금속은 사람이 자신의 필수 요구 사항을 충족시키는 가장 일반적인 유형의 재료입니다. 이제 인류는 금속 시대에 살고 있으며 모든 산업, 과학, 문화 및 인간 생활의 발전은 기계, 메커니즘, 도구 및 기타 금속 제품 없이는 생각할 수 없습니다.
석기 시대(Stone Age)에서 금속으로 인간이 전환하는 과정은 길고 복잡했습니다. 그것은 사회 발전의 혁명적 도약의 결과로 발생한 것이 아니라 오랜 기간에 걸쳐 점차 인간의 일상 생활에 들어 왔습니다. 일상 생활에 들어온 최초의 금속은 야금 시대를 열고 세계 최초의 합금 인 청동을 제공 한 구리였습니다. 고고학 자료에 따르면 구리 제련에 대한 최초의 정보는 6500-5700년 전으로 거슬러 올라갑니다. 기원전. 수천 년 동안 물질문화의 근간이 되었고, 동기 시대는 점차 청동기 시대로 넘어갔다.
야금술의 다음 단계는 철(철기 시대)의 사용이었으며 그 시작은 기원전 2000년경으로 거슬러 올라갑니다. 구리, 청동, 금 및 기타 저 융점 금속 및 합금의 제련 경험이 축적되어 순철 및 그 합금을 얻을 수있었습니다. 철생산의 발전은 생산력의 발전과 기술진보의 강력한 동력이 되었다. 고대에는 구리, 금,은, 주석, 납, 철, 수은 및 안티몬의 8 가지 금속이 사람에게 알려졌습니다. XVIII 세기 말까지. 그 수는 20개로 늘었고 현재 약 80개의 금속이 생산되어 사용되고 있습니다.
지각의 풍부한 요소는 몇 퍼센트에서 백만분의 일까지 다릅니다. 가장 일반적인 10가지 원소의 총 함량(산소 - 47.00, 규소 - 29.50, 알루미늄 - 8.05, 철 - 4.65, 칼슘 - 2.96, 나트륨 - 2.50, 칼륨 - 2.50, 마그네슘 - 1.87, 티타늄 - 0.45, 수소 - 0.15) 지각 질량의 99.63%를 차지하며, 다른 모든 원소는 지구 전체 질량의 0.37%에 불과합니다. 일부 잘 알려진 금속의 지각에서 보급에 대한 아이디어는 클락의 값, 즉 아래에 주어진 지각의 산술 평균 함량(%):
자연계에서 가장 희귀한 것은 폴로늄과 악티늄이며 클라크는 10-15%에 가깝습니다.
금속의 기술적 중요성은 자연의 보급, 필요성에 따라 결정됩니다. 국가 경제및 제조 능력. 마지막 두 가지 요소는 특정 유형의 금속 생산 규모를 결정합니다. 금속 생산에서 생산량의 약 95%(약 8억 톤)는 철과 탄소 및 기타 합금 성분의 합금인 주철 및 강철입니다. 주요 비철금속의 연간 생산량은 (백만 톤) 수준입니다. .): 알루미늄 23–24; 구리 10–11; 니켈 0.5–0.7; 리드 4–5; 아연 5–6; 마그네슘 0.2-0.3; 주석 0.20-0.25; 몰리브덴 0.14–0.15; 티타늄 약 0.1.
광석 및 기타 유형의 금속 함유 원료에서 금속을 생산하는 것은 중공업의 가장 큰 분야인 야금에 의해 수행됩니다. 야금은 지질학, 채광, 농축, 야금 자체, 주조 생산 및 다양한 방법(압력, 온도, 기계적 방법 등)에 의한 금속 가공을 포함하여 광업 및 야금 생산의 중심 연결 고리입니다. 야금은 야금 공정을 구현하는 동안 가공된 재료가 다양한 물리적 및 화학적 변형을 겪기 때문에 화학 기술의 원칙을 기반으로 합니다. 따라서 야금학은 물리학, 화학, 특히 물리화학과 밀접하게 연결되어 있어 야금학의 이론적, 실제적 기초가 된다. 최근 몇 년 동안 야금과 수학 및 컴퓨터 기술 간의 연결이 증가하고 있습니다.
러시아의 야금 산업은 현재 D.I. 주기율표의 78개 원소를 생산합니다. 멘델레예프, 다른 종류비료, 건축 자재, 황산 및 유황, 시멘트 및 기타 여러 제품. 러시아의 야금술은 고도로 발달된 재료 생산 분야입니다. 러시아 광산 산업 발전에 특히 중요한 것은 M.V. Lomonosov, D.I. Mendeleev 및 철 금속 생산의 주요 전문가 P.P. 아노소바, D.K. 체르노바, N.N. Beketova, I.P. Bardin 및 기타 다수. A.A.는 국내 비철 야금 개발에 매우 귀중한 기여를했습니다. Baikov, NS. Kurnakov, P.P. Fedotiev, V.A. Vanyukov, AI. Belyaev, I F. Khudyakov, AN Volsky 및 기타.
대부분의 금속은 일반적인 특성을 갖고 있으며 다른 단순하거나 복잡한 화합물의 특성과 다른 여러 특성을 가지고 있습니다. 이러한 특성은 대부분의 금속의 상대적으로 높은 융점, 빛을 반사하는 능력, 높은 열 및 전기 전도성, 롤링 능력입니다. 이러한 특징은 금속에 특수한 유형의 결합인 금속이 존재하기 때문에 설명됩니다.
의 규정에 따라 주기율표금속 원자는 적은 수의 원자가 전자와 많은 빈 궤도를 가지고 있습니다. 또한, 원자가 전자는 핵에 다소 약하게 결합되어 있으므로 금속의 결정 격자에서 큰 이동 자유도를 갖습니다. 금속 상태의 일반적인 그림은 다음 형식으로 나타낼 수 있습니다. 금속의 결정 격자 노드는 개별 원자와 이온 모두에 의해 점유되며, 그 사이에서 전자는 상대적으로 자유롭게 이동하며 때로는 전자 가스라고 합니다(그림 1).
쌀. 그림 1. 금속 결정 격자에서 원자, 이온 및 전자의 배열 방식: 1 – 원자; 2 - 이온; 3 - 전자 원자가 전자는 금속 결정에 거의 균일하게 분포되어 있기 때문에 금속 결합의 방향성을 말할 수 없습니다. 이것은 공간에서 엄격한 방향을 갖는 공유 결합과의 중요한 차이점입니다. 금속 결합은 강도 면에서도 공유 결합과 다릅니다. 에너지는 공유 결합 에너지보다 3-4배 적습니다. 금속 결정에서 이동 전자의 존재는 그 특성(전기 전도도, 열 전도도)을 설명합니다.
금속 결합은 원자가 전자가 적고 자유 궤도가 많고 원자가 전자가 핵에 의해 약하게 유지되는 일종의 무 방향성 공유 화학 결합으로 정의 할 수 있습니다
따라서 금속은 화학 원소이며 결정 격자는 원자와 이온으로 구성되며 전자는 핵 사이의 공간에서 자유롭게 움직입니다. 원자 사이의 결합은 공유 결합이며, 이온과 전자 사이의 결합은 금속성입니다.
원자는 끊임없이 전자를 잃고 이온으로 바뀌고 후자는 전자를 받아들여 원자가 됩니다. 가스 분자와 같이 결정 격자에서 무작위로 방황하는 전자의 수는 금속마다 다르며 금속 결합의 비율과 원소의 금속성 정도를 결정합니다.
1902년에 처음으로 표현된 결정 격자의 개념 - "자유롭게 떠돌아다니는 전자의 구름 속에 잠긴"은 이제 보완되었고 약간 수정된 해석을 얻었습니다. 그러나 원래의 단순화된 형태에서도 금속의 높은 전기 전도성, 열 전도성 및 열전자 방출을 잘 설명합니다.
상호 인력과 반발력은 결정 격자 노드의 원자와 이온에 작용합니다. 이온과 원자의 진동 진폭은 온도에 따라 달라지며 그에 따라 증가합니다. 녹는 점에서 진동 진폭이 너무 커서 격자가 파괴됩니다. 원자와 이온은 영구적인 위치를 잃고 액체 상태의 특징인 무작위 운동으로 들어갑니다. 이온과 전자 사이의 결합을 금속이라고 하며, 원자 사이의 결합을 공유 결합이라고 합니다. 방황하는 전자의 수는 이러한 유형의 화학 결합의 비율에 따라 다릅니다. 이 숫자가 클수록 요소의 금속 특성이 더 두드러집니다.
금속 결합의 강도는 금속의 많은 물리적 및 기계적 특성을 설명합니다.
금속에 대한 외부의 기계적 영향은 결정 격자 층의 이동을 유발하지만 전자의 자유로운 이동성으로 인해 이온과 전자 사이의 결합이 침해되지 않습니다. 이러한 이유로 금속은 강하고 연성이 있으며 모양이 변하지만 강도를 잃지 않습니다. 구리와 금에는 많은 자유 전자가 있으며 금속 결합이 공유 결합보다 우세합니다. 이 금속은 플라스틱, 단조, 뜨개질입니다. 안티몬과 비스무트는 상대적으로 자유 전자가 적기 때문에 부서지기 쉽습니다.
가장 일반적인 비철 금속의 일부 물리적 및 기계적 특성이 제공됩니다(표 1).
1 번 테이블 "사회화 된"전자의 결정 격자 공간에서의 이동으로 인한 전기 전도도는 분명히 이동의 자유, 즉 원자의 올바른 배열, 열 진동의 진폭 및 주파수에 따라 달라집니다. 실제로 온도가 상승하면 격자 부위의 진동 진폭이 증가하고 전자 산란이 증가하며 전기 전도도가 감소합니다. 그것은 냉각과 함께 다시 증가합니다. 절대 영도에 가까운 온도에서 일부 금속 및 합금의 전기 저항은 매우 작아집니다. 매우 낮은 온도에 대한 필요성은 여전히 이 가치 있고 흥미로운 현상의 실제 사용을 방해합니다. 20세기 중반에 니오븀, 알루미늄 및 게르마늄 합금에서 발견된 영하 253°C에서의 초전도성은 드문 현상입니다. 또 다른 이러한 "고온" 초전도체는 니오븀과 갈륨의 합금입니다.
다른 원소의 작은 불순물이라도 존재하면 전기 전도도가 감소합니다. 격자의 질서를 방해하고 전자를 산란시킵니다. 전자는 또한 단조, 압연 또는 기타 유사한 가공에 의한 변형과 같은 외부 기계적 작용의 결과로 변위된 원자에 의해 산란됩니다.
열 전도도는 전기 전도도와 마찬가지로 거의 항상 온도에 따라 변합니다. 가장 전기 전도성이 높은 금속은 열을 잘 전도하고 상대적으로 전기 저항이 높은 금속은 더 나쁩니다. 열전도도는 격자 내 원자의 진동과 자유 전자의 이동 모두와 관련이 있습니다. 후자가 우세한 것 같습니다.
기계적 특성 - 인장 강도, 압축, 굽힘, 경도 및 가소성은 금속 결합뿐만 아니라 주로 높은 좌표 수를 가진 조밀한 공간 격자를 갖는 금속의 결정 구조의 특징에 의해 설명됩니다. 그 중 가장 전형적인 것이 표시되어 있으며(그림 2), 이는 원자 중심 배열의 다이어그램으로만 이해되어야 합니다. 실제로, 통상적으로 구체로 표현되는 원자는 조밀하게 채워져 부피의 70%만을 차지합니다(그림 2d, 1 참조).
쌀. 2. 금속의 전형적인 결정 격자 및 구조적 결함: 많은 금속은 액체 또는 고체 상태에서 상호 용해되거나 화학적 금속간 화합물을 형성하며, 그 결과 다른 결정 시스템이 발생하고 특성이 광범위하게 변경됩니다. 그것은 관하여특수한 특성을 가진 새로운 귀중한 재료를 얻을 수 있는 범위를 여는 합금에 대해. 액체 금속을 혼합할 뿐만 아니라 분말을 소결하거나 고체 금속(합금)의 표면층에 있는 모든 원소를 용해하여 얻어지는 수천 개의 이원, 삼원 및 더 복잡한 합금이 이미 사용됩니다.
탄성 및 소성 변형 능력, 높은 전기 및 열 전도성 및 기타 기능은 목재, 석재, 플라스틱과 같은 다른 고체에 내재되지 않은 일련의 속성을 구성합니다. 이것은 금속과 합금이 현대 기술의 가장 중요한 재료라는 부인할 수 없는 인식을 설명합니다.
M. V. Lomonosov는 금속을 "... 단조할 수 있는 가벼운 몸체"로 정의했습니다. 요즘에는 높은 전기 및 열 전도성의 징후로 이를 보완하는 것 외에도 많은 특성이 순도 및 기계적 처리에 의존한다는 점에 유의해야 합니다. 동일한 금속이 가단성과 부서지기 쉬울 수 있습니다. 실제 결정에는 항상 다양한 결함이 존재하며, 이로 인해 기계적 및 기타 물리적 특성은 금속 결합 및 결정 격자의 특징에만 기인할 수 없습니다.
불순물 원자가 차지하는 자리뿐만 아니라 채워지지 않은 격자 자리, 빈자리(그림 2 참조)와 같은 점 결함이 용융물에서 결정화되는 동안 나타납니다. 선형 및 편평한 결함 - 전위는 결정화 중에 또는 불완전한 원자 층 또는 상호 변위 및 때로는 인터레이스 형태의 기계적 처리 결과로 얻어집니다.
금속 또는 합금 면적 1 cm 2 당 총 결함 수는 종종 10 6 을 초과합니다. 포인트 결함은 주로 전기 및 열 전도성을 감소시키는 반면 다른 결함은 기계적 특성도 감소시킵니다.
일반 금속 및 합금은 다결정이며 무작위 방향의 입자 집합체로 구성됩니다. 각 입자에서 기본 결정은 동일한 방향을 갖지만 인접한 입자에서는 서로 다른 방향을 가지며 때로는 큰 각도로 위치합니다(그림 3). 입자 경계에 불순물이 축적되고 가스 공극이 형성됩니다. 물성이 저하될 뿐만 아니라 내식성도 저하된다.
쌀. 3. 큰 각도로 위치한 금속 입계 전위 방향을 따라 결정층을 이동시키거나 입계에서 결정층을 깨뜨릴 가능성은 강도를 감소시킵니다. 어닐링 후 강도가 어느 정도 증가합니다. 확산의 결과로 전위가 부분적으로 제거되고 입자가 더 미세해질 때 가열 및 서냉.
가공은 때때로 전위의 얽힘과 관련된 경화를 유발합니다. 연성의 감소 및 취성의 출현과 함께 현저한 경화의 또 다른 이유는 예를 들어 강철의 탄화철 F 3 C 또는 티타늄, 텅스텐, 몰리브덴의 산화물 및 질화물과 같은 외부 불용성 상의 출현 또는 도입과 관련이 있습니다. . 이러한 화합물의 입자는 금속층의 상호 변위를 방지합니다. 불순물로부터 금속을 정제하면 일반적으로 연성이 크게 향상되고 가공이 용이해집니다.
액체 금속은 원자와 이온 사이의 상대적으로 작은 결합에서 고체 금속과 다르지만 여기에서도 전자의 자유로운 이동이 보존되므로 전기 및 열 전도성도 있습니다.
다른 온도에서 동일한 금속은 다른 결정 격자를 가질 수 있습니다. 한 시스템에서 다른 시스템으로의 전환은 노드 사이의 거리와 해당 위치를 변경하며, 이 전환은 다형성 수정의 속성에 상당한 영향을 미칩니다. 예를 들어, 상온에서 밀도가 7.29g / cm 3 (β - 수정) 인 정사각형 시스템의 연성 반짝이는 금속으로 알려진 주석은 13.2 ° C 미만의 온도, 특히 급속한 과냉각에서 회색으로 변합니다. 밀도가 5.85g / cm 3 인 입방체 시스템으로 결정화되는 분말 (α - 수정). 유사한 변형은 다른 많은 요소의 특징입니다.
금속의 화학적 활성은 전압의 전기화학적 계열에서의 위치에 의해 특징지어질 수 있으며, 여기에서 금속은 정상적인 전기화학적 전위 또는 전극 전위가 증가하는 순서로 배치됩니다. 정상적인 전극 전위의 대수 값이 클수록 금속의 환원 능력과 화학적 활성이 낮아집니다. 일련의 전압에서 각 금속은 수용액과 소금 용융물에서 오른쪽에 있는 금속을 대체할 수 있습니다.
음의 전기 화학적 전위를 가진 금속은 쉽게 산화되기 때문에 산화물, 할로겐화물, 황화물, 규산염 및 기타 염과 같은 화합물의 형태로만 자연에서 발견됩니다. 전위가 증가함에 따라 화학 활성이 감소하므로 금속의 자유 상태는 점점 더 안정됩니다. 예를 들어, 구리, 은, 수은은 자연에서 염의 형태로 뿐만 아니라 자유 상태로 발견되는 반면 금과 백금은 대부분 자유 상태로 존재합니다. 전극 전위와 금속의 일부 특성 사이의 관계가 표시됩니다(표 2).
