Os metais são o tipo mais comum de materiais com os quais uma pessoa satisfaz suas necessidades vitais. Agora a humanidade vive na era dos metais e o desenvolvimento de todas as indústrias, ciência, cultura e vida humana são impensáveis sem máquinas, mecanismos, instrumentos e outros produtos de metal.
A transição do homem do uso da pedra (Idade da Pedra) para o metal foi longa e complexa. Não ocorreu como resultado de um salto revolucionário no desenvolvimento da sociedade, mas os metais gradualmente entraram na vida cotidiana do homem por um longo período. O primeiro metal que entrou na vida cotidiana foi o cobre, que abriu a era da metalurgia e deu ao mundo a primeira liga - o bronze. De acordo com dados arqueológicos, as primeiras informações sobre a fundição de cobre datam de 6.500 a 5.700 anos. BC. Foi a base da cultura material por milhares de anos, e a Idade do Cobre gradualmente passou para a Idade do Bronze.
A próxima etapa da metalurgia foi o uso do ferro (Idade do Ferro) e seu início é atribuído ao segundo milênio aC. A obtenção de ferro puro e suas ligas tornou-se possível graças à experiência acumulada na fundição de cobre, bronze, ouro e outros metais e ligas de baixo ponto de fusão. O desenvolvimento da produção de ferro serviu como um poderoso impulso para o desenvolvimento das forças produtivas e do progresso técnico. Nos tempos antigos, oito metais eram conhecidos pelo homem - cobre, ouro, prata, estanho, chumbo, ferro, mercúrio e antimônio. Até o final do século XVIII. seu número aumentou para 20 e atualmente cerca de 80 metais são produzidos e usados.
A abundância de elementos na crosta terrestre é diferente - de alguns por cento a milionésimos. O conteúdo total dos dez elementos mais comuns (oxigênio - 47,00; silício - 29,50; alumínio - 8,05; ferro - 4,65, cálcio - 2,96; sódio - 2,50; potássio - 2,50; magnésio - 1,87; titânio - 0,45; hidrogênio - 0,15) representa 99,63% da massa da crosta terrestre, e todos os outros elementos representam apenas 0,37% da massa total da Terra. Uma ideia da prevalência na crosta terrestre de alguns metais bem conhecidos é dada pelos valores de seus clarks, ou seja, conteúdo médio aritmético na crosta terrestre, que são dados abaixo (%):
Os mais raros na natureza são o polônio e o actínio, cuja claridade está próxima de 10 a 15%.
O significado técnico de um metal é determinado por sua prevalência na natureza, a necessidade de economia nacional e capacidades de fabricação. Os dois últimos fatores determinam a escala de produção de certos tipos de metal. Na produção de metais, cerca de 95% da produção (cerca de 800 milhões de toneladas) é de ferro fundido e aço, que são ligas de ferro com carbono e outros componentes de liga. A produção anual dos principais metais não ferrosos está no patamar (milhões de toneladas .): alumínio 23–24; cobre 10–11; níquel 0,5–0,7; liderar 4–5; zinco 5–6; magnésio 0,2–0,3; estanho 0,20–0,25; molibdênio 0,14–0,15; titânio cerca de 0,1.
A produção de metais a partir de minérios e outros tipos de matérias-primas contendo metais é realizada pela metalurgia, o maior ramo da indústria pesada. A metalurgia é o elo central da mineração e produção metalúrgica, incluindo geologia, mineração, enriquecimento, metalurgia propriamente dita, produção de fundição e processamento de metais por vários métodos (pressão, temperatura, métodos mecânicos, etc.). A metalurgia é baseada nos princípios das tecnologias químicas, pois durante a implementação dos processos metalúrgicos, os materiais processados passam por várias transformações físicas e químicas. Portanto, a metalurgia está intimamente ligada à física, à química e, principalmente, à físico-química, que é a base científica da metalurgia teórica e prática. Nos últimos anos, a conexão entre a metalurgia e a matemática e a informática vem crescendo.
A indústria metalúrgica da Rússia produz atualmente 78 elementos da Tabela Periódica de D.I. Mendeleev, e tipos diferentes fertilizantes, materiais de construção, ácido sulfúrico e enxofre, cimento e muitos outros produtos. A metalurgia da Rússia é um ramo altamente desenvolvido da produção de materiais. De particular importância para o desenvolvimento da indústria de mineração na Rússia foram as obras de M.V. Lomonosov, D.I. Mendeleev, bem como grandes especialistas na produção de metais ferrosos P.P. Anosova, D. K. Chernova, N.N. Beketova, I. P. Bardin e muitos outros. Uma contribuição inestimável para o desenvolvimento da metalurgia não ferrosa doméstica foi feita por A.A. Baikov, NS. Kurnakov, P. P. Fedotiev, V. A. Vanyukov, AI. Belyaev, I F. Khudyakov, AN Volsky e outros.
A maioria dos metais tem um número de propriedades que são de natureza geral e diferem das propriedades de outros compostos simples ou complexos. Tais propriedades são os pontos de fusão relativamente altos da maioria dos metais, a capacidade de refletir a luz, alta condutividade térmica e elétrica e a capacidade de rolar. Essas características são explicadas pela existência em metais de um tipo especial de ligação - a metálica.
De acordo com o regulamento em sistema periódicoátomos de metal têm um pequeno número de elétrons de valência e muitas órbitas vazias. Além disso, os elétrons de valência estão fracamente ligados aos seus núcleos e, portanto, têm uma grande liberdade de movimento na rede cristalina do metal. O quadro geral do estado metálico pode ser representado da seguinte forma. Os nós da rede cristalina de um metal são ocupados por átomos e íons individuais, entre os quais os elétrons se movem relativamente livremente, às vezes chamados de gás de elétrons (Fig. 1).
Arroz. Fig. 1. Esquema de arranjo de átomos, íons e elétrons em redes cristalinas de metais: 1 – átomos; 2 - íons; 3 - elétrons Como os elétrons de valência estão distribuídos quase uniformemente em um cristal metálico, é impossível falar de qualquer direcionalidade das ligações metálicas. Esta é a diferença importante das ligações covalentes, que têm uma orientação estrita no espaço. Uma ligação metálica difere de uma ligação covalente também em sua força: sua energia é 3 a 4 vezes menor que a energia de uma ligação covalente. A existência de elétrons móveis em um cristal metálico explica suas características (condutividade elétrica, condutividade térmica).
Uma ligação metálica pode ser definida como um tipo de ligação química covalente não direcional, quando os átomos têm poucos elétrons de valência, muitas órbitas livres e elétrons de valência são fracamente retidos pelo núcleo.
Assim, os metais são elementos químicos cujas redes cristalinas consistem em átomos e íons, e os elétrons se movem livremente no espaço entre os núcleos. As ligações entre átomos são covalentes, aquelas entre íons e elétrons são metálicas.
Os átomos perdem elétrons constantemente, transformando-se em íons, e estes os aceitam, tornando-se átomos. O número de elétrons vagando aleatoriamente na rede cristalina, como moléculas de gás, é diferente para diferentes metais, determina a proporção da ligação metálica e a medida da metalicidade do elemento.
O conceito de rede cristalina - "imerso em uma nuvem de elétrons vagando livremente" - expresso pela primeira vez em 1902, foi agora complementado e adquiriu uma interpretação ligeiramente modificada; no entanto, mesmo em sua forma original simplificada, explica bem a alta condutividade elétrica, a condutividade térmica e a emissão termiônica dos metais.
As forças de atração e repulsão mútuas atuam sobre átomos e íons nos nós da rede cristalina. As amplitudes de vibração de íons e átomos dependem da temperatura e aumentam com ela. No ponto de fusão, as amplitudes de oscilação são tão grandes que a rede é destruída: átomos e íons perdem seus lugares permanentes e entram em movimento aleatório, característico do estado líquido. A ligação entre íons e elétrons é chamada de metálica, e entre átomos é chamada de covalente. O número de elétrons errantes depende da proporção desses tipos de ligações químicas. Quanto maior esse número, mais pronunciadas são as propriedades metálicas dos elementos.
A resistência da ligação metálica explica muitas das propriedades físicas e mecânicas dos metais.
As influências mecânicas externas no metal causam um deslocamento nas camadas da rede cristalina, no entanto, a ligação entre íons e elétrons não é violada devido à livre mobilidade dos elétrons. Por esta razão, os metais são fortes e dúcteis, mudam de forma, mas não perdem a resistência. Existem muitos elétrons livres no cobre e no ouro, a ligação metálica predomina sobre a ligação covalente - esses metais são plásticos, forjados, tricotados. O antimônio e o bismuto têm relativamente poucos elétrons livres, portanto são frágeis.
Algumas propriedades físicas e mecânicas dos metais não ferrosos mais comuns são dadas (Tabela 1).
tabela 1 A condutividade elétrica, devido ao movimento no espaço da rede cristalina dos elétrons "socializados", obviamente depende da liberdade de seu movimento - o arranjo correto dos átomos, a amplitude e a frequência de suas vibrações térmicas. De fato, com o aumento da temperatura, a amplitude das oscilações dos locais da rede aumenta, a dispersão dos elétrons aumenta e a condutividade elétrica diminui; aumenta novamente com o resfriamento. Em temperaturas próximas do zero absoluto, a resistência elétrica de alguns metais e ligas torna-se extremamente pequena. A necessidade de temperaturas muito baixas ainda dificulta o uso prático desse valioso e interessante fenômeno. A supercondutividade a menos 253 °C, descoberta em meados do século 20 em uma liga de nióbio, alumínio e germânio, é um fenômeno raro. Outro supercondutor de "alta temperatura" é uma liga de nióbio e gálio.
A presença de até mesmo pequenas impurezas de outros elementos reduz a condutividade elétrica: perturbando a ordem na rede, eles espalham elétrons. Os elétrons também são espalhados por átomos deslocados como resultado de ação mecânica externa - deformação por forjamento, laminação ou outro processamento semelhante.
A condutividade térmica quase sempre muda com a temperatura, como a condutividade elétrica - os metais mais condutores elétricos conduzem bem o calor, e aqueles com resistência elétrica relativamente alta são piores. A condutividade térmica está associada tanto às vibrações dos átomos na rede quanto ao movimento dos elétrons livres. Este último parece ser o predominante.
As propriedades mecânicas - resistência à tração, compressão, flexão, dureza e plasticidade são explicadas não apenas pela ligação metálica, mas também pelas características da estrutura cristalina dos metais, que em sua maioria possuem redes espaciais compactas com um alto número de coordenadas. Os mais típicos deles são mostrados (Fig. 2), que devem ser entendidos apenas como um diagrama do arranjo dos centros atômicos. Na realidade, os átomos convencionalmente representados como esferas são densamente compactados e ocupam apenas 70% do volume (ver Fig. 2d, 1).
Arroz. 2. Redes cristalinas típicas de metais e defeitos estruturais: Muitos metais são mutuamente solúveis em estado líquido ou sólido, ou formam compostos intermetálicos químicos entre si, como resultado dos quais surgem outros sistemas cristalinos e as propriedades mudam amplamente. É sobre sobre ligas que abrem espaço para a obtenção de novos materiais valiosos com propriedades especiais. Já são utilizadas milhares de ligas binárias, ternárias e mais complexas, que são obtidas não apenas pela mistura de metais líquidos, mas também pela sinterização de pós ou dissolução de qualquer elemento na camada superficial de um metal sólido (liga).
A capacidade de deformação elástica e plástica, alta condutividade elétrica e térmica e algumas outras características compõem um conjunto de propriedades que não são inerentes a outros sólidos - madeira, pedra, plásticos. Isso explica o inegável reconhecimento dos metais e ligas como os materiais mais importantes da tecnologia moderna.
M. V. Lomonosov definiu os metais como "... corpos leves que podem ser forjados". Hoje em dia, além de complementar isso com sinais de alta condutividade elétrica e térmica, deve-se notar que muitas propriedades dependem da pureza e do processamento mecânico. O mesmo metal pode ser maleável e quebradiço. Nos cristais reais, sempre existem vários defeitos, devido aos quais as propriedades mecânicas e outras propriedades físicas não podem ser atribuídas apenas às características da ligação metálica e da rede cristalina.
