Метали – це прості речовини більшості хімічних елементів приблизно 80 елементів періодичної системи елементів метали мають характерні властивості такі як пластичність, ковкість, блиск, електропровідність і теплопровідність.
Металевими сплавами називають речовини які складаються не менше як з двох компонентів і одним з них обов’язково повинен бути метал сплави металів відіграють велику роль оскільки дозволяють поліпшити властивості металів або надати їм нових властивостей.
Метали можна розподілити на різні групи за різними критеріями.
За хімічною активністю можна розділити на три групи:
- високоактивні
- середньої активності
- малоактивні.
За густиною метали можна розділити на:
- легкі. До легких відносяться метали, у яких густина не перевищує 5 г/см³, наприклад, алюміній.
- важкі. До важких відносяться метали, у яких густина перевищує 5 г/см³, наприклад, залізо.
За характером хімічних зв’язків можна розділити:
- лужні метали
- лужноземельні метали
- перехідні метали
- основні метали
- лантаноїди
- актиноїди.
Будова металів
Будова металів пов’язана з їх фізичними і хімічними властивостями. Метали складаються з атомів, які утворюють кристалічну гратку.
Кристалічна гратка металу не містить фіксованої кількості атомів. Це означає, що хімічна формула металу – це просто символ елемента.
Існує декілька типів кристалічних ґраток металів, які визначають їхню форму та властивості.
Кристалічні ґратки металів
Кубічна гранецентрована (КГЦ)
Кубічна гранецентрована (КГЦ) ґратка – це тип кристалічної ґратки металу, в якій кожен металевий іон оточений дванадцятьма сусідніми іонами на серединах граней куба. Це означає, що кожна одиниця ґратки містить чотири атоми: один на кожній з шести граней куба та один на одній з вершин
Деякі метали, які мають КГЦ ґратку, це алюміній, мідь, золото та срібло
Кубічна тілецентрована (КТЦ)
Кубічна тілецентрована (КТЦ) ґратка – це тип кристалічної ґратки металу, в якій кожен металевий іон оточений вісьмома сусідніми іонами на вершинах куба. Це означає, що кожна одиниця ґратки містить два атоми: один на центрі куба та один на одній з вершин
Деякі метали, які мають КТЦ ґратку, це хром, вольфрам, натрій та літій
Гексагональна компактна (ГК) ґратка
Гексагональна компактна (ГК) ґратка – це тип кристалічної ґратки металу, в якій кожен металевий іон оточений дванадцятьма сусідніми іонами на вершинах гексагонального призми. Це означає, що кожна одиниця ґратки містить шість атомів: один на кожній з шести вершин призми та три всередині призми
Деякі метали, які мають ГК ґратку, це цинк, кадмій, кобальт та титан.
Властивості металів
Атоми металів мають один або кілька електронів на зовнішньому рівні, які можуть легко переходити від одного атома до іншого. Це утворює електронне хмару навколо атомного ядра. Електронна хмара забезпечує зв’язок між атомами і визначає такі властивості металів, як пластичність, ковкість, електропровідність і теплопровідність.
Є декілька способів визначити електропровідність металу.
Один з них – це виміряти електричний опір металевого дроту за допомогою омметра і обчислити електропровідність за формулою:
σ = L/(R·S),
де σ – електропровідність, L – довжина дроту, R – електричний опір, S – площа перерізу дроту.
Інший спосіб – це використати спеціальний прилад, який генерує високочастотне електричне поле і вимірює зміну імпедансу металевої проби .
Пластичність металу можна покращити за допомогою таких методів:
• Зміна складу металу. Найбільшу пластичність мають чисті метали, тому зменшення кількості домішок і сполук може збільшити пластичність. Також можна додавати до металу компоненти, які знижують твердість і підвищують розсіювання дислокацій.
• Зміна температури металу. Загальним правилом є те, що пластичність металу зростає з підвищенням температури. Це пов’язано з тим, що при високих температурах атоми металу легше пересуваються і перебудовуються.
• Зміна швидкості деформації металу. Швидкість деформації – це величина, яка характеризує, наскільки швидко змінюється форма металу під дією сил. При низьких швидкостях деформації пластичність металу вища, ніж при високих. Це пов’язано з тим, що при повільному деформуванні атоми металу мають більше часу для релаксації і рекристалізації
Метали також мають ряд хімічних властивостей, таких як реакції з кислотами, основами, оксигеном і водою. Метали можуть утворювати сплави з іншими металами або неметалами, що змінює їх властивості і застосування.
Застосування металів
Метали мають багато застосувань у різних сферах життя. Ось деякі приклади:
- Електричне освітлення: Використовуються для проведення електричного струму та виготовлення лампочок.
- Їжа та вода: Використовуються для виробництва посуду, кухонного приладдя та упаковки продуктів.
- Медицина: метали використовуються для лікування дефіциту мікроелементів у людини та тварин, а також для виготовлення медичних інструментів та протезів.
- Машинобудування, вогнетривкість та автомобілебудування: Використовуються для виробництва машин для промисловості, сільського господарства, фермерства та автомобілів, які включають дорожні транспортні засоби, залізниці, літаки, ракети тощо.
- Декоративні вироби: Використовуються для виготовлення прикрас, монет, статуеток тощо.