금속을 화학 원소로 특성화할 때 D. I. Mendeleev의 주기율 체계는 금속과 비금속을 명확하게 구분하지 않는다는 점에 유의해야 합니다. 이것은 자연스러운 현상입니다. 각 요소는 금속성 및 반금속 특성의 유전체 단일체이며, 핵 전하 및 전자 껍질 수가 증가해도 모순되는 특성이 제거되지 않습니다.
수소, 비활성 기체, 할로겐, VI족 원소 - 산소, 황, 셀레늄, 텔루륨 및 폴로늄, 붕소, 탄소, 질소, 규소 및 인은 명백한 비금속으로 쉽게 인식됩니다. 그들 모두는 금속의 기본 산화물 및 수산화물 특성을 제공하지 않습니다. 그러나 다른 원소들 중에서 일부는 양쪽성 수산화물을 가지고 있습니다. 특히, 아연 및 알루미늄과 같이 명백해 보이는 금속에서 산화물은 산성 및 염기성 특성을 모두 나타냅니다.
금속의 결정 격자에 일반적인 경우위에서 언급했으며 대부분의 화학 원소에 대해 조건부로 표에 표시됩니다. 4. 그러나 결정 구조의 차이는 우리가 관심을 갖는 요소를 세분화할 근거도 제공하지 않습니다. 일반적으로 금속으로 간주되는 수은과 비스무트는 대부분의 다른 금속에서는 드문 마름모꼴 시스템에서 결정화되는 반면 인듐과 주석은 정방정계에서 결정화됩니다.
금속과 반금속 사이의 가장 명확한 조건부 경계는 전기 전도도 또는 그 역수인 전기 저항률을 비교하여 그릴 수 있습니다. 명백한 금속 - 니켈의 경우 전기 저항은 6.8∙10 -6(Ohm∙cm)이고 탄소 준금속의 경우 흑연 변형에서만 1375∙10 -6(Ohm∙cm)입니다. ).
이 특징에 초점을 맞추어 80개 원소는 금속에, 23개 원소는 비금속 및 준금속에 귀속되어야 합니다.
또한, 야금의 영역을 지각을 구성하는 원소인 프란슘, 테크네튬, 프로메튬 및 악티늄족으로 제한하여 아메리슘으로 시작하여 80에서 제외하고 최종 금속 수는 동일하게 결정해야 합니다. ~ 68(표 3).
표 3 원자재 사용의 복잡성에 대한 요구와 종종 준금속을 포함하는 합금의 광범위한 생산과 관련하여 야금에서 추출되는 실리콘, 게르마늄, 때로는 셀레늄 및 텔루르에 따라 전통이 발전했습니다. 원자재는 때때로 금속으로 잘못 분류됩니다. 이와 함께 화학 산업에서는 전형적인 금속인 나트륨을 받아들입니다. 이것은 화학과 야금술 사이의 긴밀한 연결을 보여줍니다. 이전에 야금은 용융물을 주로 사용한다는 점에서 화학 기술과 구별되었습니다. 고온, 이제이 기능은 점점 더 잃어 가고 있습니다. 화재 고온 야금과 함께 시약 수용액으로 침출하여 광석에서 금속을 추출한 다음 전기 분해 또는 시멘트 화로 환원하는 습식 야금의 중요성이 증가하고 있습니다.
수착, 추출, 침전, 공침 및 기타 화학적 처리 방법은 용해된 물질의 분리 및 농축을 위한 중간 단계로 사용됩니다.
가장 집중적 인 산업화 기간 동안 우리나라에서 전통적으로 확립 된 금속의 산업 분류는 명확한 과학적 근거가 없지만 기술 문헌 및 일상 생활에서 널리 사용됩니다. 일부 다른 국가에서 허용되는 첫 번째 근거는 철 및 기타 금속 생산 규모의 급격한 차이입니다. 야금 제품의 총 질량에서 철 합금은 약 93%를 차지합니다. 따라서 "철 금속"(철 및 그 합금-주철 및 강철) 및 기타 "비철"이 있습니다.
우리나라에서는 조건부로 허용되는 철 및 비철 금속의 이름이 이에 해당합니다. 비철금속은 몇 가지 일반적인 특성에 따라 표 3과 4에 표시된 여러 그룹과 하위 그룹으로 세분됩니다.
위의 분류에는 그룹명의 원칙조차 없다. 그래서 지난 세기 말 알루미늄은 희소금속으로 여겨졌고 현재는 생산과 소비 측면에서 비철금속 중 1위를 차지하고 있습니다. 일부 금속공학자들은 티타늄을 내화성 희소금속에, 다른 사람들은 경금속에 기인하기 때문에 티타늄 문제는 최종적으로 해결되지 않았습니다. 따라서 서로 다른 관점을 고수하는 다른 야금 학자들은 개별 금속을 다른 그룹에 귀속시킵니다.
정의
자연 속에 있음
금속 특성
금속의 특성
금속의 물리적 특성
금속의 화학적 성질
미세한 구조
알칼리 금속
알칼리 금속의 일반적인 특성
알칼리 금속의 화학적 성질
알칼리 금속 얻기
수산화물
탄산염
루비듐
알칼리 토금속
칼슘
스트론튬
전이 금속
전환 요소의 일반적인 특성
알류미늄
기타 금속
금속의 응용
건축 자재
전기재료
도구 재료
야금
이야기
광업 야금
금속은(이름은 라틴어 metallum - 광산에서 유래) - 높은 열 및 전기 전도성, 양의 저항 온도 계수, 높은 연성 등과 같은 특징적인 금속 특성을 가진 원소 그룹. 모든 화학 원소의 약 70%가 금속에 속합니다. .
자연 속에 있음
대부분의 금속은 광석과 화합물의 형태로 자연에 존재합니다. 그들은 산화물, 황화물, 탄산염 및 기타 화합물을 형성합니다. 순수한 금속을 얻고 더 많이 사용하려면 광석에서 분리하고 정제해야 합니다. 필요한 경우 합금 및 기타 금속 가공이 수행됩니다. 이것에 대한 연구는 야금학입니다. 야금은 철 금속 광석(철 기반)과 비철 광석(철은 구성에 포함되지 않으며 약 70개 원소만 포함됨)을 구별합니다. 금, 은, 백금도 귀금속입니다. 또한 해수, 식물, 살아있는 유기체에 소량 존재합니다 (중요한 역할을 함).
인체의 3%가 금속으로 구성되어 있다고 알려져 있습니다. 우리 세포의 대부분은 림프계에 집중된 칼슘과 나트륨입니다. 마그네슘은 근육과 신경계에 축적되고 구리는 간, 철은 혈액에 축적됩니다.
금속 특성
금속의 특성
금속 광택(흑연 형태의 요오드 및 탄소 제외. 금속 광택에도 불구하고 결정성 요오드 및 흑연은 비금속입니다.)
우수한 전기 전도성(카본 제외)
경가공 가능.
고밀도(보통 금속이 비금속보다 무겁습니다.)
높은 녹는점(예외: 수은, 갈륨 및 알칼리 금속.)
뛰어난 열전도율
반응에서 이들은 항상 환원제입니다.
금속의 물리적 특성
모든 금속(수은 및 조건부로 프랑스 제외)은 정상적인 조건에서 고체 상태이지만 경도가 다릅니다. 그래서 알칼리 금속은 식칼로 쉽게 잘리고, 바나듐, 텅스텐, 크롬 등의 금속은 가장 단단한 강철과 유리도 쉽게 긁는다. 아래는 Mohs 척도에서 일부 금속의 경도입니다.
융점 범위는 -39°C(수은)에서 3410°C(텅스텐)입니다. 대부분의 금속(알칼리 제외)의 녹는점은 높지만 주석 및 납과 같은 일부 "일반" 금속은 일반 전기 또는 가스 스토브에서 녹일 수 있습니다.
밀도에 따라 금속은 가벼운 것(밀도 0.53 ÷ 5 g/cm³)과 무거운 것(5 ÷ 22.5 g/cm³)으로 나뉩니다. 가장 가벼운 금속은 리튬(밀도 0.53g/cm³)입니다. 가장 무거운 두 금속인 오스뮴과 이리듐의 밀도가 거의 동일하고(약 22.6g/cm³ - 정확히 납 밀도의 두 배) 정확한 값을 계산하기가 매우 어렵기 때문에 현재 가장 무거운 금속의 이름을 지정하는 것은 불가능합니다. 밀도: 이를 위해서는 불순물이 밀도를 감소시키기 때문에 완전히 깨끗한 금속이 필요합니다.
대부분의 금속은 연성이므로 금속 와이어가 끊어지지 않고 구부릴 수 있습니다. 이것은 그들 사이의 결합을 끊지 않고 금속 원자 층의 변위 때문입니다. 가장 플라스틱은 금,은 및 구리입니다. 금은 도금 제품에 사용되는 0.003mm 두께의 호일을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 그러나 모든 금속이 플라스틱은 아닙니다. 구부릴 때 아연 또는 주석 와이어 크런치; 망간과 비스무트는 변형 중에 전혀 구부러지지 않지만 즉시 파손됩니다. 소성은 또한 금속의 순도에 따라 달라집니다. 따라서 매우 순수한 크롬은 연성이 매우 높지만 작은 불순물로도 오염되면 부서지기 쉽고 단단해집니다.
모든 금속은 전기를 잘 전도합니다. 이것은 전기장의 작용에 따라 이동하는 이동 전자의 결정 격자에 존재하기 때문입니다. 은, 구리 및 알루미늄은 전기 전도성이 가장 높습니다. 이러한 이유로 마지막 두 금속이 전선 재료로 가장 많이 사용됩니다. 나트륨은 또한 전기 전도성이 매우 높으며, 실험 장비에서 나트륨으로 채워진 얇은 벽의 스테인리스 스틸 튜브 형태의 나트륨 전도체를 사용하려는 시도가 알려져 있습니다. 나트륨의 비중이 낮고 저항이 같기 때문에 나트륨 "와이어"는 구리보다 훨씬 가볍고 알루미늄보다 약간 가볍습니다.
금속의 높은 열전도도는 자유 전자의 이동도에 따라 달라집니다. 따라서 열전도도 계열은 전기전도도 계열과 유사하며 최고의 가이드열은 전기와 마찬가지로 은입니다. 나트륨은 또한 좋은 열 전도체로 사용됩니다. 예를 들어, 냉각을 개선하기 위해 자동차 엔진의 밸브에 나트륨을 사용하는 것은 널리 알려져 있습니다.
금속의 매끄러운 표면은 많은 양의 빛을 반사합니다. 이러한 현상을 금속 광택이라고 합니다. 그러나 분말 상태에서 대부분의 금속은 광택을 잃습니다. 그러나 알루미늄과 마그네슘은 분말 상태에서도 광채를 유지합니다. 알루미늄, 은 및 팔라듐은 빛을 가장 잘 반사합니다. 거울은 이러한 금속으로 만들어집니다. 로듐은 매우 높은 가격에도 불구하고 때때로 거울을 만드는 데 사용되기도 합니다. 은이나 심지어 팔라듐보다 경도와 내화학성이 훨씬 더 크기 때문에 로듐 층은 은보다 훨씬 얇을 수 있습니다.
대부분의 금속의 색상은 푸르스름한 색조의 밝은 회색과 거의 같습니다. 금, 구리 및 세슘은 각각 노란색, 빨간색 및 밝은 노란색입니다.
금속의 화학적 성질
외부 전자층에서 대부분의 금속은 적은 수의 전자(1-3)를 가지므로 대부분의 반응에서 환원제 역할을 합니다(즉, 전자를 "내어줌").
1. 단순물질과의 반응
금과 백금을 제외한 모든 금속은 산소와 반응합니다. 은과의 반응은 고온에서 일어나지만, 산화은(II)은 열적으로 불안정하기 때문에 실질적으로 형성되지 않습니다. 금속에 따라 산출물은 산화물, 과산화물, 초과산화물일 수 있습니다.
4Li + O2 = 2Li2O 리튬 산화물
2Na + O2 = Na2O2 과산화나트륨
K + O2 = KO2 과산화칼륨
과산화물에서 산화물을 얻기 위해 과산화물은 금속으로 환원됩니다.
Na2O2 + 2Na = 2Na2O
중간 및 낮은 활성 금속의 경우 가열하면 반응이 발생합니다.
3Fe + 2O2 = Fe3O4
가장 활동적인 금속만 질소와 반응하고 리튬만 실온에서 상호 작용하여 질화물을 형성합니다.
6Li + N2 = 2Li3N
가열 시:
3Ca + N2 = Ca3N2
금과 백금을 제외한 모든 금속은 황과 반응합니다.
철은 가열되면 황과 반응하여 황화물을 형성합니다.
Be를 제외하고 가장 활성이 높은 금속, 즉 IA족과 IIA족 금속만 수소와 반응합니다. 반응은 가열될 때 수행되며 수소화물이 형성됩니다. 반응에서 금속은 환원제로 작용하고 수소의 산화 상태는 -1입니다.
가장 활동적인 금속만이 탄소와 반응합니다. 이 경우 아세틸렌화물 또는 메타나이드가 형성됩니다. Acetylides는 물과 반응하면 acetylene, methanides-methane을 생성합니다.
2Na + 2C = Na2C2
Na2C2 + 2H2O = 2NaOH + C2H2
합금화는 기본 재료의 기계적, 물리적 및 화학적 특성을 수정하는 추가 요소를 용융물에 도입하는 것입니다.
미세한 구조
금속의 특징적인 특성은 내부 구조에서 이해할 수 있습니다. 그들 모두는 외부 에너지 수준의 전자 (즉, 원자가 전자)와 핵의 약한 연결을 가지고 있습니다. 이로 인해 전도체에서 생성된 전위차로 인해 결정 격자에서 전자(전도 전자라고 함)의 눈사태와 같은 이동이 발생합니다. 이러한 전자의 집합체를 종종 전자 가스라고 합니다. 전자 외에도 포논(격자 진동)이 열전도도에 기여합니다. 가소성은 전위의 이동과 결정면의 이동에 대한 작은 에너지 장벽 때문입니다. 경도는 수많은 구조적 결함(간극 원자, 공석 등)으로 설명할 수 있습니다.
전자의 쉬운 복귀로 인해 금속의 산화가 가능하여 부식 및 추가 특성 저하로 이어질 수 있습니다. 산화 능력은 금속의 표준 활동 계열에 의해 인식될 수 있습니다. 이 사실은 금속을 다른 원소(가장 중요한 것은 강철), 합금 및 다양한 코팅의 사용과 함께 사용할 필요성을 확인시켜 줍니다.
금속의 전자적 특성을 보다 정확하게 설명하려면 양자역학을 사용해야 합니다. 대칭성이 충분한 모든 고체에서는 개별 원자의 전자 에너지 준위가 중첩되어 허용되는 띠를 형성하는데, 원자가 전자가 형성하는 띠를 원자가 띠라고 합니다. 금속의 원자가 전자의 약한 결합은 금속의 원자가 띠가 매우 넓고 모든 원자가 전자가 그것을 완전히 채우기에 충분하지 않다는 사실로 이어집니다.
이러한 부분적으로 채워진 밴드의 근본적인 특징은 최소 인가 전압에서도 시료에서 원자가 전자의 재배열, 즉 전류가 흐르기 시작한다는 것입니다.
동일한 전자의 높은 이동성은 높은 열전도율과 전자기 복사를 미러링하는 능력(금속에 특징적인 광택을 부여함)으로 이어집니다.
알칼리 금속
알칼리 금속은 D. I. Mendeleev의 화학 원소 주기율표의 그룹 I의 주요 하위 그룹의 요소입니다. 리튬 Li, 나트륨 Na, 칼륨 K, 루비듐 Rb, 세슘 Cs 및 프란슘 Fr. 이러한 금속은 대부분의 화합물이 물에 용해되기 때문에 알칼리성이라고 합니다. 슬라브어에서 "침출"은 "용해하다"를 의미하며 이것이 이 금속 그룹의 이름을 결정했습니다. 알칼리 금속이 물에 용해되면 알칼리라고 하는 용해성 수산화물이 형성됩니다.
알칼리 금속의 일반적인 특성
주기율표에서 이들은 불활성 기체를 바로 따르므로 알칼리 금속 원자의 구조적 특징은 새로운 에너지 준위에서 하나의 전자를 포함한다는 것입니다. 전자 구성은 ns1입니다. 원자가 전자를 주고 불활성 기체의 형태를 얻는 것이 에너지적으로 유리하기 때문에 알칼리 금속의 원자가 전자는 쉽게 제거될 수 있음이 자명하다. 따라서 모든 알칼리 금속은 환원성을 특징으로 합니다. 이것은 이온화 포텐셜(세슘 원자의 이온화 포텐셜이 가장 낮음)과 전기음성도(EO)의 낮은 값으로 확인됩니다.
이 하위 그룹의 모든 금속은 은백색 (은황색 세슘 제외)이며 매우 부드럽고 메스로자를 수 있습니다. 리튬, 나트륨, 칼륨은 물보다 가볍고 표면에 떠서 물과 반응합니다.