Defeitos pontuais - locais de rede não preenchidos, vacâncias (ver Fig. 2), bem como locais ocupados por átomos de impurezas - aparecem durante a cristalização a partir do fundido. Defeitos lineares e planos - deslocamentos também são obtidos durante a cristalização ou como resultado de processamento mecânico na forma de camadas incompletas de átomos ou seu deslocamento mútuo e, às vezes, entrelaçamento.
O número total de defeitos por 1 cm 2 de área de metal ou liga geralmente excede 10 6 . Defeitos pontuais reduzem principalmente a condutividade elétrica e térmica, enquanto outros também reduzem as propriedades mecânicas.
Metais e ligas comuns são policristalinos, consistem em agregados de grãos orientados aleatoriamente. em cada grão, os cristais elementares têm a mesma orientação, enquanto nos grãos vizinhos eles têm orientação diferente, às vezes localizados em grandes ângulos (Fig. 3). As impurezas se acumulam nos contornos de grão e se formam vazios de gás. Além de diminuir as propriedades físicas, há também uma menor resistência à corrosão.
Arroz. 3. Limites de grão de metal localizados em grandes ângulos A possibilidade de deslocar as camadas de cristais ao longo das direções das discordâncias ou quebrá-las nos contornos dos grãos reduz a resistência. A resistência aumenta até certo ponto após o recozimento - aquecimento e resfriamento lento, quando, como resultado da difusão, os deslocamentos são parcialmente eliminados e os grãos ficam mais finos.
A usinagem às vezes causa endurecimento associado ao emaranhamento de discordâncias. Outra razão para o endurecimento significativo, acompanhado por uma diminuição da ductilidade e aparecimento de fragilidade, está associada ao aparecimento ou introdução de fases insolúveis estranhas, por exemplo, carboneto de ferro F 3 C em aço ou óxidos e nitretos em titânio, tungstênio, molibdênio . Os grãos desses compostos impedem o deslocamento mútuo das camadas de metal. A purificação de metais de impurezas geralmente melhora significativamente a ductilidade e facilita o processamento.
Os metais líquidos diferem dos metais sólidos em uma ligação relativamente pequena entre átomos e íons, mas a liberdade de movimento dos elétrons também é preservada aqui, portanto, eles também são eletricamente e termicamente condutores.
O mesmo metal em diferentes temperaturas pode ter diferentes redes cristalinas. A transição de um sistema para outro altera a distância entre os nós e sua localização, essa transição afeta significativamente as propriedades das modificações polimórficas. Por exemplo, o estanho, conhecido em temperaturas comuns como um metal brilhante dúctil do sistema tetragonal com densidade de 7,29 g / cm 3 (modificação β), em temperaturas abaixo de 13,2 ° C e, especialmente, com superresfriamento rápido, transforma-se em cinza pó, cristalizando em sistema cúbico com densidade de 5,85 g/cm 3 (α - modificação). Transformações semelhantes são características de muitos outros elementos.
A atividade química dos metais pode ser caracterizada pela posição na série eletroquímica de tensões, onde os metais são colocados na ordem de aumento dos potenciais eletroquímicos ou eletrodos normais. Quanto maior o valor algébrico do potencial normal do eletrodo, menor a capacidade redutora e a atividade química do metal. Em uma série de voltagens, cada metal é capaz de deslocar os metais à sua direita de soluções aquosas e sais fundidos.
Os metais com potenciais eletroquímicos negativos estão facilmente sujeitos à oxidação, portanto, são encontrados na natureza apenas na forma de compostos químicos: óxidos, haletos, bem como sulfetos, silicatos e outros sais. À medida que o potencial aumenta e, portanto, a diminuição da atividade química, o estado livre dos metais torna-se cada vez mais estável. Por exemplo, cobre, prata e mercúrio são encontrados na natureza não apenas na forma de sais, mas também em estado livre, enquanto o ouro e a platina estão predominantemente em estado livre. A relação entre os potenciais de eletrodo e algumas propriedades dos metais é mostrada (Tabela 2).
Caracterizando os metais como elementos químicos, deve-se notar que o sistema periódico de D. I. Mendeleev não os distingue claramente de metaloides e não metais. Isso é natural: cada elemento é uma unidade dielétrica de propriedades metálicas e metaloides, cuja natureza contraditória não é eliminada com o aumento da carga nuclear e do número de camadas eletrônicas.
Hidrogênio, gases nobres, halogênios, elementos do grupo VI - oxigênio, enxofre, selênio, telúrio e polônio, bem como boro, carbono, nitrogênio, silício e fósforo são facilmente reconhecidos como não-metais óbvios. Todos eles não fornecem os óxidos e hidróxidos básicos característicos dos metais. No entanto, entre outros elementos, alguns possuem hidróxidos anfóteros. Em particular, em metais aparentemente óbvios como zinco e alumínio, os óxidos exibem propriedades ácidas e básicas.
Nas redes cristalinas de metais em caso Geral mencionados acima, e para a maioria dos elementos químicos eles são mostrados condicionalmente na Tabela. 4. No entanto, a diferença nas estruturas cristalinas também não justifica a subdivisão dos elementos que nos interessam. O mercúrio e o bismuto, habitualmente considerados metais, cristalizam no sistema rômbico, o que é incomum para a maioria dos outros metais, enquanto o índio e o estanho cristalizam no sistema tetragonal.
O limite condicional mais claro entre metais e metaloides pode ser traçado comparando a condutividade elétrica ou seu recíproco, a resistividade elétrica. Para um metal óbvio - níquel, a resistividade elétrica é 6,8∙10 -6 (Ohm∙cm), e para o metalóide de carbono apenas na modificação do grafite é 1375∙10 -6 (Ohm∙cm ).
Com foco nessa característica, 80 elementos devem ser atribuídos a metais e 23 a não metais e metaloides.
Além disso, limitar a área da metalurgia aos elementos que compõem a crosta terrestre, frâncio, tecnécio, promécio, bem como actinídeos, começando com amerício, deve ser excluído de oitenta, e o número final de metais deve ser determinado igual a 68 (Tabela 3).
Tabela 3 Em conexão com o desejo de complexidade do uso de matérias-primas, bem como a produção generalizada de ligas, muitas vezes incluindo metalóides, desenvolveram-se tradições segundo as quais o silício, o germânio e, às vezes, também o selênio e o telúrio, extraídos da metalurgia matérias-primas, às vezes são incorretamente classificadas como metais. Junto com isso, um metal típico, o sódio, é recebido pela indústria química; isso mostra a estreita ligação entre química e metalurgia. Anteriormente, a metalurgia se distinguia da tecnologia química pelo uso predominante de fundidos em temperaturas altas, agora essa característica está cada vez mais perdida: junto com a pirometalurgia a fogo, cresce a importância da hidrometalurgia, que extrai metais de minérios por lixiviação com soluções aquosas de reagentes, seguida de redução por eletrólise ou cimentação.
Sorção, extração, precipitação, co-precipitação e outros métodos de processamento químico são usados como estágios intermediários para a separação e concentração de substâncias dissolvidas.
A classificação industrial dos metais, tradicionalmente estabelecida em nosso país durante o período de industrialização mais intensa, não possui uma base científica clara, mas é amplamente utilizada na literatura técnica e na vida cotidiana. Sua primeira base, aceita em alguns outros países, é a diferença acentuada na escala de produção de ferro e outros metais. Na massa total de produtos metalúrgicos, as ligas de ferro ocupam cerca de 93%. Portanto, existem "metais de ferro" (ferro e suas ligas - ferro fundido e aço) e outros "não-ferro".
Em nosso país, os nomes condicionalmente aceitos de metais ferrosos e não ferrosos correspondem a isso. Os metais não ferrosos, por sua vez, são subdivididos de acordo com algumas características comuns em vários grupos e subgrupos indicados nas tabelas 3 e 4.
Na classificação acima, não há sequer o princípio dos nomes dos grupos. Assim, no final do século passado, o alumínio era considerado um metal raro e agora ocupa o primeiro lugar entre os metais não ferrosos em termos de produção e consumo. A questão do titânio não foi definitivamente resolvida, já que alguns metalúrgicos o atribuem a metais raros refratários, enquanto outros a metais leves. Portanto, diferentes metalúrgicos, aderindo a diferentes pontos de vista, atribuem metais individuais a diferentes grupos.
Definição
Estar na natureza
Propriedades do metal
Propriedades características dos metais
Propriedades físicas dos metais
Propriedades quimicas dos metais
estrutura microscópica
metais alcalinos
Características gerais dos metais alcalinos
Propriedades químicas dos metais alcalinos
Obtenção de metais alcalinos
Hidróxidos
carbonatos
Rubídio
metais alcalinos terrestres
Cálcio
Estrôncio
metais de transição
Características gerais dos elementos de transição
Alumínio
Outros metais
Aplicação de metais
Materiais de construção
Materiais elétricos
Materiais de ferramentas
Metalurgia
História
mineração metalurgia
Metal é(o nome vem do latim metallum - mine) - um grupo de elementos com propriedades metálicas características, como alta condutividade térmica e elétrica, coeficiente positivo de resistência à temperatura, alta ductilidade, etc. Cerca de 70% de todos os elementos químicos pertencem aos metais .
Estar na natureza
A maioria dos metais está presente na natureza na forma de minérios e compostos. Eles formam óxidos, sulfetos, carbonatos e outros compostos químicos. Para obter metais puros e seu posterior uso, é necessário separá-los dos minérios e realizar a purificação. Se necessário, ligas e outros processamentos de metais são realizados. O estudo disso é a ciência da metalurgia. A metalurgia distingue entre minérios de metais ferrosos (à base de ferro) e minérios não ferrosos (o ferro não está incluído em sua composição, apenas cerca de 70 elementos). Ouro, prata e platina também são metais preciosos. Além disso, eles estão presentes em pequenas quantidades na água do mar, plantas, organismos vivos (desempenhando um papel importante).
Sabe-se que 3% do corpo humano é composto por metais. Acima de tudo em nossas células está o cálcio e o sódio, concentrados nos sistemas linfáticos. O magnésio se acumula nos músculos e no sistema nervoso, cobre - no fígado, ferro - no sangue.
Propriedades do metal
Propriedades características dos metais
Brilho metálico (exceto iodo e carbono na forma de grafite. Apesar de seu brilho metálico, o iodo cristalino e o grafite não são metais.)
Boa condutividade elétrica (exceto carbono).
Possibilidade de usinagem leve.
Alta densidade (geralmente os metais são mais pesados que os não-metais).
Alto ponto de fusão (exceções: mercúrio, gálio e metais alcalinos).
Ótima condutividade térmica
Nas reações, eles são sempre agentes redutores.
Propriedades físicas dos metais
Todos os metais (exceto mercúrio e, condicionalmente, a França) estão no estado sólido em condições normais, mas têm dureza diferente. Assim, os metais alcalinos são facilmente cortados com uma faca de cozinha, e metais como vanádio, tungstênio e cromo arranham facilmente o aço e o vidro mais duros. Abaixo está a dureza de alguns metais na escala de Mohs.
Os pontos de fusão variam de -39°C (mercúrio) a 3410°C (tungstênio). O ponto de fusão da maioria dos metais (com exceção dos álcalis) é alto, mas alguns metais "normais", como estanho e chumbo, podem ser derretidos em um fogão elétrico ou a gás convencional.
Dependendo da densidade, os metais são divididos em leves (densidade 0,53 ÷ 5 g/cm³) e pesados (5 ÷ 22,5 g/cm³). O metal mais leve é o lítio (densidade 0,53 g/cm³). Atualmente é impossível nomear o metal mais pesado, pois as densidades do ósmio e do irídio - os dois metais mais pesados - são quase iguais (cerca de 22,6 g / cm³ - exatamente o dobro da densidade do chumbo), e é extremamente difícil calcular sua exata densidade: para isso você precisa de metais completamente limpos, porque qualquer impureza reduz sua densidade.
