22: Метали

Last updated

Oct 25, 2022
Save as PDF
- 21.9: Кон'юговані системи
- 22.1: Прелюдія до металів

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Приблизно три чверті відомих елементів є металами і дуже добре проводять як тепло, так і електрику. Крім того, вони мають блискучі поверхні; вони здатні формуватися молотком (ковкий), а також втягуватися в дроти (пластичні). Ці властивості можна зрозуміти з точки зору металевого зв'язку, в якому валентні електрони делокалізовані над цілим металевим кристалом. Міцність металевого зв'язку варіюється приблизно як кількість електронів, доступних у цьому морі. Хімічні властивості металів включають схильність до втрати електронів і утворення позитивних іонів, а також здатність їх оксидів функціонувати як основи. Ступінь цих характеристик варіюється від одного металу до іншого.

22.1: Прелюдія до металів
Хімічні властивості металів включають схильність до втрати електронів і утворення позитивних іонів, а також здатність їх оксидів функціонувати як основи. Ступінь цих характеристик варіюється від одного металу до іншого. Кілька прикордонних випадків, таких як B, Si, Ge, As, Sb і Te, важко класифікувати як метали або неметали. Ці елементи зазвичай називають металоїдами або напівметалами.
22.2: Металеве склеювання
Електрони можуть подаватися в один кінець металевого дроту і видалятися з іншого кінця, не викликаючи явних змін у фізико-хімічних властивостях металу. Для обліку цієї свободи руху сучасні теорії металевого зв'язку припускають, що валентні електрони повністю делокалізовані; тобто вони займають молекулярні орбіталі, що належать до металевого кристала в цілому. Ці делокалізовані електрони часто називають електронним газом або електронним морем.
22.3: Металургія
Обробку руд можна розділити на три етапи. (1) Концентрація для видалення нікчемного матеріалу (породи) або перетворення мінералу у відповідну форму для подальшої обробки. (2) Найважливішим етапом є зменшення металу з позитивного ступеня окислення. Це може включати підвищені температури, хімічні відновники, електроліз або деяку комбінацію цих обробок. (3) Для досягнення чистоти, бажаної в кінцевому продукті.
22.4: Збагачення
Збагачення - це будь-який процес, який видаляє мінерали породи з руди для отримання продукту вищого ґатунку та потоку відходів. Збагачення може включати фізичні або хімічні процеси. Часто, як і у випадку з панорамуванням на золото, бажана руда або метал щільніше, ніж ганге. Останні можуть бути підвішені в потоці води і змиватися.
22.5: Зменшення металів
Легкість, з якою метал може бути отриманий з його руди, значно варіюється від одного металу до іншого. Оскільки більшість руд є оксидами або можуть бути перетворені в оксиди шляхом випалу, зміна вільної енергії, що супроводжує розкладання оксиду, утворює зручний показник того, наскільки легко метал може бути отриманий з його руди.
22.6: Переробка металів
Після того, як метал зменшується, він все ще не обов'язково достатньо чистий для всіх цілей, до яких він може бути поставлений. Очевидним прикладом є крихкість і низька міцність на розрив чавуну, характеристики яких роблять його придатним для лиття, але мало що інше. Виробництво сталі передбачає окислення домішок в основному кисні, мартенівських або електричних печах.
22.7: Корозія
Важливим аспектом використання деяких металів, зокрема заліза, є можливість корозії. Підраховано, що приблизно одна сьома всього виробництва заліза йде на заміну втраченого корозії металу. Іржа, мабуть, є гідратованою формою оксиду заліза (III). Для іржі потрібно як кисень, так і вода, і вона, як правило, прискорюється кислотами, деформаціями в залізі, контактом з менш активними металами, а також наявністю самої іржі.
22.8: Координаційні сполуки
Характерною особливістю перехідних металів є їх здатність утворювати групу сполук, званих координаційними сполуками, складними сполуками, а іноді і просто комплексами.
22.9: Геометрія комплексів
22.10: Хелатуючі агенти
Хелатуючі агенти - це ліганди, які здатні утворювати дві або більше координатних ковалентних зв'язків з іоном металу. Важливим і цікавим прикладом цього є хелатуючі агенти-ліганди, які здатні утворювати дві або більше координатних ковалентних зв'язків з іоном металу. Одним з найпоширеніших з них є 1,2-діаміноетан (зазвичай називають етилендіамін і скорочено en.) Для металів, які відображають координаційне число 6, особливо потужним лігандом є етилендіамінтетраацетат іон (ЕДТА).
22.11: Іони перехідних металів у водних розчині