알칼리 금속은 단일 하전 양이온을 포함하는 화합물의 형태로 자연적으로 발생합니다. 많은 광물에는 그룹 I의 주요 하위 그룹 금속이 포함되어 있습니다. 예를 들어, orthoclase 또는 feldspar는 칼륨 알루미노실리케이트 K2로 구성되며, 나트륨을 포함하는 유사한 광물인 조장석은 조성이 Na2입니다. 바닷물에는 염화나트륨 NaCl이 포함되어 있고 토양에는 실빈 KCl, 실비 나이트 NaCl KCl, 카날 라이트 KCl MgCl2 · 6H2O, 폴리 할라이트 K2SO4 MgSO4 CaSO4 · 2H2O와 같은 칼륨 염이 포함되어 있습니다.
알칼리 금속의 화학적 성질
물, 산소, 질소와 관련하여 알칼리 금속의 높은 화학적 활성으로 인해 등유 층 아래에 저장됩니다. 알칼리 금속과의 반응을 수행하기 위해 필요한 크기의 조각을 등유 층 아래에서 메스로 조심스럽게 잘라내고 금속 표면을 아르곤 분위기에서 공기와의 상호 작용 생성물로부터 철저히 청소합니다. 그런 다음 샘플을 반응 용기에 넣습니다.
1. 물과의 상호 작용. 알칼리 금속의 중요한 특성은 물에 대한 높은 활성입니다. 리튬은 물과 가장 침착하게(폭발 없이) 반응합니다.
유사한 반응을 할 때 나트륨은 노란 불꽃을 내며 타면서 작은 폭발을 일으킨다. 칼륨은 훨씬 더 활동적입니다. 이 경우 폭발이 훨씬 더 강하고 화염이 채색됩니다. 자주색.
2. 산소와의 상호작용. 공기 중의 알칼리 금속의 연소 생성물은 금속의 활성도에 따라 조성이 다릅니다.
리튬만이 공기 중에서 연소하여 화학양론적 조성의 산화물을 형성합니다.
나트륨 연소 중에 과산화물 Na2O2는 주로 과산화물 NaO2의 작은 혼합물과 함께 형성됩니다.
칼륨, 루비듐 및 세슘의 연소 생성물에는 주로 과산화물이 포함되어 있습니다.
나트륨과 칼륨의 산화물을 얻기 위해 수산화물, 과산화물 또는 초산화물 혼합물을 산소가 없는 상태에서 과량의 금속으로 가열합니다.
알칼리 금속의 산소 화합물의 경우 다음과 같은 규칙성이 특징적입니다.
중알칼리 금속은 EO3 조성의 비교적 안정한 오존화물 형성을 특징으로 합니다. 모든 산소 화합물은 서로 다른 색상을 가지며 강도는 Li에서 Cs로 갈수록 깊어집니다.
알칼리 금속 산화물은 기본 산화물의 모든 특성을 가지고 있습니다. 즉, 물, 산성 산화물 및 산과 반응합니다.
과산화물 및 초과산화물은 강력한 산화제의 특성을 나타냅니다.
과산화물 및 과산화물은 물과 격렬하게 반응하여 수산화물을 형성합니다.
3. 다른 물질과의 상호 작용. 알칼리 금속은 많은 비금속과 반응합니다. 가열하면 수소와 결합하여 수소화물을 형성하고 할로겐, 황, 질소, 인, 탄소 및 규소와 결합하여 각각 할로겐화물, 황화물, 질화물, 인화물, 탄화물 및 규화물을 형성합니다.
가열하면 알칼리 금속은 다른 금속과 반응하여 금속간 화합물을 형성할 수 있습니다. 알칼리 금속은 산과 능동적으로(폭발과 함께) 반응합니다.
알칼리 금속은 액체 암모니아와 그 유도체인 아민과 아미드에 용해됩니다.
액체 암모니아에 용해되면 알칼리 금속은 전자를 잃고 암모니아 분자에 의해 용해되어 용액이 파란색을 띄게 됩니다. 생성된 아미드는 알칼리 및 암모니아의 형성과 함께 물에 의해 쉽게 분해됩니다.
알칼리 금속은 유기 물질, 알코올(알코올레이트 형성) 및 카복실산(염 형성)과 상호 작용합니다.
4. 알칼리 금속의 정성 측정. 알칼리 금속은 이온화 포텐셜이 작기 때문에 금속 또는 그 화합물을 불꽃 속에서 가열하면 원자가 이온화되어 불꽃을 특정한 색으로 물들인다.
알칼리 금속 얻기
1. 알칼리 금속을 얻기 위해 주로 천연 광물을 형성하는 할로겐화물, 대부분 염화물 용융물의 전기 분해를 사용합니다.
음극: Li+ + e → Li
양극: 2Cl- - 2e → Cl2
2. 때로는 알칼리 금속을 얻기 위해 수산화물의 전기 분해가 수행됩니다.
음극: Na+ + e → Na
양극: 4OH- - 4e → 2H2O + O2
알칼리 금속은 전기화학적인 일련의 전압에서 수소의 왼쪽에 있기 때문에 염 용액에서 전기분해로 얻는 것은 불가능합니다. 이 경우 해당 알칼리와 수소가 형성됩니다.
수산화물
알칼리 금속 수산화물 생산에는 주로 전해법이 사용됩니다. 가장 큰 규모는 일반 소금의 농축 수용액을 전기분해하여 수산화나트륨을 생산하는 것입니다.
이전에는 교환 반응을 통해 알칼리를 얻었습니다.
이렇게 얻은 알칼리는 Na2CO3 소다로 심하게 오염되어 있었습니다.
알칼리 금속 수산화물은 백색 흡습성 물질이며 수용액은 강염기입니다. 그들은 염기의 모든 반응에 참여합니다. 산, 산성 및 양쪽 성 산화물, 양쪽 성 수산화물과 반응합니다.
알칼리 금속 수산화물은 그룹 II의 주요 하위 그룹 금속의 수산화물과 같이 하소시 산화물과 물로 분해되는 수산화 리튬을 제외하고 가열시 분해없이 승화합니다.
수산화나트륨은 비누, 합성 세제, 인공 섬유, 페놀과 같은 유기 화합물을 만드는 데 사용됩니다.
탄산염
알칼리 금속을 포함하는 중요한 제품은 소다 Na2CO3입니다. 전 세계 탄산음료의 대부분은 20세기 초에 제안된 Solvay 방법에 따라 생산됩니다. 이 방법의 본질은 다음과 같습니다. 암모니아가 첨가 된 NaCl 수용액은 26-30 ° C의 온도에서 이산화탄소로 포화됩니다. 이 경우 베이킹 소다라고 하는 난용성 중탄산나트륨이 생성됩니다.
암모니아는 이산화탄소가 용액에 통과할 때 발생하는 산성 환경을 중화하고 중탄산나트륨의 침전에 필요한 HCO3- 중탄산염 이온을 얻기 위해 첨가됩니다. 베이킹 소다를 분리한 후, 염화암모늄을 포함하는 용액을 석회와 함께 가열하고 암모니아를 방출하여 반응 구역으로 되돌립니다.
따라서 소다를 생산하는 암모니아 방법에서 유일한 폐기물은 염화칼슘이며 용액에 남아 있고 사용이 제한적입니다.
중탄산나트륨을 하소, 소다회 또는 세척하면 Na2CO3 및 이산화탄소가 얻어지며, 이는 중탄산나트륨을 얻는 과정에서 사용됩니다.
소다의 주요 소비자는 유리 산업입니다.
약간 용해되는 산성 염 NaHCO3와 달리 중탄산 칼륨 KHCO3는 물에 잘 녹기 때문에 탄산 칼륨 또는 칼륨 K2CO3는 수산화 칼륨 용액에 이산화탄소가 작용하여 얻습니다.
칼륨은 유리 및 액체 비누 제조에 사용됩니다.
리튬은 중탄산염이 얻어지지 않은 유일한 알칼리 금속입니다. 이 현상의 원인은 리튬 이온의 반경이 매우 작기 때문에 다소 큰 HCO3- 이온을 보유할 수 없기 때문입니다.
리튬
리튬은 D. I. Mendeleev의 화학 원소 주기율표의 두 번째 기간인 첫 번째 그룹의 주요 하위 그룹의 원소이며 원자 번호는 3입니다. 기호 Li(lat. 리튬)로 지정됩니다. 단순 물질 리튬(CAS 번호: 7439-93-2)은 부드러운 은백색 알칼리 금속입니다.
리튬은 1817년 스웨덴 화학자이자 광물학자인 A. Arfvedson에 의해 처음에는 광물 꽃잎석(Li,Na)에서 발견된 다음 스포듀민 LiAl과 레피돌라이트 KLi1.5Al1.5(F,OH)2에서 발견되었습니다. 리튬 금속은 1825년 Humphry Davy에 의해 처음 발견되었습니다.
리튬은 "돌"(그리스어 λίθος - 돌)에서 발견되었기 때문에 그 이름이 붙여졌습니다. 원래 "lithion"이라고 불렸던 현대적인 이름은 Berzelius가 제안했습니다.
리튬은 은백색 금속으로 부드럽고 연성이 있으며 나트륨보다 단단하지만 납보다 부드럽습니다. 압연 및 압연으로 가공할 수 있습니다.
실온에서 금속 리튬은 입방 체심 격자(배위수 8)를 가지며, 냉간 가공 시 입방 밀집 격자로 변환되며 이중 육팔면체 배위를 갖는 각 원자는 12개의 다른 원자로 둘러싸여 있습니다. 78K 이하에서 안정한 결정 형태는 육각형 밀집 구조이며, 각 리튬 원자는 육팔면체의 정점에 위치한 12개의 가장 가까운 이웃을 가지고 있습니다.
모든 알칼리 금속 중에서 리튬은 가장 높은 녹는점과 끓는점(각각 180.54 및 1340°C)을 가지며 실온에서 금속 중 가장 낮은 밀도(0.533g/cm³, 물의 거의 절반)를 가집니다.
작은 크기의 리튬 원자는 금속의 특수한 특성을 나타냅니다. 예를 들어, 380 ° C 미만의 온도에서만 나트륨과 혼합되고 용융 칼륨, 루비듐 및 세슘과 혼합되지 않는 반면 다른 알칼리 금속 쌍은 어떤 비율로도 서로 혼합됩니다.
공기 중에서 불안정한 알칼리 금속. 리튬은 활성이 가장 낮은 알칼리 금속으로 실온에서 건조한 공기(건조한 산소도 포함)와 실질적으로 반응하지 않습니다.
습한 공기에서 천천히 산화되어 Li3N 질화물, LiOH 수산화물 및 Li2CO3 탄산염으로 변합니다. 산소에서 가열하면 연소되어 산화물 Li2O로 변합니다. 100 °C에서 300 °C 사이의 온도 범위에서 리튬은 조밀한 산화막으로 덮여 더 이상 산화되지 않는다는 흥미로운 특징이 있습니다.
1818년 독일의 화학자 Leopold Gmelin은 리튬과 그 염이 리튬을 결정하는 정성적 표시인 화염 카민 레드를 착색한다는 사실을 발견했습니다. 점화 온도는 약 300 °C입니다. 연소 생성물은 비인두의 점막을 자극합니다.
침착하게 폭발 및 발화없이 물과 반응하여 LiOH 및 H2를 형성합니다. 또한 에틸 알코올과 반응하여 알코올레이트, 암모니아 및 할로겐과 반응합니다(요오드와 함께 - 가열될 때만).
리튬은 석유 에테르, 파라핀, 휘발유 및/또는 밀폐된 주석의 광유에 저장됩니다. 리튬 금속은 피부, 점막 및 눈에 접촉하면 화상을 일으킵니다.
철 및 비철 야금에서 리튬은 합금의 연성 및 강도를 탈산 및 증가시키는 데 사용됩니다. 리튬은 때때로 야금법에 의한 희소 금속의 환원에 사용됩니다.
탄산리튬은 알루미늄 제련에서 가장 중요한 보조물질(전해액에 첨가)로 세계 알루미늄 생산량에 비례해 매년 그 사용량이 증가하고 있다(탄산리튬 사용량은 알루미늄 제련 1톤당 2.5~3.5kg).
구리뿐만 아니라 은과 금을 포함하는 리튬 합금은 매우 효과적인 땜납입니다. 리튬과 마그네슘, 스칸듐, 구리, 카드뮴 및 알루미늄의 합금은 항공 및 우주 비행에서 새로운 유망한 재료입니다. 리튬 알루미네이트 및 실리케이트를 기반으로 상온에서 경화되는 세라믹이 만들어졌으며 군사 장비, 야금 및 미래에는 핵융합 에너지. 실리콘 카바이드 섬유로 강화된 리튬-알루미늄-실리케이트 기반 유리는 엄청난 강도를 가지고 있습니다. 리튬은 납 합금을 강화하고 연성과 내식성을 부여하는 데 매우 효과적입니다.
리튬 염은 향정신성 효과가 있으며 여러 정신 질환의 예방 및 치료를 위해 의학에서 사용됩니다. 탄산리튬이 이 용량에서 가장 일반적입니다. 양극성 장애와 빈번한 기분 변화로 고통받는 사람들의 기분을 안정시키기 위해 정신과에서 사용됩니다. 조울증 예방에 효과적이며 자살 위험을 줄입니다.의사들은 특정 리튬 화합물(물론 적절한 용량으로)이 조울증 환자에게 긍정적인 영향을 미친다는 사실을 반복해서 관찰했습니다. 이 효과는 두 가지 방식으로 설명됩니다. 한편으로, 리튬은 간질액에서 뇌 세포로의 나트륨 및 칼륨 이온 전달과 관련된 일부 효소의 활성을 조절할 수 있음이 밝혀졌습니다. 한편, 리튬 이온은 전지의 이온 균형에 직접적으로 영향을 미친다는 것이 관찰되었다. 그리고 환자의 상태는 나트륨과 칼륨의 균형에 크게 좌우됩니다. 세포의 과도한 나트륨은 우울증 환자의 특징이며 결핍증은 조증으로 고통받는 사람들입니다. 나트륨-칼륨 균형을 맞추는 리튬 염은 두 가지 모두에 긍정적인 영향을 미칩니다.
나트륨
나트륨은 D. I. Mendeleev의 화학 원소 주기율표의 세 번째 기간인 첫 번째 그룹의 주요 하위 그룹의 원소이며 원자 번호는 11입니다. 기호 Na(lat. Natrium)로 표시됩니다. 단순 물질 나트륨(CAS 번호: 7440-23-5)은 부드러운 은백색 알칼리 금속입니다.
물에서 나트륨은 리튬과 거의 같은 방식으로 작용합니다. 반응은 수소의 빠른 방출로 진행되며 용액에서 수산화나트륨이 형성됩니다.
나트륨(또는 그 화합물)은 고대부터 사용되어 왔습니다. 예를 들어, 이집트의 소다호수에서 자연적으로 발견되는 소다(나트론). 고대 이집트인들은 방부 처리, 캔버스 표백, 음식 요리, 페인트 및 유약 만들기에 천연 소다를 사용했습니다. Pliny the Elder는 나일 삼각주에서 소다(충분한 비율의 불순물을 포함함)가 강물에서 분리되었다고 기록합니다. 석탄, 회색 또는 검은 색의 혼합으로 인해 큰 조각 형태로 판매되었습니다.
나트륨은 1807년 영국의 화학자 Humphry Davy가 고체 NaOH를 전기분해하여 처음 얻었습니다.
"나트륨"(나트륨)이라는 이름은 아랍어 natrun(그리스어 - 니트론)에서 유래했으며 원래는 천연 소다를 가리켰습니다. 원소 자체는 이전에 나트륨(lat. Sodium)이라고 불렸습니다.
나트륨은 은백색 금속으로 보라색 색조의 얇은 층, 플라스틱, 심지어 부드럽습니다 (칼로 쉽게자를 수 있음), 신선한 나트륨이 반짝입니다. 나트륨의 전기 전도도 및 열 전도도 값은 상당히 높으며 밀도는 0.96842g / cm³ (19.7 ° C에서), 융점은 97.86 ° C, 끓는점은 883.15 ° C입니다.
공기 중에서 쉽게 산화되는 알칼리 금속. 대기 중 산소로부터 보호하기 위해 금속 나트륨은 등유 층 아래에 저장됩니다. 나트륨은 리튬보다 활성이 낮으므로 가열될 때만 질소와 반응합니다.
과량의 산소가 있으면 과산화나트륨이 형성됩니다.
2Na + O2 = Na2O2
금속성 나트륨은 야금을 포함한 강력한 환원제로 분취 화학 및 산업에서 널리 사용됩니다. 나트륨은 에너지 집약적인 나트륨-황 배터리 생산에 사용됩니다. 그것은 또한 방열판으로 트럭 배기 밸브에 사용됩니다. 때때로 금속 나트륨은 매우 높은 전류를 위해 설계된 전선의 재료로 사용됩니다.