A maioria dos metais é dúctil, o que significa que um fio de metal pode ser dobrado sem quebrar. Isso ocorre devido ao deslocamento das camadas de átomos metálicos sem quebrar a ligação entre eles. Os mais plásticos são ouro, prata e cobre. O ouro pode ser usado para fazer folhas com espessura de 0,003 mm, que são usadas para dourar produtos. No entanto, nem todos os metais são plásticos. Fio de zinco ou estanho tritura quando dobrado; manganês e bismuto não se dobram durante a deformação, mas quebram imediatamente. A plasticidade também depende da pureza do metal; Assim, o cromo muito puro é muito dúctil, mas mesmo contaminado com pequenas impurezas, torna-se quebradiço e mais duro.
Todos os metais conduzem bem a eletricidade; isso se deve à presença em suas redes cristalinas de elétrons móveis movendo-se sob a ação de um campo elétrico. Prata, cobre e alumínio têm a maior condutividade elétrica; por esse motivo, os dois últimos metais são os mais usados como material para fios. O sódio também tem uma condutividade elétrica muito alta; são conhecidas tentativas de usar condutores de sódio na forma de tubos de aço inoxidável de paredes finas cheios de sódio em equipamentos experimentais. Devido ao baixo peso específico do sódio, com igual resistência, os "fios" de sódio são muito mais leves que o cobre e até um pouco mais leves que o alumínio.
A alta condutividade térmica dos metais também depende da mobilidade dos elétrons livres. Portanto, a série de condutividades térmicas é semelhante à série de condutividades elétricas e o melhor guia o calor, como a eletricidade, é prata. O sódio também é usado como bom condutor de calor; É amplamente conhecido, por exemplo, o uso de sódio nas válvulas de motores de automóveis para melhorar sua refrigeração.
A superfície lisa dos metais reflete uma grande porcentagem da luz - esse fenômeno é chamado de brilho metálico. No entanto, no estado em pó, a maioria dos metais perde o brilho; alumínio e magnésio, no entanto, mantêm seu brilho em pó. Alumínio, prata e paládio refletem melhor a luz - os espelhos são feitos desses metais. Às vezes, o ródio também é usado para fazer espelhos, apesar de seu preço excepcionalmente alto: devido à sua dureza e resistência química muito maiores que a prata ou mesmo o paládio, a camada de ródio pode ser muito mais fina que a prata.
A cor da maioria dos metais é aproximadamente a mesma - cinza claro com um tom azulado. Ouro, cobre e césio são amarelo, vermelho e amarelo claro, respectivamente.
Propriedades quimicas dos metais
Na camada eletrônica externa, a maioria dos metais tem um pequeno número de elétrons (1-3), portanto, na maioria das reações, eles agem como agentes redutores (isto é, eles “doam” seus elétrons)
1. Reações com substâncias simples
Todos os metais reagem com o oxigênio, exceto ouro e platina. A reação com a prata ocorre em altas temperaturas, mas o óxido de prata(II) praticamente não é formado, pois é termicamente instável. Dependendo do metal, a saída pode ser óxidos, peróxidos, superóxidos:
4Li + O2 = 2Li2O óxido de lítio
2Na + O2 = Na2O2 peróxido de sódio
K + O2 = KO2 superóxido de potássio
Para obter óxido de peróxido, o peróxido é reduzido com um metal:
Na2O2 + 2Na = 2Na2O
Com metais de atividade média e baixa, a reação ocorre quando aquecida:
3Fe + 2O2 = Fe3O4
Apenas os metais mais ativos reagem com nitrogênio, apenas o lítio interage à temperatura ambiente, formando nitretos:
6Li + N2 = 2Li3N
Quando aquecido:
3Ca + N2 = Ca3N2
Todos os metais reagem com enxofre, exceto ouro e platina:
O ferro reage com o enxofre quando aquecido para formar sulfeto:
Apenas os metais mais ativos reagem com o hidrogênio, ou seja, metais dos grupos IA e IIA, exceto o Be. As reações são realizadas quando aquecidas e os hidretos são formados. Nas reações, o metal atua como um agente redutor, o estado de oxidação do hidrogênio é -1:
Apenas os metais mais ativos reagem com o carbono. Neste caso, formam-se acetilenídeos ou metanídeos. Acetilídeos, quando reagem com água, dão acetileno, metanídeos - metano.
2Na + 2C = Na2C2
Na2C2 + 2H2O = 2NaOH + C2H2
A liga é a introdução de elementos adicionais no fundido que modificam as propriedades mecânicas, físicas e químicas do material de base.
estrutura microscópica
As propriedades características dos metais podem ser compreendidas a partir de sua estrutura interna. Todos eles têm uma conexão fraca de elétrons do nível de energia externo (ou seja, elétrons de valência) com o núcleo. Devido a isso, a diferença de potencial criada no condutor leva a um movimento semelhante a uma avalanche de elétrons (chamados elétrons de condução) na rede cristalina. Uma coleção de tais elétrons é muitas vezes referida como um gás de elétrons. Além dos elétrons, a contribuição para a condutividade térmica é feita pelos fônons (vibrações da rede). A plasticidade se deve a uma pequena barreira de energia para o movimento das discordâncias e a mudança dos planos cristalográficos. A dureza pode ser explicada por um grande número de defeitos estruturais (átomos intersticiais, lacunas, etc.).
Devido ao fácil retorno de elétrons, a oxidação de metais é possível, o que pode levar à corrosão e degradação adicional das propriedades. A capacidade de oxidação pode ser reconhecida pela série padrão de atividade dos metais. Este fato confirma a necessidade de usar metais em combinação com outros elementos (uma liga, a mais importante das quais é o aço), sua liga e o uso de vários revestimentos.
Para uma descrição mais correta das propriedades eletrônicas dos metais, é necessário o uso da mecânica quântica. Em todos os sólidos com simetria suficiente, os níveis de energia dos elétrons dos átomos individuais se sobrepõem e formam bandas permitidas, e a banda formada pelos elétrons de valência é chamada de banda de valência. A ligação fraca dos elétrons de valência nos metais leva ao fato de que a banda de valência nos metais acaba sendo muito ampla e todos os elétrons de valência não são suficientes para preenchê-la completamente.
A característica fundamental dessa banda parcialmente preenchida é que, mesmo na tensão mínima aplicada, o rearranjo dos elétrons de valência começa na amostra, ou seja, uma corrente elétrica flui.
A mesma alta mobilidade dos elétrons leva a uma alta condutividade térmica, bem como à capacidade de espelhar a radiação eletromagnética (que confere aos metais um brilho característico).
metais alcalinos
Os metais alcalinos são elementos do subgrupo principal do Grupo I da Tabela Periódica de Elementos Químicos de D. I. Mendeleev: lítio Li, sódio Na, potássio K, rubídio Rb, césio Cs e frâncio Fr. Esses metais são chamados de alcalinos porque a maioria de seus compostos são solúveis em água. Em eslavo, “lixiviar” significa “dissolver”, e isso determinou o nome desse grupo de metais. Quando os metais alcalinos são dissolvidos em água, formam-se hidróxidos solúveis, chamados álcalis.
Características gerais dos metais alcalinos
Na Tabela Periódica, eles seguem imediatamente os gases inertes, então a característica estrutural dos átomos de metais alcalinos é que eles contêm um elétron em um novo nível de energia: sua configuração eletrônica é ns1. É óbvio que os elétrons de valência dos metais alcalinos podem ser facilmente removidos, pois é energeticamente favorável para o átomo doar um elétron e adquirir a configuração de um gás inerte. Portanto, todos os metais alcalinos são caracterizados por propriedades redutoras. Isso é confirmado pelos baixos valores de seus potenciais de ionização (o potencial de ionização do átomo de césio é um dos mais baixos) e eletronegatividade (EO).
Todos os metais deste subgrupo são branco prateado (exceto o césio amarelo prateado), são muito macios, podem ser cortados com bisturi. Lítio, sódio e potássio são mais leves que a água e flutuam em sua superfície, reagindo com ela.
Os metais alcalinos ocorrem naturalmente na forma de compostos contendo cátions com carga única. Muitos minerais contêm metais do subgrupo principal do grupo I. Por exemplo, ortoclásio, ou feldspato, consiste em aluminossilicato de potássio K2, um mineral semelhante contendo sódio - albita - tem a composição Na2. A água do mar contém cloreto de sódio NaCl e o solo contém sais de potássio - sylvin KCl, silvinita NaCl KCl, carnalita KCl MgCl2 6H2O, polihalita K2SO4 MgSO4 CaSO4 2H2O.
Propriedades químicas dos metais alcalinos
Devido à alta atividade química dos metais alcalinos em relação à água, oxigênio, nitrogênio, eles são armazenados sob uma camada de querosene. Para realizar a reação com um metal alcalino, um pedaço do tamanho necessário é cuidadosamente cortado com bisturi sob uma camada de querosene, a superfície do metal é cuidadosamente limpa dos produtos de sua interação com o ar em atmosfera de argônio e apenas então a amostra é colocada no vaso de reação.
1. Interação com a água. Uma propriedade importante dos metais alcalinos é sua alta atividade em relação à água. O lítio reage mais calmamente (sem explosão) com água.
Ao realizar uma reação semelhante, o sódio queima com uma chama amarela e ocorre uma pequena explosão. O potássio é ainda mais ativo: neste caso, a explosão é muito mais forte e a chama é colorida em roxo.
2. Interação com oxigênio. Os produtos de combustão de metais alcalinos no ar têm uma composição diferente, dependendo da atividade do metal.
Somente o lítio queima no ar para formar um óxido de composição estequiométrica.
Durante a combustão do sódio, o peróxido Na2O2 é formado principalmente com uma pequena mistura de superóxido NaO2.
Os produtos da combustão de potássio, rubídio e césio contêm principalmente superóxidos.
Para obter óxidos de sódio e potássio, misturas de hidróxido, peróxido ou superóxido são aquecidas com excesso de metal na ausência de oxigênio.
Para compostos de oxigênio de metais alcalinos, a seguinte regularidade é característica: conforme o raio do cátion de metal alcalino aumenta, a estabilidade de compostos de oxigênio contendo íon peróxido O22- e íon superóxido O2- aumenta.
Os metais alcalinos pesados são caracterizados pela formação de ozonídeos bastante estáveis \u200b\u200bda composição EO3. Todos os compostos de oxigênio têm cores diferentes, cuja intensidade se aprofunda na série de Li a Cs.
Os óxidos de metais alcalinos têm todas as propriedades dos óxidos básicos: eles reagem com água, óxidos ácidos e ácidos.
Peróxidos e superóxidos exibem as propriedades de agentes oxidantes fortes.
Os peróxidos e superóxidos reagem intensamente com a água, formando hidróxidos.
3. Interação com outras substâncias. Os metais alcalinos reagem com muitos não metais. Quando aquecidos, combinam-se com o hidrogênio para formar hidretos, com halogênios, enxofre, nitrogênio, fósforo, carbono e silício para formar, respectivamente, haletos, sulfetos, nitretos, fosfetos, carbonetos e silicetos.
Quando aquecidos, os metais alcalinos são capazes de reagir com outros metais, formando compostos intermetálicos. Os metais alcalinos reagem ativamente (com explosão) com ácidos.
Os metais alcalinos se dissolvem na amônia líquida e seus derivados - aminas e amidas.
Quando dissolvido em amônia líquida, um metal alcalino perde um elétron, que é solvatado por moléculas de amônia e dá à solução uma cor azul. As amidas resultantes são facilmente decompostas pela água com a formação de álcalis e amônia.
Os metais alcalinos interagem com substâncias orgânicas, álcoois (com a formação de alcoolatos) e ácidos carboxílicos (com a formação de sais).
4. Determinação qualitativa de metais alcalinos. Como os potenciais de ionização dos metais alcalinos são pequenos, quando um metal ou seus compostos são aquecidos em uma chama, um átomo é ionizado, colorindo a chama de uma determinada cor.
Obtenção de metais alcalinos
1. Para obter metais alcalinos, eles usam principalmente a eletrólise de fusões de seus haletos, na maioria das vezes cloretos, que formam minerais naturais:
cátodo: Li+ + e → Li
ânodo: 2Cl- - 2e → Cl2
2. Às vezes, para obter metais alcalinos, é realizada a eletrólise de fundidos de seus hidróxidos:
cátodo: Na+ + e → Na
ânodo: 4OH- - 4e → 2H2O + O2
Como os metais alcalinos estão à esquerda do hidrogênio na série eletroquímica de tensões, é impossível obtê-los eletroliticamente a partir de soluções salinas; neste caso, os álcalis correspondentes e o hidrogênio são formados.
