如,镁与盐酸反应生成盐氯化镁和氢气:
与其他化学反应,一些金属反应更强烈酸比其他金属。例如,钙、镁、铝、锌和酸混合在一起的时候有点积极反应。其他金属,如铁和铜,很少或根本没有反应。
反应的金属
一般来说,活性金属越多,越有可能进行的化学反应,形成一种化合物。比较金属与水的反应,氧气,酸可用于排名的金属的顺序reactivity-from至少活性。这个列表称为反应级数。这个系列可以用于预测其他反应与这些金属。
活性金属越多,越高它出现在系列。锂、钾、钡、钙和钠的顶部发现大多数反应级数。这些金属往往反应强烈,有时暴力与水,酸,和氧气。镁也在榜单上排名高,刚刚这第一组。活性低于镁金属,如铝,锌和铁,在反应性递减的顺序排在它。因为他们是如此稳定、铜、金、银、铂发现底部的反应级数。
位移反应
一系列反应是有用的预测不仅如果金属与金属化合物反应,还什么产品会形成的反应。这种金属比金属的化合物活性将推动,或取代,在化学反应活性金属越少。换句话说,如果金属活性比金属B,然后金属将取代金属B在一个化学反应。反应一个金属取代另一个从一种化合物被称为位移反应。
例如,锌比是铁反应。如果锌与铁氧化物混合,化学反应发生在锌取代铁的化合物。这个反应是氧化锌和铁的产品:
这种金属活性低于金属化合物不会取代它,也没有化学反应。例如,铜活性低于铁。如果铜与铁硫酸盐溶液混合,它不会取代硫酸的铁化合物,也没有化学反应将:
然而,如果铁与硫酸铜溶液混合,将取代铜铁:
这种反应是因为铁活性比铜、它可以使用一系列反应性预测。
艾伦•陈
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