칼륨과 루비듐 및 세슘과의 합금에서 고효율 냉각제로 사용됩니다. 특히 나트륨 12%, 칼륨 47%, 세슘 41% 조성의 합금은 녹는점이 -78℃로 사상 최저 수준으로 이온 로켓 엔진의 작동유체와 원자력 발전소의 냉각수로 제안됐다.
나트륨은 고방전 및 저방전 램프에도 사용됩니다. 저기압(NLVD 및 NLND). 램프 NLVD 유형 DNaT(Arc Sodium Tubular)는 가로등에 매우 널리 사용됩니다. 그들은 밝은 노란색 빛을 발산합니다. HPS 램프의 수명은 12-24,000시간입니다. 따라서 DNaT 유형의 가스 방전 램프는 도시, 건축 및 산업 조명에 없어서는 안될 필수 요소입니다. 램프 DNaS, DNaMT(Arc Sodium Matte), DNaZ(Arc Sodium Mirror) 및 DNaTBR(Arc Sodium Tubular Without Mercury)도 있습니다.
나트륨 금속은 유기 물질의 정성 분석에 사용됩니다. 나트륨과 시험 물질의 합금을 에탄올로 중화하고 몇 밀리리터의 증류수를 첨가하여 3부분으로 나눕니다. J. Lassen(1843)의 시험은 질소, 황 및 할로겐을 결정하기 위한 것입니다(Beilstein 시험).
염화나트륨(일반 소금)은 가장 오래된 향료 및 방부제입니다.
아지드화 나트륨(Na3N)은 야금 및 아지드화 납 생산에서 질화제로 사용됩니다.
시안화 나트륨(NaCN)은 암석에서 금을 침출하는 습식 제련법, 강철의 연질화 및 전기 도금(은, 도금)에 사용됩니다.
염소산나트륨(NaClO3)은 철로에서 원치 않는 초목을 파괴하는 데 사용됩니다.
칼륨
칼륨은 D. I. Mendeleev의 화학 원소 주기율표의 네 번째 기간인 첫 번째 그룹의 주요 하위 그룹의 원소이며 원자 번호는 19입니다. 기호 K(lat. Kalium)로 표시됩니다. 단순 물질 칼륨(CAS 번호: 7440-09-7)은 부드러운 은백색 알칼리 금속입니다.
자연에서 칼륨은 해수와 같은 다른 원소와의 화합물과 많은 미네랄에서만 발견됩니다. 그것은 공기 중에서 매우 빠르게 산화되고 특히 물과 매우 쉽게 반응하여 알칼리를 형성합니다. 여러면에서 칼륨의 화학적 특성은 나트륨과 매우 유사하지만 생물학적 기능과 살아있는 유기체의 세포에 의한 사용 측면에서 여전히 다릅니다.
칼륨(보다 정확하게는 그 화합물)은 고대부터 사용되어 왔습니다. 따라서 (세척제로 사용되는) 칼륨의 생산은 이미 11세기에 존재했습니다. 짚이나 나무를 태울 때 생긴 재를 물로 처리하고 그 용액(술)을 여과한 뒤 증발시켰다. 건조 잔류물에는 탄산칼륨 외에 황산칼륨 K2SO4, 소다 및 염화칼륨 KCl이 포함되어 있었습니다.
1807년에 영국의 화학자 Davy는 고체 부식성 칼륨(KOH)의 전기분해에 의해 칼륨을 분리하여 "칼륨"(lat. 칼륨)이라고 불렀습니다. 이 이름은 여전히 영어, 프랑스어, 스페인어, 포르투갈어 및 광택). 1809년에 L. V. Gilbert는 "칼륨"(아랍어 al-kali-potash에서 온 lat. kalium)이라는 이름을 제안했습니다. 이 이름은 독일어로 입력되었으며 거기에서 북유럽 및 동유럽의 대부분의 언어 (러시아어 포함)로 들어가고이 요소에 대한 기호를 선택할 때 "원"인 K.
칼륨은 갓 형성된 표면에 특징적인 광택이 있는 은빛 물질입니다. 매우 가볍고 가볍습니다. 수은에 비교적 잘 용해되어 아말감을 형성합니다. 버너의 불꽃에 도입된 칼륨(및 그 화합물)은 특징적인 핑크-바이올렛 색상으로 불꽃을 채색합니다.
다른 알칼리 금속과 마찬가지로 칼륨은 전형적인 금속 특성을 나타내며 반응성이 매우 높고 쉽게 전자를 제공합니다.
강력한 환원제입니다. 그것은 산소와 매우 활발하게 결합하여 형성되는 산화물이 아니라 과산화칼륨 KO2(또는 K2O4)입니다. 수소분위기에서 가열하면 수소화칼륨(KH)이 생성된다. 그것은 모든 비금속과 잘 상호 작용하여 할로겐화물, 황화물, 질화물, 인화물 등을 형성하고 물 (반응은 폭발과 함께 발생), 다양한 산화물 및 염과 같은 복잡한 물질과도 잘 상호 작용합니다. 이 경우 다른 금속을 자유 상태로 환원시킵니다.
칼륨은 등유 층 아래에 저장됩니다.
실온에서 액체인 칼륨과 나트륨의 합금은 예를 들어 고속 중성자 원자력 발전소와 같은 폐쇄 시스템에서 냉각제로 사용됩니다. 또한 루비듐 및 세슘과의 액체 합금이 널리 사용됩니다. 나트륨 12%, 칼륨 47%, 세슘 41% 조성의 합금은 녹는점이 -78 °C로 기록적으로 낮습니다.
칼륨 화합물은 가장 중요한 생물 발생 요소이므로 비료로 사용됩니다.
칼륨 염은 비교적 높은 비용에도 불구하고 종종 해당 나트륨 염보다 용해도가 높기 때문에 전기 도금에 널리 사용되며 따라서 증가된 전류 밀도에서 집중적인 전해질 작동을 보장합니다.
칼륨은 특히 식물 왕국에서 가장 중요한 생물 발생 요소입니다. 토양에 칼륨이 부족하면 식물이 매우 잘 발달하지 못하고 수확량이 감소하므로 추출된 칼륨 염의 약 90%가 비료로 사용됩니다.
칼륨은 질소 및 인과 함께 주요 식물 영양소 중 하나입니다. 식물에서 칼륨의 기능과 그에 필요한 다른 요소는 엄격하게 구체적입니다. 식물에서 칼륨은 이온 형태입니다. 칼륨은 주로 세포질과 세포의 액포에서 발견됩니다. 칼륨의 약 80%는 세포 수액에서 발견됩니다.
칼륨의 기능은 매우 다양합니다. 그것은 광합성의 정상적인 과정을 자극하고 잎사귀에서 다른 기관으로의 탄수화물 유출과 당 합성을 향상시키는 것으로 입증되었습니다.
칼륨은 과일 및 채소 작물의 단당류 축적을 촉진하고, 뿌리 작물의 당 함량을 증가시키고, 감자의 전분을 증가시키고, 곡물 작물의 짚 세포벽을 두껍게 하고, 빵의 내재성을 증가시키고, 아마 및 마.
식물 세포의 탄수화물 축적을 촉진하는 칼륨은 세포 수액의 삼투압을 증가시켜 식물의 내한성과 내한성을 증가시킵니다.
칼륨은 양이온의 형태로 식물에 흡수되며 분명히 이 형태로 세포에 남아 식물 세포에서 가장 중요한 생화학 과정을 활성화하고 칼륨은 저항성을 증가시킵니다. 각종 질병, 성장기 및 수확 후 기간 모두 과일 및 채소의 품질을 크게 향상시킵니다.
칼륨 결핍은 식물에서 많은 대사 장애를 일으키고 여러 효소의 활동이 약화되고 탄수화물 및 단백질 대사가 방해받으며 호흡을 위한 탄수화물 비용이 증가합니다. 결과적으로 식물의 생산성이 떨어지고 제품의 품질이 떨어집니다.
루비듐
루비듐은 D. I. Mendeleev의 화학 원소 주기율표의 다섯 번째 기간인 첫 번째 그룹의 주요 하위 그룹의 원소이며 원자 번호는 37입니다. 기호 Rb(lat. Rubidium)로 지정됩니다. 단순 물질 루비듐(CAS 번호: 7440-17-7)은 부드러운 은백색 알칼리 금속입니다.
1861년 독일 과학자 Robert Wilhelm Bunsen과 Gustav Robert Kirchhoff는 스펙트럼 분석천연 알루미노실리케이트(aluminosilicate)는 새로운 원소를 발견했으며 나중에 스펙트럼에서 가장 강한 선의 색상으로 루비듐(rubidium)으로 명명되었습니다.
루비듐은 갓 자른 부분에 금속 광택이 있는 은백색의 부드러운 결정을 형성합니다. 브리넬 경도 0.2 Mn/m²(0.02 kgf/mm²). 루비듐의 결정 격자는 입방체이고 체심이며 a = 5.71 Å(실온에서)입니다. 원자 반경은 2.48Å이고 Rb+ 이온의 반경은 1.49Å입니다. 밀도 1.525g/cm³(0°C), mp 38.9°C, bp 703°C. 비열 용량 335.2 j/(kg·K), 선팽창 열 계수 9.0 10-5 deg-1(0-38 °C), 탄성 계수 2.4 H/m²(240 kgf/mm²), 비체적 전기 저항 11.29 10-6옴cm(20°C); 루비듐은 상자성입니다.
공기 중에서 극도로 불안정한 알칼리 금속(미량의 물이 있는 경우 공기와 반응, 가연성). 모든 종류의 염을 형성합니다. 대부분 쉽게 용해됩니다(염소산염 및 과염소산염은 난용성임). 수산화 루비듐은 유리 및 기타 구조 및 용기 재료에 매우 공격적인 물질이며, 녹으면 대부분의 금속(금 및 백금 포함)을 파괴합니다.
루비듐의 용도는 다양하며 많은 응용 분야에서 가장 중요한 물리적 특성이 세슘보다 열등하다는 사실에도 불구하고 이 희귀 알칼리 금속은 현대 기술에서 중요한 역할을 합니다. 루비듐의 적용 분야로는 촉매 작용, 전자 산업, 특수 광학, 원자력 산업, 의학 등이 있습니다.
루비듐은 순수한 형태뿐만 아니라 여러 합금 및 화합물의 형태로도 사용됩니다. 루비듐은 매우 훌륭하고 유리한 원료 기반을 가지고 있지만 동시에 자원 가용성 상황이 세슘의 경우보다 훨씬 유리하며 루비듐은 훨씬 더 많은 역할을 할 수 있습니다. 예를 들어 촉매 작용에서 중요한 역할을 합니다(성공적으로 입증된 경우).
루비듐-86 동위원소는 감마선 결함 탐지, 측정 기술, 여러 중요한 의약품 및 식품의 멸균에 널리 사용됩니다. 루비듐과 세슘과의 합금은 매우 유망한 냉각제이자 고온 터빈 장치용 작동 매체입니다(이와 관련하여 루비듐과 세슘은 최근 몇 년 동안 중요해졌으며 극도로 높은 금속 비용은 터빈 장치의 효율을 획기적으로 증가시키는 능력, 즉 연료 소비 및 환경 오염을 의미하고 감소시킵니다). 냉각제로 가장 널리 사용되는 루비듐 기반 시스템은 나트륨-칼륨-루비듐 및 나트륨-루비듐-세슘의 삼원 합금입니다.
촉매 작용에서 루비듐은 유기 및 무기 합성 모두에 사용됩니다. 루비듐의 촉매 활성은 주로 여러 가지 중요한 제품으로 정유하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 아세트산 루비듐은 수성 가스로부터 메탄올과 여러 고급 알코올을 합성하는 데 사용되며, 이는 지하 석탄 가스화와 자동차 및 제트 연료용 인공 액체 연료 생산과 관련하여 매우 중요합니다. 다수의 루비듐-텔루륨 합금은 세슘 화합물보다 스펙트럼의 자외선 영역에서 더 높은 감도를 가지므로 이 경우 광변환기용 재료로서 세슘-133과 경쟁할 수 있습니다. 특수 윤활 성분(합금)의 일부인 루비듐은 진공(로켓 및 우주 기술)에서 매우 효과적인 윤활제로 사용됩니다.
수산화루비듐은 저온 CPS용 전해액 제조에 사용되며, 수산화칼륨 용액의 첨가제로 저온 성능을 향상시키고 전해액의 전기전도도를 높인다. 금속 루비듐은 수소화물 연료 전지에 사용됩니다.
염화 구리와 합금된 염화 루비듐은 고온(최대 400°C)을 측정하는 데 사용됩니다.
루비듐 플라즈마는 레이저 방사선을 여기시키는 데 사용됩니다.
염화루비듐은 연료전지에서 전해액으로 사용되며 직접석탄산화를 이용하는 연료전지에서 전해액으로 매우 효과적인 수산화루비듐도 마찬가지이다.
세슘
세슘은 D. I. Mendeleev의 화학 원소 주기율표의 여섯 번째 기간인 첫 번째 그룹의 주요 하위 그룹의 원소이며 원자 번호는 55입니다. 기호 Cs(lat. Caesium)로 지정됩니다. 단순 물질 세슘(CAS 번호: 7440-46-2)은 부드러운 은황색 알칼리 금속입니다. 세슘은 방출 스펙트럼(라틴어 caesius - 하늘색에서 유래)에 두 개의 밝은 파란색 선이 존재하여 그 이름을 얻었습니다.
세슘은 1860년 독일 과학자 R. W. Bunsen과 G. R. Kirchhoff가 독일 Durchheim 광천수에서 광학 분광법으로 발견하여 분광 분석을 통해 발견된 최초의 원소가 되었습니다. 순수한 형태의 세슘은 1882년 스웨덴 화학자 K. Setterberg에 의해 시안화세슘(CsCN)과 바륨 혼합물의 용융물을 전기분해하는 동안 처음 분리되었습니다.
주요 세슘 광물은 폴루사이트와 매우 희귀한 아보가드라이트(K,Cs)입니다. 또한, 불순물 형태의 세슘은 레피돌라이트, 플로고파이트, 흑운모, 아마조나이트, 페탈라이트, 베릴, 진발다이트, 루사이트, 카르날라이트와 같은 여러 알루미노실리케이트에 포함됩니다. Pollucite와 lepidolite는 산업 원료로 사용됩니다.
산업 생산에서 화합물 형태의 세슘은 광물 폴루사이트에서 추출됩니다. 이것은 염화물 또는 황산염 개방에 의해 이루어집니다. 첫 번째는 원래의 광물을 가열된 염산으로 처리하고 염화안티몬 SbCl3를 첨가하여 Cs3 화합물을 침전시킨 다음 뜨거운 물이나 암모니아 용액으로 세척하여 염화세슘 CsCl을 형성하는 것입니다. 두 번째 경우에는 광물을 가열된 황산으로 처리하여 세슘 명반 CsAl(SO4)2·12H2O를 형성합니다.
러시아에서는 소련 붕괴 후 오염 물질의 산업 생산이 수행되지 않았지만 소련 시대에 무르만스크 근처의 Voronya 툰드라에서 엄청난 양의 광물 매장량이 발견되었습니다. 러시아 산업이 발을 딛을 수 있게 되었을 때 캐나다 회사가 이 분야를 개발할 수 있는 라이센스를 구입한 것으로 밝혀졌습니다. 현재 폴루사이트에서 세슘염을 처리 및 추출하는 작업은 ZAO 희소 금속 공장의 노보시비르스크에서 수행됩니다.
세슘을 얻기 위한 몇 가지 실험실 방법이 있습니다. 그것은 얻을 수 있습니다:
크롬산 세슘 또는 중크롬산염과 지르코늄의 혼합물을 진공에서 가열하는 단계;
진공에서 세슘 아지드의 분해;
염화 세슘과 특별히 준비된 칼슘의 혼합물을 가열합니다.
모든 방법은 노동 집약적입니다. 두 번째 방법은 고순도 금속을 얻을 수 있지만 폭발성이 있고 구현하는 데 며칠이 걸립니다.
세슘은 광물이 발견되고 순수한 형태로 얻는 기술이 개발된 20세기 초에만 적용되었습니다. 현재 세슘과 그 화합물은 전자, 라디오, 전기, X선 공학, 화학 산업, 광학, 의학 및 원자력에 사용됩니다. 대부분 안정한 천연 세슘-133이 사용되며, 제한된 범위에서 원자력 발전소 원자로에서 우라늄, 플루토늄, 토륨의 핵분열 조각의 합으로부터 분리된 방사성 동위원소 세슘-137이 사용됩니다.
알칼리 토금속
알칼리 토금속 - 화학 원소: 칼슘 Ca, 스트론튬 Sr, 바륨 Ba, 라듐 Ra(때때로 베릴륨 Be 및 마그네슘 Mg는 알칼리 토금속이라고도 잘못 언급됨). 그들의 산화물인 "지구"(연금술사 용어로)가 물에 알칼리 반응을 일으키기 때문에 이름이 붙여졌습니다. 라듐을 제외한 알칼리 토금속의 염은 광물의 형태로 자연계에 널리 분포되어 있습니다.