Hidróxidos
Para a produção de hidróxidos de metais alcalinos, os métodos eletrolíticos são usados principalmente. A mais larga escala é a produção de hidróxido de sódio por eletrólise de uma solução aquosa concentrada de sal comum.
Anteriormente, o álcali era obtido por uma reação de troca.
O álcali obtido dessa maneira estava fortemente contaminado com Na2CO3 soda.
Hidróxidos de metais alcalinos são substâncias higroscópicas brancas, cujas soluções aquosas são bases fortes. Eles participam de todas as reações características das bases - reagem com ácidos, óxidos ácidos e anfóteros, hidróxidos anfóteros.
Os hidróxidos de metais alcalinos sublimam sem decomposição quando aquecidos, com exceção do hidróxido de lítio, que, como os hidróxidos de metais do subgrupo principal do grupo II, se decompõe em óxido e água quando calcinado.
O hidróxido de sódio é usado para fazer sabões, detergentes sintéticos, fibras artificiais, compostos orgânicos como o fenol.
carbonatos
Um produto importante que contém um metal alcalino é o refrigerante Na2CO3. A principal quantidade de refrigerante em todo o mundo é produzida de acordo com o método Solvay, proposto no início do século XX. A essência do método é a seguinte: uma solução aquosa de NaCl, à qual é adicionada amônia, é saturada com dióxido de carbono a uma temperatura de 26 - 30 ° C. Nesse caso, forma-se um bicarbonato de sódio pouco solúvel, chamado bicarbonato de sódio.
A amônia é adicionada para neutralizar o ambiente ácido que ocorre quando o dióxido de carbono é passado para a solução e para obter o íon HCO3-bicarbonato necessário para a precipitação do bicarbonato de sódio. Após a separação do bicarbonato de sódio, a solução contendo cloreto de amônio é aquecida com cal e a amônia é liberada, que retorna à zona de reação.
Assim, com o método de produção de refrigerante com amônia, o único resíduo é o cloreto de cálcio, que permanece em solução e tem uso limitado.
Quando o bicarbonato de sódio é calcinado, carbonato de sódio ou lavagem, obtém-se Na2CO3 e dióxido de carbono, que são utilizados no processo de obtenção do bicarbonato de sódio.
O principal consumidor de refrigerante é a indústria vidreira.
Ao contrário do sal ácido ligeiramente solúvel NaHCO3, o bicarbonato de potássio KHCO3 é altamente solúvel em água, portanto o carbonato de potássio, ou potassa, K2CO3 é obtido pela ação do dióxido de carbono em uma solução de hidróxido de potássio.
A potassa é utilizada na fabricação de vidro e sabão líquido.
O lítio é o único metal alcalino para o qual não foi obtido bicarbonato. A razão para esse fenômeno é o raio muito pequeno do íon de lítio, que não permite que ele retenha um íon HCO3- bastante grande.
Lítio
O lítio é um elemento do subgrupo principal do primeiro grupo, o segundo período do sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, com número atômico 3. É designado pelo símbolo Li (lat. Lithium). A substância simples lítio (número CAS: 7439-93-2) é um metal alcalino branco prateado macio.
O lítio foi descoberto em 1817 pelo químico e mineralogista sueco A. Arfvedson, primeiro no mineral petalita (Li,Na), e depois no espodumênio LiAl e na lepidolita KLi1.5Al1.5(F,OH)2. O lítio metálico foi descoberto pela primeira vez por Humphry Davy em 1825.
O lítio recebeu esse nome porque foi encontrado em "pedras" (grego λίθος - pedra). Originalmente chamado de "lithion", o nome moderno foi proposto por Berzelius.
O lítio é um metal branco prateado, macio e dúctil, mais duro que o sódio, mas mais macio que o chumbo. Pode ser processado pressionando e rolando.
À temperatura ambiente, o lítio metálico possui uma rede cúbica de corpo centrado (coordenação número 8), que, quando trabalhada a frio, se transforma em uma rede cúbica compacta, onde cada átomo com dupla coordenação cuboctaédrica é circundado por 12 outros. Abaixo de 78 K, a forma cristalina estável é uma estrutura compacta hexagonal, na qual cada átomo de lítio tem 12 vizinhos mais próximos localizados nos vértices do cuboctaedro.
De todos os metais alcalinos, o lítio tem os pontos de fusão e ebulição mais altos (180,54 e 1340°C, respectivamente) e a densidade mais baixa à temperatura ambiente de qualquer metal (0,533 g/cm³, quase metade da água).
O pequeno tamanho do átomo de lítio leva ao aparecimento de propriedades especiais do metal. Por exemplo, ele se mistura com sódio apenas em temperaturas abaixo de 380 ° C e não se mistura com potássio, rubídio e césio fundidos, enquanto outros pares de metais alcalinos se misturam em qualquer proporção.
Metal alcalino, instável ao ar. O lítio é o metal alcalino menos ativo, praticamente não reage com o ar seco (e mesmo com o oxigênio seco) à temperatura ambiente.
No ar úmido, ele se oxida lentamente, transformando-se em nitreto de Li3N, hidróxido de LiOH e carbonato de Li2CO3. No oxigênio, quando aquecido, queima, transformando-se em óxido Li2O. Há uma característica interessante de que na faixa de temperatura de 100 °C a 300 °C, o lítio é coberto por um filme de óxido denso e não oxida mais.
Em 1818, o químico alemão Leopold Gmelin descobriu que o lítio e seus sais colorem a chama de vermelho carmim, que é um sinal qualitativo para determinar o lítio. A temperatura de ignição é de cerca de 300 °C. Os produtos da combustão irritam a membrana mucosa da nasofaringe.
Calmamente, sem explosão e ignição, reage com a água, formando LiOH e H2. Também reage com álcool etílico, formando alcoolato, com amônia e com halogênios (com iodo - somente quando aquecido).
O lítio é armazenado em éter de petróleo, parafina, gasolina e/ou óleo mineral em latas hermeticamente fechadas. O lítio metálico causa queimaduras em contato com a pele, membranas mucosas e olhos.
Na metalurgia ferrosa e não ferrosa, o lítio é usado para desoxidar e aumentar a ductilidade e resistência das ligas. O lítio às vezes é usado para a redução de metais raros por métodos metalotérmicos.
O carbonato de lítio é a substância auxiliar mais importante (adicionada ao eletrólito) na fundição de alumínio e seu consumo cresce a cada ano em proporção ao volume da produção mundial de alumínio (o consumo de carbonato de lítio é de 2,5-3,5 kg por tonelada de alumínio fundido).
Ligas de lítio com prata e ouro, bem como cobre, são soldas muito eficazes. Ligas de lítio com magnésio, escândio, cobre, cádmio e alumínio são novos materiais promissores na aviação e na astronáutica. Com base no aluminato e no silicato de lítio, foram criadas cerâmicas que endurecem à temperatura ambiente e são utilizadas em equipamentos militares, metalurgia e, futuramente, em energia de fusão. O vidro à base de lítio-alumínio-silicato, reforçado com fibras de carboneto de silício, tem uma resistência tremenda. O lítio é muito eficaz no fortalecimento de ligas de chumbo e dando-lhes ductilidade e resistência à corrosão.
Os sais de lítio têm um efeito psicotrópico e são usados na medicina para a prevenção e tratamento de várias doenças mentais. O carbonato de lítio é o mais comum nesta capacidade. usado em psiquiatria para estabilizar o humor de pessoas que sofrem de transtorno bipolar e alterações frequentes de humor. É eficaz na prevenção da depressão maníaca e reduz o risco de suicídio.Os médicos observaram repetidamente que certos compostos de lítio (em doses apropriadas, é claro) têm um efeito positivo em pacientes que sofrem de depressão maníaca. Este efeito é explicado de duas maneiras. Por um lado, verificou-se que o lítio é capaz de regular a atividade de algumas enzimas envolvidas na transferência de íons sódio e potássio do líquido intersticial para as células cerebrais. Por outro lado, foi observado que os íons de lítio afetam diretamente o equilíbrio iônico da célula. E o estado do paciente depende em grande parte do equilíbrio de sódio e potássio: um excesso de sódio nas células é característico de pacientes deprimidos, uma deficiência - para quem sofre de mania. Alinhando o equilíbrio sódio-potássio, os sais de lítio têm um efeito positivo em ambos.
Sódio
O sódio é um elemento do subgrupo principal do primeiro grupo, o terceiro período do sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, com número atômico 11. É denotado pelo símbolo Na (lat. Natrium). A substância simples sódio (número CAS: 7440-23-5) é um metal alcalino macio, branco prateado.
Na água, o sódio se comporta quase da mesma maneira que o lítio: a reação ocorre com a liberação rápida de hidrogênio, formando hidróxido de sódio na solução.
O sódio (ou melhor, seus compostos) é usado desde os tempos antigos. Por exemplo, soda (natron), encontrado naturalmente nas águas dos lagos soda no Egito. Os antigos egípcios usavam soda natural para embalsamar, branquear telas, cozinhar alimentos, fazer tintas e esmaltes. Plínio, o Velho, escreve que no Delta do Nilo, o refrigerante (continha uma proporção suficiente de impurezas) foi isolado da água do rio. Foi colocado à venda na forma de peças grandes, devido à mistura de carvão, pintado de cinza ou mesmo preto.
O sódio foi obtido pela primeira vez pelo químico inglês Humphry Davy em 1807 por eletrólise de NaOH sólido.
O nome "sódio" (natrium) vem do árabe natrun (em grego - nitron) e originalmente se referia ao refrigerante natural. O próprio elemento era anteriormente chamado de sódio (lat. Sódio).
O sódio é um metal branco prateado, em camadas finas com tonalidade violeta, plástico, até macio (facilmente cortado com faca), um corte fresco de sódio brilha. Os valores de condutividade elétrica e condutividade térmica do sódio são bastante elevados, a densidade é de 0,96842 g/cm³ (a 19,7°C), o ponto de fusão é de 97,86°C, o ponto de ebulição é de 883,15°C.
Metal alcalino, facilmente oxidado ao ar. Para proteger contra o oxigênio atmosférico, o sódio metálico é armazenado sob uma camada de querosene. O sódio é menos ativo que o lítio, portanto reage com o nitrogênio apenas quando aquecido:
Com um grande excesso de oxigênio, o peróxido de sódio é formado
2Na + O2 = Na2O2
O sódio metálico é amplamente utilizado na química preparativa e na indústria como um forte agente redutor, incluindo a metalurgia. O sódio é usado na produção de baterias de sódio-enxofre altamente intensivas em energia. Também é usado em válvulas de escapamento de caminhões como dissipador de calor. Ocasionalmente, o sódio metálico é usado como material para fios elétricos projetados para correntes muito altas.
Em uma liga com potássio, bem como com rubídio e césio, é usado como um refrigerante altamente eficiente. Em particular, uma liga de composição de sódio 12%, potássio 47%, césio 41% tem um ponto de fusão baixo recorde de -78 °C e foi proposta como fluido de trabalho para motores de foguetes de íons e como refrigerante para usinas nucleares.
O sódio também é usado em lâmpadas de alta e baixa descarga. pressão baixa(NLVD e NLND). As lâmpadas NLVD tipo DNaT (Arc Sodium Tubular) são muito utilizadas na iluminação pública. Eles emitem uma luz amarela brilhante. A vida útil das lâmpadas HPS é de 12 a 24 mil horas. Portanto, as lâmpadas de descarga de gás do tipo DNaT são indispensáveis para a iluminação urbana, arquitetônica e industrial. Existem também as lâmpadas DNaS, DNaMT (Arc Sodium Matte), DNaZ (Arc Sodium Mirror) e DNaTBR (Arc Sodium Tubular Sem Mercúrio).