칼슘
칼슘은 D. I. Mendeleev의 화학 원소주기 시스템의 네 번째 기간 인 두 번째 그룹의 주요 하위 그룹의 원소이며 원자 번호는 20입니다. 기호 Ca (lat. Calcium)로 표시됩니다. 단순 물질 칼슘(CAS 번호: 7440-70-2)은 부드럽고 반응성이 있는 은백색 알칼리 토금속입니다.
칼슘 금속은 두 가지 동소체 변형으로 존재합니다. 최대 443 °C, 입방형 면심 격자를 갖는 α-Ca는 안정하고(매개변수 a = 0.558 nm), β-Ca 이상은 α-Fe 유형의 입방체 중심 격자를 사용하여 안정합니다(매개변수 a = 0.448 nm). α → β 전이의 표준 엔탈피 ΔH0는 0.93 kJ/mol입니다.
칼슘은 전형적인 알칼리 토금속입니다. 칼슘의 화학적 활성은 높지만 다른 모든 알칼리 토금속보다 낮습니다. 그것은 공기 중의 산소, 이산화탄소 및 수분과 쉽게 반응하며, 이로 인해 칼슘 금속의 표면은 일반적으로 둔한 회색이므로 칼슘은 일반적으로 다른 알칼리 토금속과 마찬가지로 층 아래 단단히 밀폐된 항아리에 실험실에 저장됩니다. 등유 또는 액체 파라핀.
일련의 표준 전위에서 칼슘은 수소의 왼쪽에 위치합니다. Ca2+/Ca0 쌍의 표준 전극 전위는 -2.84V이므로 칼슘은 물과 능동적으로 반응하지만 발화하지 않습니다.
Ca + 2H2O \u003d Ca (OH) 2 + H2 + Q.
활성 비금속(산소, 염소, 브롬)과 함께 칼슘은 정상적인 조건:
2Ca + O2 = 2CaO, Ca + Br2 = CaBr2.
공기나 산소 중에서 가열하면 칼슘이 발화합니다. 활성이 낮은 비금속(수소, 붕소, 탄소, 규소, 질소, 인 등)을 사용하면 칼슘이 가열될 때 상호 작용합니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
Ca + H2 = CaH2, Ca + 6B = CaB6,
3Ca + N2 = Ca3N2, Ca + 2C = CaC2,
3Ca + 2P = Ca3P2(인화칼슘), CaP 및 CaP5 조성의 인화칼슘도 알려져 있으며;
2Ca + Si = Ca2Si(칼슘 실리사이드), 조성 CaSi, Ca3Si4 및 CaSi2의 칼슘 실리사이드도 알려져 있습니다.
일반적으로 위의 반응 과정에는 다량의 열 방출이 수반됩니다 (즉, 이러한 반응은 발열 반응입니다). 비금속을 가진 모든 화합물에서 칼슘의 산화 상태는 +2입니다. 비금속을 가진 대부분의 칼슘 화합물은 물에 의해 쉽게 분해됩니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
CaH2 + 2H2O \u003d Ca (OH) 2 + 2H2,
Ca3N2 + 3H2O = 3Ca(OH)2 + 2NH3.
Ca2+ 이온은 무색입니다. 수용성 칼슘 염을 불꽃에 첨가하면 불꽃이 벽돌색으로 변합니다.
CaCl2 염화물, CaBr2 브롬화물, CaI2 요오드화물 및 Ca(NO3)2 질산염과 같은 칼슘염은 물에 잘 녹습니다. CaF2 플루오르화물, CaCO3 탄산염, CaSO4 황산염, Ca3(PO4)2 오르토인산염, CaC2O4 옥살산염 및 기타 일부는 물에 녹지 않습니다.
가장 중요한 것은 탄산칼슘 CaCO3와 달리 산성 탄산칼슘(탄화수소염) Ca(HCO3)2가 물에 용해된다는 사실입니다. 본질적으로 이것은 다음 프로세스로 이어집니다. 차가운 비나 강물이 이산화탄소로 포화되어 지하로 침투하여 석회암에 떨어지면 용해가 관찰됩니다.
CaCO3 + CO2 + H2O \u003d Ca (HCO3) 2.
중탄산칼슘으로 포화된 물이 지구 표면으로 올라와 가열되는 같은 장소에서 햇빛, 역반응이 일어난다:
Ca (HCO3) 2 \u003d CaCO3 + CO2 + H2O.
따라서 자연계에서는 많은 양의 물질이 이동합니다. 결과적으로 거대한 틈이 지하에 형성되고 아름다운 돌 "고드름"(종유석과 석순)이 동굴에 형성됩니다.
물에 용해된 중탄산칼슘의 존재는 주로 물의 일시적인 경도를 결정합니다. 물을 끓이면 중탄산염이 분해되어 CaCO3가 침전되기 때문에 일시적이라고 합니다. 예를 들어, 이 현상은 시간이 지남에 따라 주전자에 스케일이 형성된다는 사실로 이어집니다.
스트론튬
스트론튬은 D. I. Mendeleev의 화학 원소 주기율표의 다섯 번째 주기인 두 번째 그룹의 주요 하위 그룹의 원소이며 원자 번호는 38입니다. 기호 Sr(lat. 스트론튬)으로 지정됩니다. 단순 물질 스트론튬(CAS 번호: 7440-24-6)은 부드럽고 가단성이며 연성이 있는 은백색 알칼리 토금속입니다. 그것은 높은 화학적 활성을 가지고 있으며 공기 중에서 수분 및 산소와 빠르게 반응하여 노란색 산화막으로 덮여 있습니다.
새로운 원소는 1764년 스코틀랜드의 스트론시안 마을 근처 납 광산에서 발견된 광물 스트론티아나이트에서 발견되었으며, 나중에 이 새로운 원소에 이름을 붙였습니다. 이 광물에 새로운 금속 산화물의 존재는 거의 30년 후에 William Cruikshank와 Ader Crawford에 의해 확립되었습니다. 1808년 Humphry Davy 경에 의해 가장 순수한 형태로 분리되었습니다.
스트론튬은 부드럽고 은백색 금속이며 가단성 및 가단성이며 칼로 쉽게자를 수 있습니다.
Polymorphene - 세 가지 변형이 알려져 있습니다. 215°C까지 입방체 중심 변형(α-Sr)은 215~605°C - 육각형(β-Sr), 605°C 이상 - 입방체 중심 변형(γ-Sr)에서 안정적입니다.
녹는점 - 768oC, 끓는점 - 1390oC.
화합물의 스트론튬은 항상 +2 원자가를 나타냅니다. 특성상 스트론튬은 칼슘과 바륨에 가깝고 그 사이의 중간 위치를 차지합니다.
전기화학적 일련의 전압에서 스트론튬은 가장 활동적인 금속 중 하나입니다(정상 전극 전위는 -2.89V입니다. 스트론튬은 물과 격렬하게 반응하여 수산화물을 형성합니다.
Sr + 2H2O = Sr(OH)2 + H2
산과 상호 작용하고 염에서 중금속을 대체합니다. 농축산(H2SO4, HNO3)과 약하게 반응함.
스트론튬 금속은 공기 중에서 빠르게 산화되어 황색을 띠는 피막을 형성하며, 여기에는 SrO 산화물 외에도 SrO2 과산화물 및 Sr3N2 질화물이 항상 존재합니다. 공기 중에서 가열하면 발화하며, 공기 중의 분말 스트론튬은 자연 발화하는 경향이 있습니다.
비금속 - 황, 인, 할로겐과 격렬하게 반응합니다. 수소(200°C 이상), 질소(400°C 이상)와 상호 작용합니다. 실질적으로 알칼리와 반응하지 않습니다.
고온에서는 CO2와 반응하여 카바이드를 형성합니다.
5Sr + 2CO2 = SrC2 + 4SrO
음이온 Cl-, I-, NO3-와 쉽게 용해되는 스트론튬 염. F-, SO42-, CO32-, PO43- 음이온이 있는 염은 난용성입니다.
스트론튬은 구리 및 일부 합금의 합금, 배터리 납 합금에 도입, 주철, 구리 및 강철의 탈황에 사용됩니다.
바륨
바륨은 원자 번호 56의 D. I. Mendeleev 화학 원소 주기율표의 여섯 번째 기간 인 두 번째 그룹의 주요 하위 그룹의 요소입니다. 기호 Ba (lat. Barium)로 지정됩니다. 단순 물질 바륨(CAS 번호: 7440-39-3)은 부드럽고 가단성이 있는 은백색의 알칼리 토금속입니다. 높은 화학적 활성을 가지고 있습니다.
바륨은 1774년 Karl Scheele에 의해 산화물 BaO 형태로 발견되었습니다. 1808년에 영국의 화학자 Humphrey Davy는 수은 음극을 사용하여 습식 수산화바륨을 전기분해하여 바륨 아말감을 생산했습니다. 가열하면서 수은을 증발시킨 후 바륨 금속을 분리했습니다.
바륨은 은백색의 가단성 금속입니다. 날카로운 타격으로 부서집니다. 바륨에는 두 가지 동소체 변형이 있습니다. 입방체 중심 격자가 있는 α-Ba는 최대 375°C(매개 변수 a = 0.501nm)에서 안정적이고 β-Ba는 그 이상에서 안정적입니다.
광물학적 규모 1.25의 경도; 모스 척도 2.
바륨 금속은 등유 또는 파라핀 층 아래에 저장됩니다.
바륨은 알칼리 토금속입니다. 공기중에서 격렬하게 산화하여 산화바륨 BaO와 질화바륨 Ba3N2을 형성하고 약간 가열하면 발화한다. 물과 격렬하게 반응하여 수산화 바륨 Ba (OH) 2를 형성합니다.
Ba + 2H2O \u003d Ba (OH) 2 + H2
묽은 산과 적극적으로 상호 작용합니다. 황산바륨 BaSO4, 아황산바륨 BaSO3, 탄산바륨 BaCO3, 인산바륨 Ba3(PO4)2와 같은 많은 바륨 염은 물에 불용성이거나 약간 용해됩니다. 황화바륨 BaS는 황화칼슘 CaS와 달리 물에 잘 녹습니다.
할로겐과 쉽게 반응하여 할로겐화물을 형성합니다.
수소로 가열하면 수소화 바륨 BaH2가 형성되고, 수소화 리튬 LiH와 함께 Li 착물이 생성됩니다.
암모니아로 가열 시 반응:
6Ba + 2NH3 = 3BaH2 + Ba3N2
가열하면 질화 바륨 Ba3N2가 CO와 반응하여 시안화물을 형성합니다.
Ba3N2 + 2CO = Ba(CN)2 + 2BaO
액체 암모니아를 사용하면 암모니아를 분리할 수 있는 암청색 용액을 제공하며 황금빛 광택이 있고 NH3 제거와 함께 쉽게 분해됩니다. 백금 촉매가 있으면 암모니아가 분해되어 바륨 아미드를 형성합니다.
바(NH2)2 + 4NH3 + H2
바륨 카바이드 BaC2는 BaO를 아크로에서 석탄과 함께 가열하여 얻을 수 있습니다.
인과 함께 인화물 Ba3P2를 형성합니다.
바륨은 많은 금속의 산화물, 할로겐화물 및 황화물을 해당 금속으로 환원시킵니다.
종종 알루미늄과 합금으로 사용되는 바륨 금속은 고진공 전자 장치에서 게터(게터)로 사용되며 액체 금속 냉각제(나트륨, 칼륨, 루비듐, 리튬, 세슘의 합금)에 지르코늄과 함께 첨가됩니다. 파이프라인 및 야금에 대한 공격성을 줄입니다.
전이 금속
전이 금속 (전이 원소) - 전자가 d- 및 f- 궤도에 나타나는 원자에서 D. I. Mendeleev의 화학 원소 주기율 체계의 측면 하위 그룹 요소. 일반적으로 전이 요소의 전자 구조는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다. ns-orbital은 하나 또는 두 개의 전자를 포함하고 나머지 원자가 전자는 -orbital에 있습니다. 원자가 전자의 수가 오비탈의 수보다 현저히 적기 때문에 전이 원소에 의해 형성되는 단순 물질은 금속입니다.
전환 요소의 일반적인 특성
모든 전환 요소에는 다음과 같은 공통 속성이 있습니다.
전기 음성도의 작은 값.
다양한 산화 상태. 외부 ns 하위 수준에 2개의 원자가 전자가 있는 거의 모든 d-원소의 경우 산화 상태 +2가 알려져 있습니다.
D. I. Mendeleev의 화학 원소 주기율표의 그룹 III의 d-원소에서 시작하여 가장 낮은 산화 상태의 원소는 기본 특성을 나타내는 화합물을 형성하며, 가장 높은 산성, 중간에서 양쪽성
철
철은 D. I. Mendeleev, 원자 번호 26의 화학 원소 주기율표의 네 번째 기간의 여덟 번째 그룹의 측면 하위 그룹의 요소입니다. 기호 Fe (lat. Ferrum)로 지정됩니다. 지각에서 가장 흔한 금속 중 하나(알루미늄 다음으로 두 번째).
단순 물질 철(CAS 번호: 7439-89-6)은 화학 반응성이 높은 가단성 은백색 금속입니다. 철은 공기 중에서 높은 온도나 높은 습도에서 빠르게 부식됩니다. 순수한 산소에서 철은 연소하고 미세하게 분산된 상태에서는 공기 중에서 자발적으로 발화합니다.
실제로 철은 일반적으로 순수 금속의 부드러움과 연성을 유지하는 불순물 함량이 낮은(최대 0.8%) 합금이라고 합니다. 그러나 실제로 철과 탄소의 합금이 더 자주 사용됩니다. 강철(최대 2% 탄소) 및 주철(탄소 2% 이상), 합금 금속(크롬, 망간)이 추가된 스테인리스(합금) 강철 , 니켈 등). 철과 그 합금의 특성이 결합되어 인간에게 중요한 "금속 1호"가 되었습니다.
자연에서 철은 순수한 형태로 거의 발견되지 않으며 대부분 철-니켈 운석의 일부로 발생합니다. 지각 내 철분의 보급률은 4.65%(O, Si, Al 다음으로 4위)이다. 또한 철은 지구 핵의 대부분을 구성한다고 믿어집니다.
철은 전형적인 금속이며 자유 상태에서는 은백색을 띠며 칙칙한 색조를 띤다. 순수한 금속은 연성이며 다양한 불순물 (특히 탄소)은 경도와 취성을 증가시킵니다. 그것은 뚜렷한 자기 특성을 가지고 있습니다. 유사한 물리적 특성, 원자 반경 및 전기 음성도 값을 갖는 세 가지 금속(철 Fe, 코발트 Co, 니켈 Ni) 그룹인 소위 "철 삼합체(iron triad)"는 종종 구별됩니다.
철은 다형성이 특징이며 네 가지 결정 변형이 있습니다.
최대 769°C에는 체심 입방 격자와 강자성체의 특성을 가진 α-Fe(페라이트)가 있습니다(769°C ≈ 1043K는 철의 퀴리점입니다).
769-917 ° C의 온도 범위에서 체심 입방 격자의 매개 변수와 상자석의 자기 특성에서만 α-Fe와 다른 β-Fe가 있습니다.
917-1394 °C의 온도 범위에는 면심 입방 격자가 있는 γ-Fe(오스테나이트)가 있습니다.
1394 °C 이상에서 δ-Fe는 체심 입방 격자로 안정적입니다.
금속 과학은 β-Fe를 별도의 상으로 구분하지 않고 다양한 α-Fe로 간주합니다. 철 또는 강철이 퀴리점(769 °C ≈ 1043 K) 이상으로 가열되면 이온의 열 운동이 전자의 스핀 자기 모멘트의 방향을 뒤엎고 강자성체는 상자성이 되어 2차 상전이가 발생하지만 결정의 기본 물리적 매개변수의 변화에 따라 1차 상전이가 발생하지 않습니다.
정상 압력의 순철의 경우 야금의 관점에서 다음과 같은 안정적인 수정이 있습니다.
절대 영도에서 910ºC까지 체심 입방(bcc) 결정 격자를 사용한 α 수정은 안정적입니다. α-철의 탄소 고용체를 페라이트라고 합니다.
910~1400ºC에서 fcc(face-centered cubic) 결정 격자를 사용한 γ-변형은 안정적입니다. γ-철의 탄소 고용체를 오스테나이트라고 합니다.
910~1539ºC에서 체심 입방(bcc) 결정 격자를 사용한 δ-수정은 안정적입니다. δ-철(및 α-철)의 탄소 고용체를 페라이트라고 합니다. 때때로 고온 δ-페라이트와 저온 α-페라이트(또는 단순히 페라이트) 사이에 구별이 이루어지지만 원자 구조는 동일합니다.
강철의 탄소 및 합금 원소의 존재는 상전이 온도를 크게 변화시킵니다.
지역에서 고압(104 MPa 이상, 100,000 atm.) 육방 밀집(hcp) 격자를 가진 ε-철의 변형이 있습니다.
다형성 현상은 철강 야금에 매우 중요합니다. 강철의 열처리가 일어나는 것은 결정 격자의 α-γ 전이 덕분입니다. 이 현상이 없었다면 강철의 기초가 되는 철은 이렇게 널리 사용되지 못했을 것입니다.