O sódio metálico é usado na análise qualitativa da matéria orgânica. A liga de sódio e a substância de teste são neutralizadas com etanol, alguns mililitros de água destilada são adicionados e divididos em 3 partes, o teste de J. Lassen (1843), destinado à determinação de nitrogênio, enxofre e halogênios (teste de Beilstein)
O cloreto de sódio (sal comum) é o aromatizante e conservante mais antigo.
Azida de sódio (Na3N) é usada como agente de nitretação na metalurgia e na produção de azida de chumbo.
O cianeto de sódio (NaCN) é usado no método hidrometalúrgico de lixiviação do ouro das rochas, bem como na nitrocarbonetação do aço e na galvanoplastia (prata, douramento).
O clorato de sódio (NaClO3) é usado para destruir a vegetação indesejada em trilhos ferroviários.
Potássio
O potássio é um elemento do subgrupo principal do primeiro grupo, o quarto período do sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, com número atômico 19. É denotado pelo símbolo K (lat. Kalium). A substância simples potássio (número CAS: 7440-09-7) é um metal alcalino macio, branco prateado.
Na natureza, o potássio é encontrado apenas em compostos com outros elementos, como na água do mar, assim como em muitos minerais. Oxida-se muito rapidamente no ar e reage muito facilmente, especialmente com água, formando um álcali. De muitas maneiras, as propriedades químicas do potássio são muito semelhantes às do sódio, mas em termos de função biológica e seu uso pelas células dos organismos vivos, elas ainda são diferentes.
O potássio (mais precisamente, seus compostos) é usado desde os tempos antigos. Assim, a produção de potassa (que servia como detergente) já existia no século XI. As cinzas formadas durante a combustão da palha ou madeira eram tratadas com água, e a solução resultante (licor) era evaporada após a filtragem. O resíduo seco, além do carbonato de potássio, continha sulfato de potássio K2SO4, soda e cloreto de potássio KCl.
Em 1807, o químico inglês Davy isolou o potássio por eletrólise de potassa cáustica sólida (KOH) e o chamou de "potássio" (lat. potássio; este nome ainda é de uso comum em inglês, francês, espanhol, português e polonês). Em 1809, L.V. Gilbert propôs o nome "potássio" (lat. kalium, do árabe al-kali - potassa). Este nome entrou na língua alemã, de lá para a maioria das línguas do norte e leste da Europa (incluindo o russo) e "ganhou" ao escolher um símbolo para este elemento - K.
O potássio é uma substância prateada com um brilho característico em uma superfície recém-formada. Muito leve e leve. Relativamente bem solúvel em mercúrio, formando amálgamas. Ao ser introduzido na chama do queimador, o potássio (assim como seus compostos) colore a chama com uma cor rosa-violeta característica.
O potássio, como outros metais alcalinos, exibe propriedades metálicas típicas e é muito reativo, doando elétrons facilmente.
É um forte agente redutor. Combina-se com o oxigênio tão ativamente que não é um óxido que se forma, mas o superóxido de potássio KO2 (ou K2O4). Quando aquecido em uma atmosfera de hidrogênio, o hidreto de potássio KH é formado. Interage bem com todos os não metais, formando haletos, sulfetos, nitretos, fosfetos, etc., bem como com substâncias complexas como água (a reação ocorre com explosão), vários óxidos e sais. Nesse caso, eles reduzem outros metais a um estado livre.
O potássio é armazenado sob uma camada de querosene.
Uma liga de potássio e sódio, líquida à temperatura ambiente, é utilizada como refrigerante em sistemas fechados, por exemplo, em usinas nucleares de nêutrons rápidos. Além disso, suas ligas líquidas com rubídio e césio são amplamente utilizadas. Uma liga de composição de sódio 12%, potássio 47%, césio 41% tem um ponto de fusão baixo recorde de -78 ° C.
Os compostos de potássio são o elemento biogênico mais importante e, portanto, são usados como fertilizantes.
Os sais de potássio são amplamente utilizados em galvanoplastia, porque, apesar de seu custo relativamente alto, eles são frequentemente mais solúveis do que os sais de sódio correspondentes e, portanto, garantem a operação intensiva de eletrólitos com uma densidade de corrente aumentada.
O potássio é o elemento biogênico mais importante, especialmente no mundo vegetal. Com a falta de potássio no solo, as plantas se desenvolvem muito mal, o rendimento diminui, então cerca de 90% dos sais de potássio extraídos são usados como fertilizantes.
O potássio, junto com o nitrogênio e o fósforo, estão entre os principais nutrientes das plantas. A função do potássio nas plantas, bem como de outros elementos necessários para elas, é estritamente específica. Nas plantas, o potássio está na forma iônica. O potássio é encontrado principalmente no citoplasma e nos vacúolos das células. Cerca de 80% do potássio é encontrado na seiva celular.
As funções do potássio são muito diversas. Foi estabelecido que estimula o curso normal da fotossíntese, aumenta o fluxo de carboidratos das lâminas foliares para outros órgãos, bem como a síntese de açúcares.
O potássio aumenta o acúmulo de monossacarídeos em frutas e vegetais, aumenta o teor de açúcares em tubérculos, amido em batatas, engrossa as paredes celulares da palha de cereais e aumenta a resistência ao acamamento do pão e melhora a qualidade da fibra em linho e cânhamo.
Promovendo o acúmulo de carboidratos nas células vegetais, o potássio aumenta a pressão osmótica da seiva celular e, assim, aumenta a resistência ao frio e à geada das plantas.
O potássio é absorvido pelas plantas na forma de cátions e, obviamente, permanece nas células nesta forma, ativando os processos bioquímicos mais importantes nas células vegetais, o potássio aumenta sua resistência a várias doenças, tanto durante a estação de crescimento como no período pós-colheita, melhora significativamente a qualidade de conservação de frutas e vegetais.
A deficiência de potássio causa muitos distúrbios metabólicos nas plantas, a atividade de várias enzimas é enfraquecida, o metabolismo de carboidratos e proteínas é perturbado e o custo dos carboidratos para a respiração aumenta. Como resultado, a produtividade das plantas cai, a qualidade dos produtos diminui.
Rubídio
O rubídio é um elemento do subgrupo principal do primeiro grupo, o quinto período do sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, com número atômico 37. É designado pelo símbolo Rb (lat. Rubídio). A substância simples rubídio (número CAS: 7440-17-7) é um metal alcalino branco prateado macio.
Em 1861, os cientistas alemães Robert Wilhelm Bunsen e Gustav Robert Kirchhoff, estudando com a ajuda de análise espectral aluminossilicatos naturais, descobriu neles um novo elemento, posteriormente denominado rubídio pela cor das linhas mais fortes do espectro.
O rubídio forma cristais macios branco-prateados que têm um brilho metálico em um corte fresco. Dureza Brinell 0,2 Mn/m² (0,02 kgf/mm²). A rede cristalina do Rubídio é cúbica, centrada no corpo, a = 5,71 Å (à temperatura ambiente). O raio atômico é 2,48 Å, o raio do íon Rb+ é 1,49 Å. Densidade 1,525 g/cm³ (0°C), p.f. 38,9°C, p.e. 703°C. Capacidade térmica específica 335,2 j/(kg K), coeficiente térmico de expansão linear 9,0 10-5 graus-1 (0-38 °C), módulo de elasticidade 2,4 H/m² (240 kgf/mm²), resistência elétrica volumétrica específica 11,29 10-6 ohm cm (20°C); rubídio é paramagnético.
Metal alcalino, extremamente instável ao ar (reage com o ar na presença de vestígios de água, inflamável). Forma todos os tipos de sais - principalmente facilmente solúveis (cloratos e percloratos são pouco solúveis). Hidróxido de rubídio é uma substância muito agressiva para o vidro e outros materiais estruturais e de recipientes, e fundido destrói a maioria dos metais (mesmo ouro e platina).
O uso do rubídio é diversificado e, apesar de em várias áreas de aplicação ser inferior ao césio em suas características físicas mais importantes, esse raro metal alcalino desempenha um papel importante nas tecnologias modernas. As seguintes áreas de aplicação do rubídio podem ser observadas: catálise, indústria eletrônica, óptica especial, indústria nuclear, medicina.
O rubídio é usado não apenas em sua forma pura, mas também na forma de várias ligas e compostos químicos. É importante observar que o rubídio tem uma base de matéria-prima muito boa e favorável, mas, ao mesmo tempo, a situação com a disponibilidade de recursos é muito mais favorável do que no caso do césio, e o rubídio pode desempenhar um papel ainda mais papel importante, por exemplo, na catálise (onde se provou com sucesso).
O isótopo rubídio-86 é amplamente utilizado na detecção de falhas por raios gama, tecnologia de medição, bem como na esterilização de vários medicamentos e produtos alimentícios importantes. Rubídio e suas ligas com césio são um refrigerante muito promissor e meio de trabalho para unidades de turbina de alta temperatura (a este respeito, rubídio e césio tornaram-se importantes nos últimos anos, e o custo extremamente alto dos metais fica de lado em relação ao capacidade de aumentar drasticamente a eficiência das unidades de turbina, o que significa reduzir o consumo de combustível e a poluição ambiental). Os sistemas à base de rubídio mais amplamente utilizados como refrigerantes são as ligas ternárias: sódio-potássio-rubídio e sódio-rubídio-césio.
Na catálise, o rubídio é usado tanto na síntese orgânica quanto na inorgânica. A atividade catalítica do rubídio é usada principalmente para refino de petróleo em vários produtos importantes. O acetato de rubídio, por exemplo, é usado para sintetizar metanol e vários álcoois superiores a partir do gás d'água, que por sua vez é extremamente importante em conexão com a gaseificação subterrânea de carvão e a produção de combustível líquido artificial para carros e combustível para aviação. Várias ligas de rubídio-telúrio têm uma sensibilidade mais alta na região ultravioleta do espectro do que os compostos de césio e, portanto, podem competir com o césio-133 como material para fotoconversores. Como parte de composições lubrificantes especiais (ligas), o rubídio é usado como um lubrificante altamente eficaz no vácuo (foguete e tecnologia espacial).
O hidróxido de rubídio é usado para preparar um eletrólito para CPS de baixa temperatura, bem como um aditivo para uma solução de hidróxido de potássio para melhorar seu desempenho em baixas temperaturas e aumentar a condutividade elétrica do eletrólito. O rubídio metálico é usado em células de combustível de hidreto.
Cloreto de rubídio em uma liga com cloreto de cobre é usado para medir altas temperaturas (até 400 °C).
O plasma de rubídio é usado para excitar a radiação laser.
O cloreto de rubídio é usado como eletrólito em células de combustível, e o mesmo pode ser dito sobre o hidróxido de rubídio, que é muito eficaz como eletrólito em células de combustível usando oxidação direta de carvão.
Césio
O césio é um elemento do subgrupo principal do primeiro grupo, o sexto período do sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, com número atômico 55. É designado pelo símbolo Cs (lat. Césio). A substância simples césio (número CAS: 7440-46-2) é um metal alcalino macio, amarelo prateado. O césio recebeu esse nome pela presença de duas linhas azuis brilhantes no espectro de emissão (do latim caesius - céu azul).
O césio foi descoberto em 1860 pelos cientistas alemães R. W. Bunsen e G. R. Kirchhoff nas águas da fonte mineral Durchheim, na Alemanha, por espectroscopia ótica, tornando-se assim o primeiro elemento a ser descoberto por análise espectral. Em sua forma pura, o césio foi isolado pela primeira vez em 1882 pelo químico sueco K. Setterberg durante a eletrólise de uma fusão de uma mistura de cianeto de césio (CsCN) e bário.
Os principais minerais de césio são a polucita e a raríssima avogadrita (K,Cs). Além disso, na forma de impurezas, o césio está incluído em vários aluminossilicatos: lepidolita, flogopita, biotita, amazonita, petalita, berilo, zinnwaldita, leucita, carnalita. A polucita e a lepidolita são utilizadas como matérias-primas industriais.
Na produção industrial, o césio na forma de compostos é extraído do mineral polucita. Isso é feito pela abertura de cloreto ou sulfato. A primeira envolve tratar o mineral original com ácido clorídrico aquecido, adicionar cloreto de antimônio SbCl3 para precipitar o composto Cs3 e lavar com água quente ou uma solução de amônia para formar cloreto de césio CsCl. No segundo caso, o mineral é tratado com ácido sulfúrico aquecido para formar alúmen de césio CsAl(SO4)2 12H2O.
Na Rússia, após o colapso da URSS, a produção industrial de polucita não foi realizada, embora reservas colossais do mineral tenham sido descobertas na tundra de Voronya perto de Murmansk nos tempos soviéticos. Quando a indústria russa conseguiu se levantar, descobriu-se que uma empresa canadense havia comprado a licença para desenvolver esse campo. Atualmente, o processamento e extração de sais de césio da polucita é realizado em Novosibirsk na ZAO Rare Metals Plant.
Existem vários métodos de laboratório para a obtenção de césio. Pode ser obtido:
aquecimento no vácuo de uma mistura de cromato ou dicromato de césio com zircônio;
decomposição da azida de césio no vácuo;
aquecendo uma mistura de cloreto de césio e cálcio especialmente preparado.
Todos os métodos são trabalhosos. O segundo método possibilita a obtenção de metal de alta pureza, porém é explosivo e requer vários dias para ser realizado.
O césio só encontrou aplicação no início do século 20, quando seus minerais foram descobertos e a tecnologia para obtê-lo em sua forma pura foi desenvolvida. Atualmente, o césio e seus compostos são usados em eletrônica, rádio, elétrica, engenharia de raios X, indústria química, óptica, medicina e energia nuclear. O césio-133 natural mais estável é usado e, em uma extensão limitada, seu isótopo radioativo césio-137, isolado da soma de fragmentos de fissão de urânio, plutônio e tório em reatores de usinas nucleares.
metais alcalinos terrestres
Metais alcalinos terrosos - elementos químicos: cálcio Ca, estrôncio Sr, bário Ba, rádio Ra (às vezes berílio Be e magnésio Mg também são erroneamente referidos como metais alcalino terrosos). Eles são chamados assim porque seus óxidos - "terras" (na terminologia dos alquimistas) - conferem uma reação alcalina à água. Os sais de metais alcalino-terrosos, exceto o rádio, são amplamente distribuídos na natureza na forma de minerais.
Cálcio
O cálcio é um elemento do subgrupo principal do segundo grupo, o quarto período do sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, com número atômico 20. É denotado pelo símbolo Ca (lat. Cálcio). A substância simples cálcio (número CAS: 7440-70-2) é um metal alcalino-terroso macio, reativo e branco prateado.
O cálcio metálico existe em duas modificações alotrópicas. Até 443 °C, α-Ca com uma rede cúbica centrada na face é estável (parâmetro a = 0,558 nm), acima de β-Ca é estável com uma rede cúbica centrada no corpo do tipo α-Fe (parâmetro a = 0,448 nm). A entalpia padrão ΔH0 da transição α → β é 0,93 kJ/mol.
O cálcio é um típico metal alcalino-terroso. A atividade química do cálcio é alta, mas menor do que a de todos os outros metais alcalino-terrosos. Ele reage prontamente com oxigênio, dióxido de carbono e umidade no ar, devido ao qual a superfície do cálcio metálico é geralmente cinza opaco; portanto, o cálcio geralmente é armazenado em laboratório, como outros metais alcalino-terrosos, em um frasco bem fechado sob uma camada de querosene ou parafina líquida.
Na série de potenciais padrão, o cálcio está localizado à esquerda do hidrogênio. O potencial de eletrodo padrão do par Ca2+/Ca0 é −2,84 V, de modo que o cálcio reage ativamente com a água, mas sem ignição:
Ca + 2H2O \u003d Ca (OH) 2 + H2 + Q.
Com não-metais ativos (oxigênio, cloro, bromo), o cálcio reage em condições normais:
2Ca + O2 = 2CaO, Ca + Br2 = CaBr2.
Quando aquecido em ar ou oxigênio, o cálcio se inflama. Com não metais menos ativos (hidrogênio, boro, carbono, silício, nitrogênio, fósforo e outros), o cálcio interage quando aquecido, por exemplo:
Ca + H2 = CaH2, Ca + 6B = CaB6,
3Ca + N2 = Ca3N2, Ca + 2C = CaC2,
3Ca + 2P = Ca3P2 (fosfeto de cálcio), também são conhecidos fosfetos de cálcio de composições CaP e CaP5;
2Ca + Si = Ca2Si (siliceto de cálcio), também são conhecidos silicietos de cálcio de composições CaSi, Ca3Si4 e CaSi2.
O curso das reações acima, via de regra, é acompanhado pela liberação de grande quantidade de calor (ou seja, essas reações são exotérmicas). Em todos os compostos com não-metais, o estado de oxidação do cálcio é +2. A maioria dos compostos de cálcio com não metais são facilmente decompostos pela água, por exemplo:
CaH2 + 2H2O \u003d Ca (OH) 2 + 2H2,
Ca3N2 + 3H2O = 3Ca(OH)2 + 2NH3.
O íon Ca2+ é incolor. Quando sais de cálcio solúveis são adicionados à chama, a chama fica vermelha como tijolo.
Sais de cálcio como cloreto de CaCl2, brometo de CaBr2, iodeto de CaI2 e nitrato de Ca(NO3)2 são altamente solúveis em água. CaF2 fluoreto, CaCO3 carbonato, CaSO4 sulfato, Ca3(PO4)2 ortofosfato, CaC2O4 oxalato e alguns outros são insolúveis em água.
De grande importância é o fato de que, ao contrário do carbonato de cálcio CaCO3, o carbonato de cálcio ácido (hidrocarbonato) Ca(HCO3)2 é solúvel em água. Na natureza, isso leva aos seguintes processos. Quando a chuva fria ou a água do rio, saturada de dióxido de carbono, penetra no subsolo e cai sobre os calcários, observa-se sua dissolução:
CaCO3 + CO2 + H2O \u003d Ca (HCO3) 2.
Nos mesmos lugares onde a água saturada com bicarbonato de cálcio vem à superfície da terra e se aquece raios de sol, ocorre a reação inversa:
Ca (HCO3) 2 \u003d CaCO3 + CO2 + H2O.
Assim, na natureza, há uma transferência de grandes massas de substâncias. Como resultado, enormes lacunas podem se formar no subsolo e belos "pingentes de gelo" de pedra - estalactites e estalagmites - se formam nas cavernas.
A presença de bicarbonato de cálcio dissolvido na água determina em grande parte a dureza temporária da água. É chamado de temporário porque, quando a água é fervida, o bicarbonato se decompõe e o CaCO3 precipita. Esse fenômeno leva, por exemplo, ao fato de que a incrustação se forma na chaleira com o tempo.
Estrôncio
O estrôncio é um elemento do subgrupo principal do segundo grupo, o quinto período do sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, com número atômico 38. É designado pelo símbolo Sr (lat. Estrôncio). A substância simples estrôncio (número CAS: 7440-24-6) é um metal alcalino-terroso macio, maleável e dúctil. Tem uma alta atividade química, no ar reage rapidamente com a umidade e o oxigênio, ficando coberto por um filme de óxido amarelo.
O novo elemento foi descoberto no mineral estroncianita, encontrado em 1764 em uma mina de chumbo perto da vila escocesa de Stronshian, que mais tarde deu o nome ao novo elemento. A presença de um novo óxido metálico neste mineral foi estabelecida quase 30 anos depois por William Cruikshank e Ader Crawford. Isolado em sua forma mais pura por Sir Humphry Davy em 1808.
O estrôncio é um metal macio, branco prateado, maleável e maleável, podendo ser facilmente cortado com uma faca.
Polimorfeno - três de suas modificações são conhecidas. Até 215°C, a modificação cúbica centrada na face (α-Sr) é estável, entre 215 e 605°C - hexagonal (β-Sr), acima de 605°C - modificação cúbica centrada no corpo (γ-Sr).
Ponto de fusão - 768oC, ponto de ebulição - 1390oC.
O estrôncio em seus compostos sempre exibe uma valência +2. Por propriedades, o estrôncio está próximo do cálcio e do bário, ocupando uma posição intermediária entre eles.
Na série eletroquímica de tensões, o estrôncio está entre os metais mais ativos (seu potencial de eletrodo normal é de -2,89 V. Ele reage vigorosamente com a água, formando hidróxido:
Sr + 2H2O = Sr(OH)2 + H2
Interage com ácidos, desloca metais pesados de seus sais. Reage fracamente com ácidos concentrados (H2SO4, HNO3).
O estrôncio metálico oxida rapidamente no ar, formando uma película amarelada, na qual, além do óxido de SrO, estão sempre presentes o peróxido de SrO2 e o nitreto de Sr3N2. Quando aquecido no ar, ele inflama; estrôncio em pó no ar é propenso a auto-ignição.
Reage vigorosamente com não-metais - enxofre, fósforo, halogênios. Interage com hidrogénio (acima de 200°C), azoto (acima de 400°C). Praticamente não reage com álcalis.
Em altas temperaturas, reage com o CO2 para formar carboneto:
5Sr + 2CO2 = SrC2 + 4SrO
Sais facilmente solúveis de estrôncio com ânions Cl-, I-, NO3-. Sais com ânions F-, SO42-, CO32-, PO43- são pouco solúveis.
O estrôncio é usado para ligar o cobre e algumas de suas ligas, para introduzir ligas de chumbo em baterias, para dessulfurar ferro fundido, cobre e aços.
Bário
O bário é um elemento do subgrupo principal do segundo grupo, o sexto período do sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, com número atômico 56. É designado pelo símbolo Ba (lat. Bário). A substância simples bário (número CAS: 7440-39-3) é um metal alcalino-terroso macio, maleável e branco prateado. Possui alta atividade química.
O bário foi descoberto na forma de óxido BaO em 1774 por Karl Scheele. Em 1808, o químico inglês Humphrey Davy produziu um amálgama de bário por eletrólise de hidróxido de bário úmido com cátodo de mercúrio; depois de evaporar o mercúrio sob aquecimento, ele isolou o bário metálico.
O bário é um metal maleável branco-prateado. Ele quebra com um golpe certeiro. Existem duas modificações alotrópicas do bário: α-Ba com uma estrutura cúbica centrada no corpo é estável até 375 °C (parâmetro a = 0,501 nm), β-Ba é estável acima.
Dureza em escala mineralógica 1,25; na escala de Mohs 2.
O bário metálico é armazenado em querosene ou sob uma camada de parafina.
O bário é um metal alcalino-terroso. Oxida-se intensamente no ar, formando óxido de bário BaO e nitreto de bário Ba3N2, e inflama-se quando ligeiramente aquecido. Reage vigorosamente com água, formando hidróxido de bário Ba (OH) 2:
Ba + 2H2O \u003d Ba (OH) 2 + H2
Interage ativamente com ácidos diluídos. Muitos sais de bário são insolúveis ou ligeiramente solúveis em água: sulfato de bário BaSO4, sulfito de bário BaSO3, carbonato de bário BaCO3, fosfato de bário Ba3(PO4)2. O sulfeto de bário BaS, ao contrário do sulfeto de cálcio CaS, é altamente solúvel em água.
Reage facilmente com halogênios para formar haletos.
Quando aquecido com hidrogênio, forma o hidreto de bário BaH2, que, por sua vez, com o hidreto de lítio LiH dá o complexo de Li.
Reage ao aquecimento com amônia:
6Ba + 2NH3 = 3BaH2 + Ba3N2
Quando aquecido, o nitreto de bário Ba3N2 reage com CO para formar cianeto:
Ba3N2 + 2CO = Ba(CN)2 + 2BaO
Com amônia líquida, dá uma solução azul escura, da qual pode ser isolada amônia, que tem um brilho dourado e se decompõe facilmente com a eliminação de NH3. Na presença de um catalisador de platina, a amônia se decompõe para formar amida de bário:
Ba(NH2)2 + 4NH3 + H2
O carboneto de bário BaC2 pode ser obtido aquecendo BaO com carvão em um forno a arco.
Com o fósforo, forma o fosforeto Ba3P2.
O bário reduz os óxidos, halogenetos e sulfetos de muitos metais ao metal correspondente.