철은 내화성이며 중간 활성 금속에 속합니다. 철의 녹는점은 1539 °C, 끓는점은 약 3200 °C입니다.
철은 가장 많이 사용되는 금속 중 하나로 전 세계 야금 생산량의 최대 95%를 차지합니다.
철은 가장 중요한 구조 재료인 강철 및 주철의 주성분입니다.
철은 다른 금속(예: 니켈)을 기반으로 하는 합금의 일부가 될 수 있습니다.
자성 산화철(마그네타이트)은 하드 드라이브, 플로피 디스크 등과 같은 장기 컴퓨터 메모리 장치 제조에 중요한 재료입니다.
초미세 마그네타이트 분말은 흑백 레이저 프린터에서 토너로 사용됩니다.
여러 철 기반 합금의 고유한 강자성 특성은 변압기 및 전기 모터의 자기 코어에 대한 전기 공학의 광범위한 사용에 기여합니다.
염화철(III)(염화제이철)은 인쇄 회로 기판 에칭을 위한 아마추어 무선 실습에 사용됩니다.
황산구리와 혼합된 황산제일철(황산철)은 원예 및 건축 분야에서 유해한 진균을 방제하는 데 사용됩니다.
철은 철-니켈 배터리, 철-공기 배터리의 양극으로 사용됩니다.
구리
구리는 D. I. Mendeleev의 화학 원소 주기율표의 네 번째 주기인 첫 번째 그룹의 측면 하위 그룹의 원소이며 원자 번호는 29입니다. 기호 Cu(lat. Cuprum)로 지정됩니다. 단체 구리(CAS 번호: 7440-50-8)는 황금의 연성 전이 금속입니다. 핑크 색상(산화막이 없으면 분홍색). 그것은 고대부터 인간에 의해 널리 사용되었습니다.
구리는 금빛 분홍색의 연성 금속으로 공기 중에서 산화막으로 빠르게 덮이는 특징적인 강렬한 황적색 색조를 나타냅니다. 구리는 열전도율과 전기전도율이 높습니다(전기전도도에서 은 다음으로 2위). 그것은 63Cu와 65Cu의 두 가지 안정한 동위 원소와 여러 방사성 동위 원소를 가지고 있습니다. 이들 중 가장 수명이 긴 64Cu는 반감기가 12.7시간이며 다른 제품으로 두 번 붕괴됩니다.
밀도 - 8.94*10³ kg/m³
20 °C에서 비열 용량 - 390 J/kg*K
20-100 °C에서 전기 저항 - 1.78 10−8 옴 m
녹는점 - 1083 °C
끓는점 - 2600 °C
황동 - 구리와 아연의 합금, 청동 - 구리와 주석의 합금, 백동 - 구리와 니켈의 합금 등 여러 가지 구리 합금이 있습니다.
아연
아연은 D. I. Mendeleev의 화학 원소 주기율표의 네 번째 주기인 두 번째 그룹의 측면 하위 그룹의 원소이며 원자 번호는 30입니다. 기호 Zn(lat. Zinkum)으로 표시됩니다. 정상적인 조건에서 단순한 물질인 아연(CAS 번호: 7440-66-6)은 부서지기 쉬운 청백색 전이 금속입니다(공기 중에서 변색되어 산화아연의 얇은 층으로 덮임).
순수한 형태에서는 다소 연성이 있는 은백색 금속입니다. 매개변수 a = 0.26649 nm, c = 0.49468 nm인 육각형 격자를 가지고 있습니다. 상온에서는 취성이 있으며 판을 구부리면 결정체의 마찰로 인해 딱딱거리는 소리가 납니다(일반적으로 "주석 외침"보다 강함). 100-150°C에서 아연은 플라스틱입니다. 불순물은 미량이라도 아연의 취약성을 급격히 증가시킵니다.
전형적인 양쪽성 금속. 표준 전극 전위는 -0.76V이며 일련의 표준 전위에서 철 앞에 위치합니다.
공기 중에서 아연은 ZnO 산화물의 박막으로 덮여 있습니다. 강하게 가열하면 양쪽성 백색 산화물 ZnO가 형성되어 연소됩니다.
2Zn + O2 = 2ZnO.
산화 아연은 산성 용액과 반응합니다.
ZnO + 2HNO3 = Zn(NO3)2 + H2O
및 알칼리:
ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2O,
일반 순도의 아연은 산성 용액과 적극적으로 반응합니다.
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2,
Zn + H2SO4(dil.) = ZnSO4 + H2
및 알칼리 용액:
Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2 + H2,
히드록소-아연산염을 형성합니다. 매우 순수한 아연은 산 및 알칼리 용액과 반응하지 않습니다. 상호 작용은 황산구리 CuSO4 용액 몇 방울을 추가하는 것으로 시작됩니다.
가열하면 아연은 할로겐과 반응하여 ZnHal2 할라이드를 형성합니다. 인과 함께 아연은 인화물 Zn3P2 및 ZnP2를 형성합니다. 황과 그 유사체 - 셀레늄 및 텔루륨 - 다양한 칼코게나이드, ZnS, ZnSe, ZnSe2 및 ZnTe.
아연은 수소, 질소, 탄소, 규소 및 붕소와 직접 반응하지 않습니다. 질화물 Zn3N2는 550-600°C에서 아연과 암모니아의 반응에 의해 얻어진다.
수용액에서 아연 이온 Zn2+는 아쿠아복합체 2+ 및 2+를 형성합니다.
순수한 금속 아연은 지하 침출로 채굴된 귀금속(금, 은)을 회수하는 데 사용됩니다. 또한 아연은 조연에서 아연-은-금 금속간 화합물(소위 "은 거품")의 형태로 은, 금(및 기타 금속)을 추출하는 데 사용되며, 그런 다음 기존의 정제 방법으로 처리됩니다.
강철을 부식으로부터 보호하는 데 사용됩니다(기계적 응력을 받지 않는 표면의 아연 코팅 또는 금속화 - 교량, 탱크, 금속 구조물의 경우). 또한 화학적 전류 소스, 즉 배터리 및 축전지에서 음극 재료로 사용됩니다. kg, 550-650 W h / dm³), dioxysulfate-mercury element, iodate-zinc element, 산화 구리 전지(EMF 0.7-1.6 Volt, 84-127 W h / kg, 410-570 W h / dm³), 크롬 -아연 셀, 아연-염화은 셀, 니켈-아연 배터리(EMF 1, 82V, 95-118Wh/kg, 230-295Wh/dm³), 납-아연 셀, 아연-염소 배터리, 아연-브롬 배터리 , 등.). 아연-공기 배터리에서 아연의 역할은 매우 중요합니다. 최근 몇 년 동안 아연-공기 시스템을 기반으로 컴퓨터(노트북)용 배터리가 집중적으로 개발되었으며 이 분야에서 상당한 성공을 거두었습니다(리튬보다 큼). 배터리, 용량 및 자원, 비용의 3배 미만), 이 시스템은 엔진 시동(납 배터리 - 55Wh/kg, 아연 공기 - 220-300Wh/kg) 및 전기 자동차( 마일리지 최대 900km). 융점을 낮추기 위해 많은 브레이징 합금에 사용됩니다. 아연은 황동의 중요한 구성 요소입니다. 산화 아연은 방부제 및 항염증제로 의학에서 널리 사용됩니다. 또한, 산화 아연은 페인트 생산에 사용됩니다 - 아연 백색.
염화아연은 금속 납땜에 중요한 플럭스이며 섬유 생산의 구성 요소입니다.
텔루르화물, 셀렌화물, 인화물, 황화아연은 널리 사용되는 반도체입니다.
아연 셀렌화물은 이산화탄소 레이저와 같이 중적외선 범위에서 흡수가 매우 낮은 광학 유리를 만드는 데 사용됩니다.
수은
수은은 원자 번호 80을 갖는 D. I. Mendeleev의 화학 원소 주기율표의 여섯 번째 기간인 두 번째 그룹의 2차 하위 그룹의 요소입니다. 기호 Hg(lat. Hydrargyrum)로 지정됩니다. 단순 물질 수은(CAS 번호: 7439-97-6)은 전이 금속이며 실온에서 무거운 은백색의 눈에 띄게 휘발성인 액체이며 그 증기는 극도로 독성이 있습니다. 수은은 정상적인 조건에서 단순한 물질이 액체인 두 가지 화학 원소(및 유일한 금속) 중 하나입니다. 집계 상태(두 번째 원소는 브롬입니다). 자연에서는 천연 형태로 발견되며 많은 미네랄을 형성합니다. 대부분의 경우 수은은 가장 일반적인 광물인 진사에서 환원하여 얻습니다. 만드는 데 사용 측정기, 진공 펌프, 광원 및 기타 과학 기술 분야.
수은은 상온에서 액체인 유일한 금속입니다. 그것은 반자석의 성질을 가지고 있습니다. 많은 금속 액체 합금 - 아말감 형태. 철, 망간 및 니켈만 융합되지 않습니다.
수은은 비활성 금속입니다.
300 °C로 가열하면 수은은 산소와 반응합니다: 2Hg + O2 → 2HgO 적색 수은(II) 산화물이 형성됩니다. 이 반응은 가역적입니다. 340°C 이상으로 가열하면 산화물이 단순 물질로 분해됩니다. 산화수은의 분해 반응은 역사적으로 산소를 생성하는 첫 번째 방법 중 하나입니다.
수은을 황과 함께 가열하면 황화수은(II)이 형성됩니다.
수은은 산화성이 없는 산 용액에는 용해되지 않지만 왕수와 질산에는 용해되어 2가 수은 염을 형성합니다. 추위 속에서 과도한 수은이 질산에 용해되면 Hg2(NO3)2 질산염이 형성됩니다.
그룹 IIB의 요소 중 매우 안정적인 6d10 - 전자 껍질을 파괴할 가능성이 있는 것은 수은이며, 이는 수은 화합물(+4)의 존재 가능성으로 이어집니다. 따라서 물과 함께 분해되는 난용성 Hg2F2 및 HgF2 외에도 4K의 온도에서 수은 원자와 네온과 불소의 혼합물의 상호 작용에 의해 얻어지는 HgF4도 있습니다.
수은은 온도계 제조에 사용되며 수은 증기는 수은 석영으로 채워져 있으며 형광등. 수은 접점은 위치 센서 역할을 합니다. 또한 금속 수은은 여러 가지 중요한 합금을 얻는 데 사용됩니다.
이전에는 다양한 금속 아말감, 특히 금과 은 아말감이 주얼리, 거울 및 치아 충전재 생산에 널리 사용되었습니다. 공학에서 수은은 기압계와 압력계에 널리 사용되었습니다. 수은 화합물은 방부제(승화제), 완하제(칼로멜), 모자 제조 등에 사용되었으나 높은 독성으로 인해 20세기 말까지 이 분야에서 실질적으로 축출되었습니다. 금속의 분무 및 전착, 치과용 고분자 충전재).
수은과 탈륨의 합금은 저온 온도계에 사용됩니다.
금속성 수은은 기준 전압원(Weston 요소)에서 일부 화학적 전류원(예: 수은-아연 유형 RT)에서 여러 활성 금속, 염소 및 알칼리의 전해 생산을 위한 음극 역할을 합니다. 수은-아연 요소(emf 1.35 Volt)는 부피와 질량 면에서 에너지가 매우 높습니다(130 W/h/kg, 550 W/h/dm).
수은은 2차 알루미늄 및 금 채굴 재활용에 사용됩니다(아말감 야금 참조).
수은은 때때로 고부하 유체역학 베어링에서 작동 유체로 사용되기도 합니다.
수은은 잠수함의 밸러스트로 사용되며 일부 차량의 롤과 트림을 조절하는 데 사용됩니다. 이온 엔진에서 매우 효율적인 작동 유체로서 세슘과 합금의 수은을 사용하는 것이 유망합니다.
수은은 해수에서 선박의 선체가 오염되는 것을 방지하기 위한 일부 살생 페인트의 성분입니다.
Mercury-203(T1/2 = 53초)은 방사성 의약품에 사용됩니다.
수은 염도 사용됩니다.
요오드화 수은은 반도체 방사선 검출기로 사용됩니다.
Mercury fulminate("폭발성 수은")는 오랫동안 초기 폭발물(기폭 장치)로 사용되었습니다.
브롬화수은은 물을 수소와 산소로 열화학적 분해(원자 수소 에너지)하는 데 사용됩니다.
일부 수은 화합물은 의약품으로 사용되지만(예: 백신의 보존을 위한 메르티올레이트), 주로 독성으로 인해 수은은 중간에서 의약에서 제외되었습니다(승화, 옥시시안화수은 - 방부제, 칼로멜 - 완하제 등). 20세기 말.
알류미늄
알루미늄은 D. I. Mendeleev, 원자 번호 13의 화학 원소 주기율표의 세 번째 기간의 세 번째 그룹의 주요 하위 그룹의 요소입니다. 기호 Al (lat. 알루미늄)으로 지정됩니다. 경금속 그룹에 속합니다. 지각에서 가장 흔한 금속이자 세 번째로 흔한 화학 원소(산소와 규소 다음).
단순 물질 알루미늄(CAS 번호: 7429-90-5)은 가볍고 은백색의 비자성 금속으로 성형, 주조, 가공이 쉽습니다. 알루미늄은 열 및 전기 전도성이 높으며 더 이상의 상호 작용으로부터 표면을 보호하는 강력한 산화막의 빠른 형성으로 인해 부식에 대한 내성이 있습니다.
일부 생물학적 연구에 따르면 인체의 알루미늄 섭취가 알츠하이머 병 발병의 요인으로 간주되었지만 이러한 연구는 나중에 비판을 받았으며 하나와 다른 하나의 연결에 대한 결론이 반박되었습니다.
은백색 금속, 경량, 밀도 2.7g/cm³, 기술 등급용 녹는점 658 °C, 고순도 알루미늄용 660 °C, 끓는점 2500 °C, 주조 인장 강도 10-12 kg/mm², 변형 가능 18 -25kg/mm2, 합금 38-42kg/mm2.
브리넬 경도 24-32 kgf / mm², 높은 가소성: 기술 35%, 순도 50%, 얇은 시트 및 호일로 압연.
알루미늄은 전기 및 열전도율이 높아 구리의 전기전도도의 65%로 빛 반사율이 높습니다.
알루미늄은 거의 모든 금속과 합금을 형성합니다.
정상적인 조건에서 알루미늄은 얇고 강한 산화막으로 덮여 있으므로 H2O(t°), O2, HNO3(가열 없음)와 같은 고전적인 산화제와 반응하지 않습니다. 이로 인해 알루미늄은 실질적으로 부식되지 않으므로 현대 산업에서 널리 요구됩니다. 그러나 산화막이 파괴되면(예를 들어 암모늄 염 용액 NH4+, 뜨거운 알칼리와 접촉하거나 아말감화의 결과로) 알루미늄은 활성 환원 금속으로 작용합니다.
간단한 물질에 쉽게 반응합니다.
산소:
4Al + 3O2 = 2Al2O3
할로겐 사용:
2Al + 3Br2 = 2AlBr3
가열되면 다른 비금속과 반응합니다.
유황으로 황화알루미늄 형성:
2Al + 3S = Al2S3
질화알루미늄을 형성하기 위한 질소:
탄소로 알루미늄 카바이드 형성:
4Al + 3С = Al4С3
황화알루미늄과 탄화알루미늄은 완전히 가수분해됩니다.
Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S
Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3+ 3CH4
복합 물질:
물로(예를 들어, 아말감화 또는 뜨거운 알칼리 용액으로 보호 산화막을 제거한 후):
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2
알칼리(테트라하이드로옥소알루미네이트 및 기타 알루미네이트 형성):
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2
2(NaOH·H2O) + 2Al = 2NaAlO2 + 3H2
염산 및 묽은 황산에 쉽게 용해됨:
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2
2Al + 3H2SO4(razb) = Al2(SO4)3 + 3H2
가열하면 용해성 알루미늄 염을 형성하는 산화제 인 산에 용해됩니다.
2Al + 6H2SO4(conc) = Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Al + 6HNO3(conc) = Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
산화물에서 금속을 복원합니다(aluminothermy).
8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe
2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr
구조재로 널리 사용됩니다. 이 품질에서 알루미늄의 주요 장점은 가벼움, 스탬핑 연성, 내식성 (공기 중에서 알루미늄은 즉시 강력한 Al2O3 필름으로 덮여 추가 산화를 방지함), 높은 열전도율, 화합물의 무독성입니다. 특히 이러한 특성으로 인해 알루미늄은 조리기구, 알루미늄 호일 제조에 매우 인기가 있습니다. 음식 산업그리고 포장용.
구조 재료로서 알루미늄의 주요 단점은 강도가 낮기 때문에 일반적으로 소량의 구리 및 마그네슘과 합금됩니다(합금을 두랄루민이라고 함).
알루미늄의 전기 전도도는 구리보다 1.7배밖에 낮지 않은 반면 알루미늄은 약 2배 저렴합니다. 따라서 와이어 제조, 차폐, 칩의 도체 제조를위한 마이크로 전자 공학의 전기 공학에서 널리 사용됩니다. 구리(63 1/ohm)에 비해 알루미늄(37 1/ohm)의 낮은 전기 전도도는 알루미늄 전도체의 단면적 증가로 보상됩니다. 전기 재료로서 알루미늄의 단점은 납땜을 어렵게 만드는 강한 산화막입니다.