O metal de bário, geralmente em liga com alumínio, é usado como um getter (getter) em dispositivos eletrônicos de alto vácuo e também é adicionado junto com zircônio a refrigerantes de metal líquido (ligas de sódio, potássio, rubídio, lítio, césio) para reduzir a agressividade em dutos e na metalurgia.
metais de transição
Metais de transição (elementos de transição) - elementos de subgrupos laterais do sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, nos átomos dos quais os elétrons aparecem nos orbitais d e f. Em geral, a estrutura eletrônica dos elementos de transição pode ser representada da seguinte forma: . O orbital ns contém um ou dois elétrons, os elétrons de valência restantes estão no orbital -. Como o número de elétrons de valência é visivelmente menor que o número de orbitais, as substâncias simples formadas por elementos de transição são metais.
Características gerais dos elementos de transição
Todos os elementos de transição têm as seguintes propriedades comuns:
Pequenos valores de eletronegatividade.
Estados de oxidação variáveis. Para quase todos os elementos d, nos átomos dos quais existem 2 elétrons de valência no subnível ns externo, o estado de oxidação +2 é conhecido.
A partir dos elementos d do Grupo III da Tabela Periódica de Elementos Químicos de D. I. Mendeleev, os elementos no estado de oxidação mais baixo formam compostos que exibem propriedades básicas, no mais alto - ácido, no intermediário - anfótero
Ferro
O ferro é um elemento de um subgrupo lateral do oitavo grupo do quarto período do sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, número atômico 26. É designado pelo símbolo Fe (lat. Ferrum). Um dos metais mais comuns na crosta terrestre (segundo lugar depois do alumínio).
A substância simples ferro (número CAS: 7439-89-6) é um metal prateado maleável com alta reatividade química: o ferro corrói rapidamente em altas temperaturas ou alta umidade no ar. Em oxigênio puro, o ferro queima e, em um estado finamente disperso, inflama-se espontaneamente no ar.
De fato, o ferro costuma ser chamado de liga com baixo teor de impurezas (até 0,8%), que retém a maciez e a ductilidade de um metal puro. Mas, na prática, as ligas de ferro com carbono são mais usadas: aço (até 2% de carbono) e ferro fundido (mais de 2% de carbono), bem como aço inoxidável (ligado) com adições de metais de liga (cromo, manganês , níquel, etc.). A combinação das propriedades específicas do ferro e suas ligas o tornam o "metal nº 1" em importância para os seres humanos.
Na natureza, o ferro raramente é encontrado em sua forma pura, na maioria das vezes ocorre como parte de meteoritos de ferro-níquel. A prevalência de ferro na crosta terrestre é de 4,65% (4º lugar depois de O, Si, Al). Acredita-se também que o ferro compõe a maior parte do núcleo da Terra.
O ferro é um metal típico, no estado livre é branco prateado com uma tonalidade acinzentada. O metal puro é dúctil, várias impurezas (em particular, carbono) aumentam sua dureza e fragilidade. Tem propriedades magnéticas pronunciadas. A chamada "tríade de ferro" é freqüentemente distinguida - um grupo de três metais (ferro Fe, cobalto Co, níquel Ni) que possuem propriedades físicas, raios atômicos e valores de eletronegatividade semelhantes.
O ferro é caracterizado por polimorfismo, possui quatro modificações cristalinas:
até 769 °C existe α-Fe (ferrita) com uma rede cúbica de corpo centrado e as propriedades de um ferromagneto (769 °C ≈ 1043 K é o ponto de Curie para o ferro)
na faixa de temperatura de 769-917 ° C, existe β-Fe, que difere de α-Fe apenas nos parâmetros da rede cúbica de corpo centrado e nas propriedades magnéticas do paramagneto
na faixa de temperatura 917-1394 °C existe γ-Fe (austenita) com uma rede cúbica de face centrada
acima de 1394 °C, δ-Fe é estável com uma rede cúbica de corpo centrado
A ciência dos metais não distingue o β-Fe como uma fase separada e o considera como uma variedade de α-Fe. Quando ferro ou aço é aquecido acima do ponto Curie (769 °C ≈ 1043 K), o movimento térmico dos íons perturba a orientação dos momentos magnéticos de spin dos elétrons, o ferromagneto se torna um paramagneto - ocorre uma transição de fase de segunda ordem, mas uma transição de fase de primeira ordem não ocorre com uma mudança nos parâmetros físicos básicos dos cristais.
Para o ferro puro à pressão normal, do ponto de vista da metalurgia, existem as seguintes modificações estáveis:
Do zero absoluto a 910 ºC, a modificação α com uma rede cristalina cúbica de corpo centrado (bcc) é estável. Uma solução sólida de carbono em α-ferro é chamada de ferrita.
De 910 a 1400 ºC, a modificação γ com rede cristalina cúbica de face centrada (FCC) é estável. Uma solução sólida de carbono em ferro γ é chamada de austenita.
De 910 a 1539 ºC, a modificação δ com uma rede cristalina cúbica de corpo centrado (bcc) é estável. Uma solução sólida de carbono em δ-ferro (assim como em α-ferro) é chamada de ferrita. Às vezes, é feita uma distinção entre δ-ferrita de alta temperatura e α-ferrita de baixa temperatura (ou simplesmente ferrita), embora suas estruturas atômicas sejam as mesmas.
A presença de carbono e elementos de liga no aço altera significativamente as temperaturas das transições de fase.
Na área de altas pressões(acima de 104 MPa, 100 mil atm.) há uma modificação do ε-ferro com uma rede hexagonal compactada (hcp).
O fenômeno do polimorfismo é extremamente importante para a siderurgia. É graças às transições α-γ da rede cristalina que ocorre o tratamento térmico do aço. Sem esse fenômeno, o ferro, como base do aço, não teria recebido um uso tão difundido.
O ferro é refratário, pertence aos metais de atividade média. O ponto de fusão do ferro é de 1539 °C, o ponto de ebulição é de cerca de 3200 °C.
O ferro é um dos metais mais utilizados, respondendo por até 95% da produção metalúrgica mundial.
O ferro é o principal componente dos aços e ferros fundidos - os materiais estruturais mais importantes.
O ferro pode fazer parte de ligas à base de outros metais - por exemplo, níquel.
O óxido de ferro magnético (magnetita) é um material importante na fabricação de dispositivos de memória de computador de longo prazo: discos rígidos, disquetes, etc.
O pó ultrafino de magnetita é usado em impressoras a laser preto e branco como toner.
As propriedades ferromagnéticas únicas de várias ligas à base de ferro contribuem para seu uso generalizado na engenharia elétrica para os núcleos magnéticos de transformadores e motores elétricos.
Cloreto de ferro (III) (cloreto férrico) é usado na prática de rádio amador para gravar placas de circuito impresso.
Sulfato ferroso (sulfato de ferro) misturado com sulfato de cobre é usado para controlar fungos nocivos em jardinagem e construção.
O ferro é usado como ânodo em baterias de ferro-níquel, baterias de ferro-ar.
Cobre
O cobre é um elemento de um subgrupo lateral do primeiro grupo, o quarto período do sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, com número atômico 29. É designado pelo símbolo Cu (lat. Cuprum). A substância simples cobre (número CAS: 7440-50-8) é um metal dúctil de transição de ouro Cor de rosa(rosa na ausência de um filme de óxido). Tem sido amplamente utilizado pelo homem desde os tempos antigos.
O cobre é um metal dúctil rosa-dourado, rapidamente coberto por uma película de óxido no ar, o que lhe confere uma tonalidade vermelho-amarelada intensa característica. O cobre tem uma alta condutividade térmica e elétrica (fica em segundo lugar na condutividade elétrica depois da prata). Possui dois isótopos estáveis - 63Cu e 65Cu, e vários isótopos radioativos. O mais duradouro deles, 64Cu, tem uma meia-vida de 12,7 horas e dois decaimentos com produtos diferentes.
Densidade - 8,94*10³ kg/m³
Capacidade de calor específico a 20 °C - 390 J/kg*K
Resistividade elétrica a 20-100 °C - 1,78 10−8 Ohm m
Ponto de fusão - 1083 °C
Ponto de ebulição - 2600 °C
Existem várias ligas de cobre: latão - uma liga de cobre e zinco, bronze - uma liga de cobre e estanho, cuproníquel - uma liga de cobre e níquel e algumas outras.
Zinco
O zinco é um elemento de um subgrupo lateral do segundo grupo, o quarto período do sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, com número atômico 30. É denotado pelo símbolo Zn (lat. Zinkum). A substância simples zinco (número CAS: 7440-66-6) em condições normais é um metal de transição branco-azulado quebradiço (mancha no ar, ficando coberto por uma fina camada de óxido de zinco).
Em sua forma pura, é um metal branco prateado bastante dúctil. Tem uma rede hexagonal com parâmetros a = 0,26649 nm, c = 0,49468 nm. É quebradiço à temperatura ambiente; quando a placa é dobrada, ouve-se um som crepitante da fricção dos cristalitos (geralmente mais forte que o “grito de estanho”). A 100-150°C o zinco é plástico. As impurezas, mesmo as menores, aumentam acentuadamente a fragilidade do zinco.
Um típico metal anfótero. O potencial padrão do eletrodo é -0,76 V, na série de potenciais padrão está localizado antes do ferro.
No ar, o zinco é coberto por uma fina película de óxido de ZnO. Quando aquecido fortemente, queima com a formação de óxido branco anfótero ZnO:
2Zn + O2 = 2ZnO.
O óxido de zinco reage tanto com soluções ácidas:
ZnO + 2HNO3 = Zn(NO3)2 + H2O
e álcalis:
ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2O,
O zinco de pureza comum reage ativamente com soluções ácidas:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2,
Zn + H2SO4(dil.) = ZnSO4 + H2
e soluções alcalinas:
Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2 + H2,
formando hidroxo-zincatos. O zinco muito puro não reage com soluções de ácidos e álcalis. A interação começa com a adição de algumas gotas de uma solução de sulfato de cobre CuSO4.
Quando aquecido, o zinco reage com halogênios para formar haletos de ZnHal2. Com o fósforo, o zinco forma os fosfetos Zn3P2 e ZnP2. Com enxofre e seus análogos - selênio e telúrio - vários calcogenetos, ZnS, ZnSe, ZnSe2 e ZnTe.
O zinco não reage diretamente com hidrogênio, nitrogênio, carbono, silício e boro. Nitreto Zn3N2 é obtido pela reação de zinco com amônia a 550-600°C.
Em soluções aquosas, os íons de zinco Zn2+ formam os aquacomplexos 2+ e 2+.
O zinco metálico puro é usado para recuperar metais preciosos extraídos por lixiviação subterrânea (ouro, prata). Além disso, o zinco é usado para extrair prata, ouro (e outros metais) do chumbo bruto na forma de compostos intermetálicos zinco-prata-ouro (a chamada “espuma de prata”), que são então processados por métodos convencionais de refino.
É utilizado para proteger o aço da corrosão (revestimento de zinco de superfícies não sujeitas a esforços mecânicos ou metalização - para pontes, tanques, estruturas metálicas). Também usado como material de eletrodo negativo em fontes de corrente química, ou seja, baterias e acumuladores, por exemplo: célula de manganês-zinco, bateria de prata-zinco dm³, baixa resistência e correntes de descarga colossais, elemento mercúrio-zinco (EMF 1,35 V, 135 W h / kg, 550-650 W h / dm³), elemento dioxissulfato-mercúrio, elemento iodato-zinco, célula galvânica de óxido de cobre (EMF 0,7-1,6 Volt, 84-127 W h / kg, 410-570 W h / dm³), cromo - célula de zinco, célula de cloreto de zinco-prata, bateria de níquel-zinco (EMF 1, 82 Volt, 95-118 Wh/kg, 230-295 Wh/dm³), célula de chumbo-zinco, bateria de zinco-cloro, bateria de zinco-bromo , etc). O papel do zinco nas baterias de zinco-ar é muito importante, nos últimos anos elas foram intensamente desenvolvidas com base no sistema zinco-ar - baterias para computadores (laptops) e um sucesso significativo foi alcançado nessa área (maior que o lítio baterias, capacidade e recursos, menos de 3 vezes o custo), este sistema também é muito promissor para motores de partida (bateria de chumbo - 55 W h / kg, zinco-ar - 220-300 W h / kg) e para veículos elétricos ( quilometragem até 900 km). Usado em muitas ligas de brasagem para diminuir seu ponto de fusão. O zinco é um componente importante do latão. O óxido de zinco é amplamente utilizado na medicina como agente anti-séptico e anti-inflamatório. Além disso, o óxido de zinco é usado para a produção de tinta - zinco branco.