속성의 복잡성으로 인해 열 장비에 널리 사용됩니다.
알루미늄과 그 합금은 초저온에서도 강도를 유지합니다. 이 때문에 극저온 기술에 널리 사용됩니다.
낮은 비용과 용이한 증착과 결합된 높은 반사율은 알루미늄을 거울을 만드는 데 이상적인 재료로 만듭니다.
가스 형성제로 건축 자재를 생산할 때.
알루미늄 도금은 피스톤 엔진 밸브, 터빈 블레이드, 오일 플랫폼, 열 교환 장비와 같은 강철 및 기타 합금에 부식 및 스케일 저항성을 부여하고 아연 도금을 대체합니다.
황화알루미늄은 황화수소를 생산하는 데 사용됩니다.
발포 알루미늄을 특히 강하고 가벼운 소재로 개발하기 위한 연구가 진행 중입니다.
알루미늄이 매우 비쌌을 때 알루미늄으로 다양한 장신구를 만들었습니다. 생산을위한 새로운 기술이 등장했을 때 즉시 패션이 지나갔고 비용이 여러 번 줄었습니다. 이제 알루미늄은 때때로 보석 제조에 사용됩니다.
기타 금속
선두
납은 원자 번호 82의 D. I. Mendeleev 화학 원소 주기율표의 여섯 번째 기간 인 네 번째 그룹의 주요 하위 그룹의 요소입니다. 기호 Pb (lat. Plumbum)로 지정됩니다. 단순 물질 납(CAS 번호: 7439-92-1)은 가단성이 있고 상대적으로 녹는점이 낮은 금속입니다. 회색 색상.
납은 0°C에서 열전도율이 35.1W/(m·K)로 상당히 낮습니다. 금속은 부드럽고 칼로 자르기 쉽습니다. 표면에는 일반적으로 다소 두꺼운 산화물 막으로 덮여 있으며 절단시 반짝이는 표면이 열리고 공기 중에서 시간이 지남에 따라 사라집니다.
녹는점: 327.4 °C
끓는점: 1740 °C
질산 납은 강력한 혼합 폭발물을 생산하는 데 사용됩니다. Lead azide는 가장 널리 사용되는 뇌관(폭발물)으로 사용됩니다. 과염소산납은 광석의 부양 선광에 사용되는 무거운 액체(밀도 2.6g/cm³)를 준비하는 데 사용되며, 때때로 강력한 혼합에 사용됩니다. 폭발물산화제로. 플루오르화 납은 단독으로 뿐만 아니라 비스무트, 구리, 플루오르화은과 함께 화학적 전류원에서 음극 재료로 사용됩니다. 납 비스무트, 황화납 PbS, 요오드화납은 리튬 배터리의 음극 재료로 사용됩니다. 양극 물질로 염화납 PbCl2 백업 소스현재의. Lead telluride PbTe는 열전 재료(thermo-emf with 350 μV/K)로 널리 사용되며, 열전 발전기 및 열전 냉장고 생산에 가장 널리 사용되는 재료입니다. 이산화납 PbO2는 납 배터리에서 널리 사용될 뿐만 아니라 이를 기반으로 예를 들어 납-염소 원소, 납-불소 원소 등과 같은 많은 백업 화학 전류원이 생성됩니다.
백색 납, 염기성 탄산염 Pb(OH)2PbCO3, 밀도가 높은 백색 분말은 이산화탄소와 아세트산의 작용으로 공기 중의 납에서 얻습니다. 백색 납을 착색 안료로 사용하는 것은 황화수소 H2S의 작용에 의해 분해되기 때문에 예전만큼 일반적이지 않습니다. 납 백색은 시멘트 및 탄산납 종이 기술에서 퍼티 생산에도 사용됩니다.
비산 납과 비산은 해충 박멸을 위한 살충제 기술에 사용됩니다. 농업(매미나방과 목화 바구미). 불용성 백색 분말인 납 붕산염 Pb(BO2)2 H2O는 그림과 바니시를 건조시키는 데 사용되며 다른 금속과 함께 유리와 도자기의 코팅제로 사용됩니다. 염화납 PbCl2, 백색 결정성 분말, 용해성 뜨거운 물, 다른 염화물 및 특히 염화 암모늄 NH4Cl의 용액. 그것은 종양 치료에서 연고의 준비에 사용됩니다.
크롬 옐로우로 알려진 납 크롬산염 PbCrO4는 도료 준비, 도자기 및 직물 염색에 중요한 안료입니다. 산업계에서 크로메이트는 주로 황색 안료 생산에 사용됩니다. 질산 납 Pb(NO3)2 - 흰색 결정체, 물에 잘 녹습니다. 사용이 제한된 바인더입니다. 산업계에서는 중매, 방직염색과 속채우기, 녹용염색, 판화에 사용된다. 수불용성 백색 분말인 납 황산염 Pb(SO4)2는 배터리, 리소그래피 및 인쇄 직물 기술에서 안료로 사용됩니다.
흑색의 수불용성 분말인 황화납 PbS는 도기 소성 및 납 이온 검출에 사용됩니다.
납은 γ-방사선을 잘 흡수하기 때문에 X선 기계와 원자로에서 방사선 차폐용으로 사용됩니다. 또한 납은 첨단 고속 중성자 원자로 프로젝트에서 냉각제로 간주됩니다.
납 합금이 널리 사용됩니다. 85-90% Sn과 15-10% Pb를 포함하는 백랍(주석-납 합금)은 성형이 가능하고 저렴하며 가정용품 제조에 사용됩니다. 67% Pb 및 33% Sn을 포함하는 솔더는 전기 공학에 사용됩니다. 납과 안티몬의 합금은 총알과 활자체의 생산에 사용되며 납, 안티몬 및 주석의 합금은 피규어 주조 및 베어링에 사용됩니다. 납-안티몬 합금은 일반적으로 케이블 재킷 및 전기 배터리 플레이트에 사용됩니다. 납 화합물은 염료, 페인트, 살충제, 유리 제품의 제조에 사용되며 테트라에틸 납(C2H5) 4Pb 형태의 휘발유 첨가제로 사용됩니다. , 불쾌한 냄새, Тm = 130 °C, Тbp = 80°С/13 mmHg, 밀도 1.650 g/cm³, nD2v = 1.5198, 물에 불용성, 유기 용제와 섞일 수 있음, 독성이 강하고 피부를 통해 쉽게 침투함, MPC = 0.005 mg/m³ LD50 = 12.7 mg/kg(쥐, 경구)) 옥탄가를 높입니다.
주석
주석은 D. I. Mendeleev의 화학 원소 주기율표의 다섯 번째 주기인 네 번째 그룹의 주요 하위 그룹의 원소이며 원자 번호는 50입니다. 기호 Sn(lat. Stannum)으로 지정됩니다. 정상적인 조건에서 단순한 물질 주석은 연성이 있고 가단성이 있으며 녹을 수 있는 은백색의 반짝이는 금속입니다. 주석은 몇 가지 동소체 변형을 형성합니다. 13.2°C 미만에서는 입방체 다이아몬드와 같은 격자가 있는 안정적인 α-주석(회색 주석), 13.2°C 이상에서는 정사각형 결정 격자가 있는 안정적인 β-주석(흰색 주석)입니다.
주석은 순수한 형태 또는 다른 금속과의 합금으로 주로 안전하고 무독성이며 내부식성 코팅으로 사용됩니다. 주석의 주요 산업 응용 분야는 식품 포장용 주석 도금(주석 도금), 전자 제품용 땜납, 주택 배관, 베어링 합금, 주석 및 그 합금의 코팅입니다. 주석의 가장 중요한 합금은 청동(구리 포함)입니다. 또 다른 잘 알려진 합금인 백랍은 식기를 만드는 데 사용됩니다. 최근에는 중비철금속 중에서 가장 "친환경적"인 금속의 사용에 대한 관심이 되살아나고 있습니다. Nb3Sn 금속간 화합물을 기반으로 초전도 와이어를 만드는 데 사용됩니다.
2006년 금속 주석 가격은 평균 $12-18/kg, 고순도 이산화주석은 약 $25/kg, 고순도 단결정 주석은 약 $210/kg이었습니다.
주석과 지르코늄의 금속간 화합물은 높은 녹는점(최대 2000 °C)과 공기 중에서 가열될 때 산화에 대한 저항성을 가지며 다양한 용도로 사용됩니다.
주석은 구조용 티타늄 합금 생산에서 가장 중요한 합금 성분입니다.
이산화주석은 광학 유리 표면을 "마무리"하는 데 사용되는 매우 효과적인 연마재입니다.
주석 염의 혼합물 - "노란색 구성" - 이전에는 양모 염료로 사용되었습니다.
주석은 또한 화학 전류원에서 양극 재료로 사용됩니다(예: 망간-주석 원소, 산화물-수은-주석 원소). 납-주석 배터리에 주석을 사용하는 것은 유망합니다. 예를 들어 납 배터리와 동일한 전압에서 납-주석 배터리는 단위 부피당 용량이 2.5배 더 크고 에너지 밀도가 5배 더 높으므로 내부 저항이 훨씬 낮습니다.
금속 주석은 무독성이므로 식품 산업에서 사용할 수 있습니다. 최대 600ºC의 용융물을 포함하여 정상적인 보관 및 사용 조건에서 주석에 함유된 유해 불순물은 GOST에 따라 최대 허용 농도를 초과하는 부피로 작업 영역의 공기 중으로 방출되지 않습니다. 주석 분진에 장기간(15-20년 동안) 노출되면 폐에 섬유화 효과가 있으며 작업자에게 진폐증을 유발할 수 있습니다.
금속의 응용
건축 자재
금속 및 그 합금은 현대 문명의 주요 구조 재료 중 하나입니다. 이것은 주로 높은 강도, 균일성 및 액체 및 기체에 대한 불투과성에 의해 결정됩니다. 또한 합금의 조성을 변경하면 매우 넓은 범위에서 특성을 변경할 수 있습니다.
전기재료
금속은 우수한 전기 전도체(구리, 알루미늄)와 저항 및 전기 발열체(니크롬 등)의 고저항 재료로 사용됩니다.
도구 재료
금속 및 그 합금은 도구(작업 부품) 제조에 널리 사용됩니다. 이들은 주로 공구강과 단단한 합금입니다. 다이아몬드, 질화붕소 및 세라믹도 공구 재료로 사용됩니다.
야금
야금 또는 야금은 금속, 금속 간 화합물 및 합금의 물리적 및 화학적 거동을 연구하는 재료 과학 분야입니다. 야금은 또한 원자재 추출에서 완제품 생산에 이르기까지 금속에 대한 기존 지식의 실제 적용을 포함합니다.
구조와 물리에 대한 연구- 화학적 특성금속 및 산화물 용융 및 고용체, 물질의 응축 상태 이론 개발;
야금 반응의 열역학, 동역학 및 메커니즘 연구;
과학 및 기술 및 경제 기반 개발 통합 사용환경 문제를 해결하는 다금속 광물 원료 및 인공 폐기물;
금속, 합금, 금속 분말 및 복합 재료 및 코팅 생산을 위한 고온 야금, 전열, 습식 야금 및 기상 공정의 기초 이론 개발.
철 금속에는 철, 망간, 크롬, 바나듐이 포함됩니다. 다른 모든 색상입니다. 비철금속은 물리적 특성과 목적에 따라 조건부로 중금속(구리, 납, 아연, 주석, 니켈)과 경금속(알루미늄, 티타늄, 마그네슘)으로 나뉩니다.
주요 기술 공정에 따라 고온 야금(제련)과 습식 야금(화학 용액에서 금속 추출)으로 나뉩니다. 고온 야금의 변형은 플라즈마 야금입니다.
플라즈마 야금 -광석에서 추출, 플라즈마의 영향을 받는 금속 및 합금의 제련 및 가공.
광석(산화물 등)의 처리는 플라즈마에서 열분해하여 수행됩니다. 역반응을 방지하기 위해 환원제(탄소, 수소, 메탄 등)를 사용하거나 열역학적 평형을 위반하는 플라즈마 흐름의 급격한 냉각을 사용합니다.
플라즈마 야금은 광석에서 금속을 직접 환원하고, 야금 공정을 크게 가속화하며, 순수한 재료를 얻고, 연료(환원제) 소비를 줄입니다. 플라즈마 야금술의 단점은 플라즈마를 생성하는 데 사용되는 높은 전기 소비량입니다.
이야기
사람이 야금에 종사했다는 첫 번째 증거는 기원전 5-6 천년으로 거슬러 올라갑니다. 이자형. Majdanpek, Pločnik 및 세르비아(Vinca 문화에 속하는 BC 5500년 구리 도끼 포함), 불가리아(BC 5000), Palmela(포르투갈), 스페인, Stonehenge(영국)의 다른 사이트에서 발견되었습니다. 그러나 그러한 오랜 현상의 경우가 종종 그렇듯이 나이를 항상 정확하게 결정할 수는 없습니다.
초기 문화에는 은, 구리, 주석, 운철이 존재하여 제한적인 금속 가공이 가능했습니다. 따라서 "Heavenly daggers"는 기원전 3000 년 유성 철로 만든 이집트 무기로 높은 평가를 받았습니다. 이자형. 그러나 암석에서 구리와 주석을 채굴하고 청동이라는 합금을 얻는 방법을 배운 사람들은 BC 3500년경입니다. 이자형. 청동기 시대에 들어섰다.
광석에서 철을 얻고 금속을 제련하는 것은 훨씬 더 어려웠습니다. 이 기술은 기원전 1200년경 히타이트에 의해 발명된 것으로 여겨진다. e., 철기 시대의 시작을 알렸다. 채광과 제철의 비결은 블레셋 세력의 핵심 요인이 되었다.
철 야금술의 발달 흔적은 과거의 많은 문화와 문명에서 찾아볼 수 있습니다. 여기에는 중동 및 근동의 고대 및 중세 왕국과 제국, 고대 이집트 및 아나톨리아(터키), 카르타고, 고대 및 중세 유럽의 그리스 및 로마, 중국, 인도, 일본 등이 포함됩니다. 많은 방법, 장치 및 야금 기술은 원래 고대 중국에서 발명되었으며 유럽인은이 기술을 마스터했습니다 (용광로, 주철, 강철, 유압 해머 등 발명). 그러나 최근 연구에 따르면 로마의 기술은 특히 광업과 단조 분야에서 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 발전했다고 합니다.
광업 야금
채광 야금은 광석에서 귀중한 금속을 추출하고 추출된 원료를 순수한 금속으로 재용해하는 것입니다. 금속 산화물이나 황화물을 순수한 금속으로 전환하기 위해서는 물리적, 화학적 또는 전기분해 수단을 통해 광석을 분리해야 합니다.
야금학자는 원료, 정광(귀중한 금속 산화물 또는 황화물) 및 폐기물의 세 가지 주요 구성 요소로 작업합니다. 채광 후, 큰 덩어리의 광석은 각 입자가 귀중한 정광 또는 폐기물이 될 정도로 분쇄됩니다.
광석과 환경이 침출을 허용하는 경우 채광이 필요하지 않습니다. 이런 식으로 미네랄을 녹이고 미네랄이 풍부한 용액을 얻을 수 있습니다.
종종 광석에는 여러 가지 귀금속이 포함되어 있습니다. 이 경우 한 공정의 폐기물을 다른 공정의 공급원료로 사용할 수 있습니다.
합금
합금은 금속 성분이 우세한 두 개 이상의 화학 원소가 거시적으로 균질하게 혼합된 것입니다. 일반적으로 합금의 주요 또는 유일한 단계는 합금의 기초가 되는 금속의 합금 원소의 고용체입니다.
합금은 금속 광택, 높은 전기 및 열 전도성과 같은 금속 특성을 가지고 있습니다. 때때로 합금 구성 요소는 화학 원소일 뿐만 아니라 금속 특성을 가진 화합물일 수도 있습니다. 예를 들어 경질 합금의 주성분은 텅스텐 또는 티타늄 카바이드입니다. 합금의 거시적 특성은 구성 요소의 특성과 항상 다르며 다상(비균질) 합금의 거시적 균질성은 금속 매트릭스에서 불순물 위상의 균일한 분포로 인해 달성됩니다.
합금은 일반적으로 용융 상태에서 구성 요소를 혼합한 다음 냉각하여 얻습니다. 구성 요소의 높은 용융 온도에서 합금은 금속 분말을 혼합한 다음 소결하여 생성됩니다(예를 들어, 이것은 얼마나 많은 텅스텐 합금이 얻어지는가).
합금은 주요 구조 재료 중 하나입니다. 그중 철과 알루미늄을 기반으로 한 합금이 가장 중요합니다. 탄소, 규소, 붕소 등과 같은 비금속도 많은 합금의 구성에 도입될 수 있으며 기술에는 5,000개 이상의 합금이 사용됩니다.
출처
사람들이 필요에 따라 사용하는 방법을 배운 첫 번째 재료는 돌입니다. 그러나 나중에 사람이 금속의 특성을 알게 되었을 때 돌은 멀리 뒤로 이동했습니다. 사람들의 손에서 가장 중요하고 주요한 재료가 된 것은 이러한 물질과 그 합금입니다. 가정 용품, 노동 도구가 만들어지고 건물이 지어졌습니다. 따라서 이 기사에서는 금속이 무엇인지, 일반적인 특성, 특성 및 오늘날과 관련된 용도를 고려할 것입니다. 실제로 석기 시대 직후 문자 그대로 구리, 청동 및 철과 같은 금속 은하 전체가 뒤따 랐습니다.
이 단순 물질의 모든 대표자를 하나로 묶는 것은 무엇입니까? 물론 이것은 결정 격자의 구조, 화학 결합의 유형 및 원자의 전자 구조의 특징입니다. 결국, 인간이 이러한 재료를 사용하는 근본적인 특징적인 물리적 특성입니다.
우선, 금속을 주기율표의 화학 원소로 간주하십시오. 그 안에는 오늘날 알려진 115개 셀 중 95개 셀을 차지하며 매우 자유롭게 위치하며 일반 시스템에서 위치에 대한 몇 가지 특징이 있습니다.
이러한 데이터를 바탕으로 시스템의 오른쪽 상단 부분에 비금속이 모여 있고 나머지 공간은 우리가 고려하는 요소에 속한다는 것을 쉽게 알 수 있습니다.
그들 모두는 원자의 전자 구조의 몇 가지 특징을 가지고 있습니다.
금속 및 비금속의 일반적인 특성으로 인해 구조의 패턴을 식별할 수 있습니다. 따라서 첫 번째 결정 격자는 금속성이며 특별합니다. 노드에는 한 번에 여러 유형의 입자가 포함됩니다.
이러한 물질의 모든 물리적 특성을 설명하는 전자 가스라고 하는 일반적인 구름이 내부에 축적됩니다. 금속의 화학 결합 유형은 금속과 같은 이름입니다.
모든 금속을 통합하는 여러 매개 변수가 있습니다. 일반적인 물성 특성은 다음과 같습니다.
나열된 매개 변수는 금속의 일반적인 특성, 즉 금속을 하나로 통합하는 모든 것입니다. 대가족. 그러나 모든 규칙에는 예외가 있음을 이해해야 합니다. 게다가 이런 요소가 너무 많다. 따라서 가족 자체 내에서도 다양한 그룹으로 구분되며 아래에서 고려하고 특징을 나타낼 것입니다.
화학 과학의 관점에서 모든 금속은 환원제입니다. 그리고, 매우 강합니다. 외부 레벨의 전자 수가 적고 원자 반경이 클수록 지정된 매개 변수에 따라 금속이 더 강해집니다.
결과적으로 금속은 다음과 반응할 수 있습니다.
이것은 화학적 특성에 대한 일반적인 개요일 뿐입니다. 결국 각 요소 그룹에 대해 순전히 개별적입니다.
알칼리 토금속의 일반적인 특성은 다음과 같습니다.
따라서 알칼리 토금속은 s 계열의 공통 요소이며 높은 화학적 활성을 나타내며 강력한 환원제이며 신체의 생물학적 과정에 중요한 참여자입니다.
일반적인 특성은 이름에서 시작됩니다. 그들은 물에 용해되어 알칼리-가성 수산화물을 형성하는 능력으로 그것을 받았습니다. 물과의 반응은 매우 격렬하며 때로는 가연성입니다. 이러한 물질은 화학적 활성이 너무 높기 때문에 자연에서 자유 형태로 발견되지 않습니다. 그들은 공기, 수증기, 비금속, 산, 산화물 및 염, 즉 거의 모든 것과 반응합니다.
이것은 전자 구조 때문입니다. 외부 수준에는 단 하나의 전자가 있으며 쉽게 내보냅니다. 이들은 가장 강력한 환원제이기 때문에 순수한 형태로 얻는 데 오랜 시간이 걸렸습니다. 이것은 수산화나트륨의 전기분해에 의해 이미 18세기에 Humphrey Davy에 의해 처음 수행되었습니다. 이제 이 그룹의 모든 대표가 이 방법을 사용하여 채굴됩니다.
알칼리 금속의 일반적인 특징은 또한 주기율표의 주요 하위 그룹의 첫 번째 그룹을 구성한다는 것입니다. 그것들은 모두 인간이 사용하는 많은 귀중한 천연 화합물을 형성하는 중요한 요소입니다.
이 원소군에는 산화 상태가 변할 수 있는 모든 원소가 포함됩니다. 이것은 조건에 따라 금속이 산화제와 환원제로 모두 작용할 수 있음을 의미합니다. 이러한 요소는 반응에 들어가는 능력이 뛰어납니다. 그 중에는 많은 양성 물질이 있습니다.
이 모든 원자의 공통 이름은 전이 요소입니다. 그들은 특성면에서 전형적인 s 계열 금속과 p 계열의 비금속 사이의 중간에 실제로 서 있다는 사실 때문에 그것을 받았습니다.
전이 금속의 일반적인 특성은 유사한 특성의 지정을 의미합니다. 다음과 같습니다.
단순 물질로서 이 그룹의 금속은 매우 강하고 연성이며 가단성이므로 산업적으로 매우 중요합니다.
2차 하위 그룹 금속의 일반적인 특성은 과도기 하위 그룹의 특성과 완전히 일치합니다. 그리고 이것은 놀라운 일이 아닙니다. 사실 그것은 정확히 같은 것이기 때문입니다. 시스템의 측면 하위 그룹은 d- 및 f- 계열, 즉 전이 금속의 대표자에 의해 정확하게 형성됩니다. 따라서 이러한 개념은 동의어라고 말할 수 있습니다.
그들 중 가장 활동적이고 중요한 것은 스칸듐에서 아연에 이르는 10개의 대표자 중 첫 번째 행입니다. 그들 모두는 산업적으로 매우 중요하며 특히 제련을 위해 사람이 자주 사용합니다.
금속 및 합금의 일반적인 특성을 통해 이러한 물질을 사용할 수 있는 위치와 방법을 이해할 수 있습니다. 이러한 화합물은 품질을 향상시키기 위해 점점 더 많은 새로운 첨가제가 발견되고 합성되기 때문에 지난 수십 년 동안 큰 변화를 겪었습니다.
오늘날 가장 유명한 합금은 다음과 같습니다.
합금이란 무엇입니까? 이것은 특수 용광로 장치에서 후자를 제련하여 얻은 금속 혼합물입니다. 이는 제품을 형성하는 순수한 물질보다 우수한 특성을 가진 제품을 얻기 위해 수행됩니다.
일반적인 속성에 대해 이야기하면 금속과 비금속의 특성은 한 가지 매우 중요한 점에서 다를 것입니다. 후자의 경우 물리적 및 화학적으로 나타나는 속성이 크게 다르기 때문에 유사한 기능을 골라내는 것은 불가능합니다. .
따라서 비금속에서는 이러한 특성을 만드는 것이 불가능합니다. 각 그룹의 대표자를 개별적으로 고려하고 속성을 설명하는 것만 가능합니다.
화학 원소의 특성으로 인해 적절한 그룹으로 결합할 수 있습니다. 이 원리에 따라 기존 물질의 개념을 바꾸고 이전에 알려지지 않은 새로운 요소의 존재를 가정할 수 있는 주기적인 시스템이 만들어졌습니다.
접촉
화학 원소 주기율표는 19세기 후반 D. I. Mendeleev에 의해 작성되었습니다. 그것은 무엇이며 왜 필요한가요? 모든 화학원소를 원자량이 큰 순서대로 결합하고, 모두 주기적으로 성질이 변하도록 배열한다.
멘델레예프의 주기 체계는 이전에 단순히 별개의 물질로 간주되었던 모든 기존 요소를 단일 체계로 가져왔습니다.
그 연구를 바탕으로 새로운 화학 물질. 과학에 대한 이 발견의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다., 그것은 시대를 훨씬 앞서 있었고 수십 년 동안 화학 발전에 자극을주었습니다.
일반적으로 "짧음", "긴" 및 "초장"이라고 하는 세 가지 가장 일반적인 테이블 옵션이 있습니다. ». 메인 테이블은 긴 테이블로 간주되며, 공식적으로 승인되었습니다.그들 사이의 차이점은 요소의 레이아웃과 기간의 길이입니다.
시스템에는 7개의 기간이 포함되어 있습니다.. 그래픽으로 수평선으로 표시됩니다. 이 경우 기간에는 행이라고 하는 한 줄 또는 두 줄을 포함할 수 있습니다. 각 후속 요소는 핵 전하(전자 수)를 하나씩 증가시킴으로써 이전 요소와 다릅니다.
간단히 말해서 주기는 주기율표에서 가로줄입니다. 각각은 금속으로 시작하여 불활성 기체로 끝납니다. 실제로 이것은 주기성을 생성합니다. 요소의 속성은 한 주기 내에서 변경되고 다음 주기에서 다시 반복됩니다. 첫 번째, 두 번째 및 세 번째 기간은 불완전하며 소형이라고하며 각각 2, 8 및 8 요소를 포함합니다. 나머지는 완전하며 각각 18개의 요소가 있습니다.
그룹은 세로 열입니다., 동일한 전자 구조를 가진 요소를 포함하거나 더 간단하게는 더 높은 . 공식적으로 승인된 긴 테이블에는 알칼리 금속으로 시작하여 불활성 가스로 끝나는 18개의 그룹이 포함되어 있습니다.
각 그룹에는 고유한 이름이 있으므로 요소를 쉽게 찾거나 분류할 수 있습니다. 위에서 아래 방향으로 원소에 관계없이 금속성 특성이 향상됩니다. 이것은 원자 궤도의 수가 증가했기 때문입니다. 원자 궤도가 많을수록 전자 결합이 약해져 결정 격자가 더 뚜렷해집니다.
테이블의 금속 Mendeleev는 우세한 숫자를 가지고 있으며 그들의 목록은 상당히 광범위합니다. 그들은 공통된 특징이 특징이며 속성이 이질적이며 그룹으로 나뉩니다. 그들 중 일부는 물리적 의미에서 금속과 공통점이 거의 없는 반면, 다른 일부는 1초 동안만 존재할 수 있으며 자연에서(적어도 행성에서는) 전혀 발견되지 않습니다. 실험실에서 인위적으로. 각 그룹에는 고유한 특성이 있습니다., 이름은 다른 것과 상당히 눈에 띄게 다릅니다. 이 차이는 특히 첫 번째 그룹에서 두드러집니다.
주기율표에서 금속의 위치는? 원소는 원자 질량 또는 전자와 양성자의 수를 증가시켜 배열합니다. 그들의 속성은 주기적으로 변경되므로 테이블에 깔끔한 일대일 배치가 없습니다. 금속을 결정하는 방법은 주기율표에 따라 가능합니까? 질문을 단순화하기 위해 특별한 트릭이 발명되었습니다. 조건부로 요소의 교차점에서 Bor에서 Polonius (또는 Astatine)까지 대각선이 그려집니다. 왼쪽은 금속이고 오른쪽은 비금속입니다. 매우 간단하고 훌륭하지만 게르마늄과 안티몬과 같은 예외가 있습니다.
이러한 "방법"은 일종의 치트 시트이며 암기 과정을 단순화하기 위해서만 발명되었습니다. 보다 정확한 표현을 위해 다음을 기억하십시오. 비금속의 목록은 22개 원소에 불과합니다.따라서 주기율표에 얼마나 많은 금속이 포함되어 있는지에 대한 질문에 답하십시오.
그림에서 어떤 원소가 비금속인지, 그룹과 기간별로 테이블에 어떻게 배열되어 있는지 명확하게 볼 수 있습니다.
금속의 일반적인 물리적 특성이 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
금속의 특성은 화학적 또는 물리적 특성과 관련하여 매우 다르다는 것을 이해해야 합니다. 그들 중 일부는 일반적인 의미에서 금속과 거의 유사하지 않습니다. 예를 들어 수은은 특별한 위치를 차지합니다. 정상적인 조건에서 그것은 액체 상태이며 결정 격자가 없으며 그 존재는 다른 금속에 그 특성이 있습니다. 이 경우 후자의 특성은 조건부이며 수은은 화학적 특성과 관련이 있습니다.
흥미로운!첫 번째 그룹의 요소 인 알칼리 금속은 순수한 형태로 발생하지 않으며 다양한 화합물의 구성 요소입니다.
자연에 존재하는 가장 부드러운 금속인 세슘이 이 그룹에 속합니다. 그는 다른 알칼리성 유사 물질과 마찬가지로 일반적인 금속과 공통점이 거의 없습니다. 일부 소식통은 실제로 가장 부드러운 금속은 칼륨이라고 주장합니다. 이는 화학 반응의 결과로 방출되어 빠르게 산화되거나 반응하는 하나의 원소도 다른 원소도 자체적으로 존재하지 않기 때문에 논쟁하거나 확인하기 어렵습니다.
두 번째 금속 그룹인 알칼리토류는 주요 그룹에 훨씬 더 가깝습니다. "알칼리성 지구"라는 이름은 산화물이 느슨하고 부서지기 쉬운 구조를 가지고 있기 때문에 "지구"라고 불렸던 고대부터 유래되었습니다. 다소 익숙한 (일상적인 의미에서) 속성은 세 번째 그룹에서 시작하는 금속에 의해 소유됩니다. 그룹 번호가 증가함에 따라 금속의 양이 감소합니다.
금속은 기계적, 기술적, 물리적 및 화학적 특성을 가지고 있습니다.
물리적 특성에는 다음이 포함됩니다: 색상, 밀도, 가용성, 전기 전도도, 자기 특성, 열 전도도, 열 용량, 가열 시 확장성 및 상 변환;
화학적 - 산화성, 용해도, 내식성, 내열성;
기계적 - 강도, 경도, 탄성, 점도, 가소성, 취성;
기술 - 경화성, 유동성, 가단성, 용접성, 가공성.
힘- 무너지지 않고 외력의 작용에 저항하는 금속의 능력.
비강도- 밀도에 대한 인장 강도의 비율.
경도-다른 신체의 침투에 저항하는 신체의 능력이라고합니다.
탄력- 모양의 변화(변형)를 유발하는 외력의 작용이 종료된 후 모양을 복원하는 금속의 특성.
점도- 충격 외력에 저항하는 금속의 능력. 점도는 취성의 반대 속성입니다.
플라스틱- 금속이 외력에 의해 파괴되지 않고 변형되고 외력이 멈춘 후에도 새로운 형태를 유지하는 성질.
금속을 테스트하는 최신 방법은 기계적 테스트, 화학, 스펙트럼, 금속학 및 X-레이 분석, 기술 샘플, 결함 탐지입니다. 이러한 테스트는 금속의 특성, 구조, 구성 및 특성에 대한 아이디어를 얻을 수 있는 기회를 제공합니다.
기계적 성질. 모든 제품의 첫 번째 요구 사항은 충분한 강도입니다. 많은 제품은 일반적인 강도 외에도 이 제품의 특징인 특수한 특성을 가져야 합니다. 예를 들어 절삭 공구는 경도가 높아야 합니다. 절삭 및 기타 공구의 제조에는 공구강 및 합금이 사용되며 스프링 및 스프링에는 고탄성 특수강이 사용됩니다.
연성 금속은 부품이 작동 중 충격 하중을 받는 경우에 사용됩니다.
금속의 가소성으로 인해 압력(단조, 압연, 스탬핑)으로 가공할 수 있습니다.
물리적 특성. 항공기, 자동차, 계측기 및 자동차 제조 분야에서 부품의 무게는 종종 가장 중요한 특성이므로 알루미늄 및 마그네슘 합금이 여기에서 특히 유용합니다.
가용성녹은 금속을 주형에 부어 주물을 만드는 데 사용됩니다. 저융점 금속(납)은 강철의 경화 매체로 사용됩니다. 일부 복잡한 합금은 녹는점이 너무 낮아 뜨거운 물에 녹습니다. 이러한 합금은 지형 매트릭스, 화재 안전 장치의 퓨즈 주조에 사용됩니다.
높은 금속 전기 전도성(구리, 알루미늄)은 전기 공학, 전력선 및 전기 저항이 높은 합금-백열등, 전기 히터에 사용됩니다.
자기 특성금속은 전기 모터 생산의 전기 공학, 계측 변압기(전화 및 전신 세트)에 사용됩니다.
열 전도성금속을 사용하면 압력 처리, 열처리를 위해 균일하게 가열할 수 있으며 금속 납땜 및 용접 가능성을 제공합니다.
일부 금속은 선형 팽창 계수가 0에 가깝습니다. 이러한 금속은 교량, 육교 등의 건설에 사용되는 정밀 기기 제조에 사용됩니다.
화학적 특성. 내부식성은 화학적 활성 환경에서 작동하는 제품(화학 산업의 기계 부품)에 특히 중요합니다. 이러한 제품의 경우 스테인레스, 내산성 및 내열성 강과 같이 내식성이 높은 합금이 사용됩니다.