O cloreto de zinco é um fundente importante para soldar metais e um componente na produção de fibras.
Telureto, seleneto, fosforeto, sulfeto de zinco são semicondutores amplamente utilizados.
O seleneto de zinco é usado para fabricar vidros ópticos com baixíssima absorção na faixa do infravermelho médio, como nos lasers de dióxido de carbono.
Mercúrio
O mercúrio é um elemento de um subgrupo secundário do segundo grupo, o sexto período do sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, com número atômico 80. É designado pelo símbolo Hg (lat. Hydrargyrum). A substância simples mercúrio (número CAS: 7439-97-6) é um metal de transição, à temperatura ambiente é um líquido pesado, branco prateado, visivelmente volátil, cujos vapores são extremamente tóxicos. O mercúrio é um dos dois elementos químicos (e o único metal) cujas substâncias simples em condições normais estão em estado líquido. estado de agregação(o segundo elemento é o bromo). Na natureza, é encontrado tanto na forma nativa quanto na forma de vários minerais. Na maioria das vezes, o mercúrio é obtido pela redução de seu mineral mais comum - o cinábrio. Usado para fazer medindo instrumentos, bombas de vácuo, fontes de luz e outras áreas da ciência e tecnologia.
O mercúrio é o único metal que é líquido à temperatura ambiente. Tem as propriedades de um diamagneto. Formas com muitos metais ligas líquidas - amálgamas. Apenas ferro, manganês e níquel não são amalgamados.
O mercúrio é um metal inativo.
Quando aquecido a 300 °C, o mercúrio reage com o oxigênio: 2Hg + O2 → 2HgO O óxido vermelho de mercúrio(II) é formado. Esta reação é reversível: quando aquecido acima de 340 °C, o óxido se decompõe em substâncias simples. A reação de decomposição do óxido de mercúrio é historicamente uma das primeiras formas de produzir oxigênio.
Quando o mercúrio é aquecido com enxofre, o sulfeto de mercúrio (II) é formado.
O mercúrio não se dissolve em soluções de ácidos que não possuem propriedades oxidantes, mas se dissolve em água régia e ácido nítrico, formando sais de mercúrio bivalentes. Quando o excesso de mercúrio é dissolvido em ácido nítrico no frio, o nitrato de Hg2(NO3)2 é formado.
Dos elementos do grupo IIB, é o mercúrio que tem a possibilidade de destruir uma camada de elétrons 6d10 muito estável, o que leva à possibilidade da existência de compostos de mercúrio (+4). Assim, além do Hg2F2 e do HgF2 pouco solúveis que se decompõem com a água, existe também o HgF4, obtido pela interação de átomos de mercúrio e uma mistura de néon e flúor a uma temperatura de 4K.
O mercúrio é usado na fabricação de termômetros, o vapor de mercúrio é preenchido com mercúrio-quartzo e lâmpadas fluorescentes. Os contatos de mercúrio servem como sensores de posição. Além disso, o mercúrio metálico é usado para obter várias ligas importantes.
Anteriormente, vários amálgamas de metal, especialmente amálgamas de ouro e prata, eram amplamente utilizados em joias, na produção de espelhos e obturações dentárias. Na engenharia, o mercúrio foi amplamente utilizado para barômetros e manômetros. Os compostos de mercúrio eram usados como antisséptico (sublimado), laxante (calomelano), na produção de chapéus, etc. por pulverização e eletrodeposição de metais, restaurações poliméricas em odontologia).
Uma liga de mercúrio com tálio é usada para termômetros de baixa temperatura.
O mercúrio metálico serve como cátodo para a produção eletrolítica de vários metais ativos, cloro e álcalis, em algumas fontes de corrente química (por exemplo, mercúrio-zinco - tipo RTs), em fontes de tensão de referência (elemento de Weston). O elemento mercúrio-zinco (fem 1,35 Volt) tem energia muito alta em termos de volume e massa (130 W/h/kg, 550 W/h/dm).
O mercúrio é usado para reciclar alumínio secundário e mineração de ouro (ver metalurgia do amálgama).
Às vezes, o mercúrio também é usado como fluido de trabalho em mancais hidrodinâmicos altamente carregados.
O mercúrio é usado como lastro em submarinos e para regular o balanço de alguns veículos. É promissor o uso de mercúrio em ligas com césio como um fluido de trabalho altamente eficiente em motores de íons.
O mercúrio é um ingrediente em algumas tintas biocidas para evitar a incrustação dos cascos dos navios na água do mar.
Mercury-203 (T1/2 = 53 seg) é usado em radiofármacos.
Sais de mercúrio também são usados:
O iodeto de mercúrio é usado como um detector de radiação semicondutora.
O fulminato de mercúrio ("mercúrio explosivo") é usado há muito tempo como explosivo inicial (detonadores).
O brometo de mercúrio é usado na decomposição termoquímica da água em hidrogênio e oxigênio (energia atômica do hidrogênio).
Alguns compostos de mercúrio são usados como medicamentos (por exemplo, mertiolato para a preservação de vacinas), mas principalmente devido à toxicidade, o mercúrio foi forçado a sair da medicina (sublimado, oxicianeto de mercúrio - anti-sépticos, calomelano - laxante, etc.) no meio para final do século 20.
Alumínio
O alumínio é um elemento do subgrupo principal do terceiro grupo do terceiro período do sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, número atômico 13. É designado pelo símbolo Al (lat. Alumínio). Pertence ao grupo dos metais leves. O metal mais comum e o terceiro elemento químico mais comum (depois do oxigênio e do silício) na crosta terrestre.
Uma substância simples de alumínio (número CAS: 7429-90-5) é um metal leve e não magnético de cor branca prateada, facilmente moldado, fundido e usinado. O alumínio possui alta condutividade térmica e elétrica, resistência à corrosão devido à rápida formação de fortes películas de óxido que protegem a superfície de outras interações.
De acordo com alguns estudos biológicos, a ingestão de alumínio no corpo humano foi considerada um fator no desenvolvimento da doença de Alzheimer, mas esses estudos foram posteriormente criticados e a conclusão sobre a conexão de um com o outro foi refutada.
Metal branco prateado, leve, densidade 2,7 g/cm³, ponto de fusão para grau técnico 658 °C, para alumínio de alta pureza 660 °C, ponto de ebulição 2500 °C, resistência à tração do fundido 10-12 kg/mm², deformável 18 -25 kg/mm2, ligas 38-42 kg/mm2.
Dureza Brinell 24-32 kgf / mm², alta plasticidade: técnico 35%, puro 50%, enrolado em uma folha fina e uniforme.
O alumínio possui alta condutividade elétrica e térmica, 65% da condutividade elétrica do cobre, possui alta refletividade de luz.
O alumínio forma ligas com quase todos os metais.
Em condições normais, o alumínio é coberto por um filme de óxido fino e forte e, portanto, não reage com agentes oxidantes clássicos: com H2O (t°); O2, HNO3 (sem aquecimento). Devido a isso, o alumínio praticamente não está sujeito à corrosão e, portanto, é amplamente exigido pela indústria moderna. No entanto, quando o filme de óxido é destruído (por exemplo, em contato com soluções de sais de amônio NH4 +, álcalis quentes ou como resultado de amalgamação), o alumínio atua como um metal redutor ativo.
Reage facilmente com substâncias simples:
com oxigênio:
4Al + 3O2 = 2Al2O3
com halogênios:
2Al + 3Br2 = 2AlBr3
reage com outros não-metais quando aquecido:
com enxofre, formando sulfeto de alumínio:
2Al + 3S = Al2S3
com nitrogênio para formar nitreto de alumínio:
com carbono, formando carboneto de alumínio:
4Al + 3С = Al4С3
Sulfeto de alumínio e carboneto de alumínio são completamente hidrolisados:
Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S
Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3+ 3CH4
Com substâncias complexas:
com água (após a remoção do filme protetor de óxido, por exemplo, por amalgamação ou soluções alcalinas quentes):
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2
com álcalis (com a formação de tetrahidroxoaluminatos e outros aluminatos):
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2
2(NaOH H2O) + 2Al = 2NaAlO2 + 3H2
Facilmente solúvel em ácidos clorídrico e sulfúrico diluído:
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2
2Al + 3H2SO4(razb) = Al2(SO4)3 + 3H2
Quando aquecido, dissolve-se em ácidos - agentes oxidantes que formam sais solúveis de alumínio:
2Al + 6H2SO4(conc) = Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Al + 6HNO3(conc) = Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
restaura metais de seus óxidos (aluminotermia):
8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe
2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr
Amplamente utilizado como material estrutural. As principais vantagens do alumínio nessa qualidade são leveza, ductilidade para estampagem, resistência à corrosão (no ar, o alumínio é instantaneamente coberto por um forte filme Al2O3, que evita sua oxidação posterior), alta condutividade térmica, não toxicidade de seus compostos. Em particular, essas propriedades tornaram o alumínio extremamente popular na fabricação de utensílios de cozinha, folhas de alumínio em Indústria alimentícia e para embalagens.
A principal desvantagem do alumínio como material estrutural é sua baixa resistência, por isso geralmente é ligado com uma pequena quantidade de cobre e magnésio (a liga é chamada de duralumínio).
A condutividade elétrica do alumínio é apenas 1,7 vezes menor que a do cobre, enquanto o alumínio é aproximadamente 2 vezes mais barato. Por isso, é muito utilizado na engenharia elétrica para a fabricação de fios, suas blindagens e até mesmo na microeletrônica para a fabricação de condutores em chips. A menor condutividade elétrica do alumínio (37 1/ohm) em comparação com o cobre (63 1/ohm) é compensada por um aumento na seção transversal dos condutores de alumínio. A desvantagem do alumínio como material elétrico é um forte filme de óxido que dificulta a soldagem.
Devido ao complexo de propriedades, é amplamente utilizado em equipamentos térmicos.
O alumínio e suas ligas mantêm a resistência em temperaturas ultrabaixas. Devido a isso, é amplamente utilizado na tecnologia criogênica.
A alta refletividade aliada ao baixo custo e facilidade de deposição fazem do alumínio um material ideal para a fabricação de espelhos.
Na produção de materiais de construção como agente formador de gás.
A aluminização confere resistência à corrosão e incrustação ao aço e outras ligas, como válvulas de motores de pistão, pás de turbinas, plataformas de petróleo, equipamentos de troca de calor e também substitui a galvanização.
Sulfeto de alumínio é usado para produzir sulfeto de hidrogênio.
Pesquisas estão em andamento para desenvolver espuma de alumínio como um material particularmente forte e leve.
Quando o alumínio era muito caro, uma variedade de joias era feita a partir dele. A moda para eles passou imediatamente quando surgiram novas tecnologias para sua produção, o que reduziu o custo em muitas vezes. Agora, o alumínio às vezes é usado na fabricação de joias.
Outros metais
Conduzir
O chumbo é um elemento do subgrupo principal do quarto grupo, o sexto período do sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, com número atômico 82. É designado pelo símbolo Pb (lat. Plumbum). O chumbo de substância simples (número CAS: 7439-92-1) é um metal maleável e de fusão relativamente baixa cor cinza.
O chumbo tem uma condutividade térmica bastante baixa de 35,1 W/(m K) a 0°C. O metal é macio e fácil de cortar com uma faca. Na superfície, geralmente é coberto por um filme mais ou menos espesso de óxidos; ao cortar, abre-se uma superfície brilhante, que se desvanece com o tempo no ar.
Ponto de fusão: 327,4 °C
Ponto de ebulição: 1740 °C
O nitrato de chumbo é usado para produzir poderosos explosivos mistos. A azida de chumbo é usada como o detonador (explosivo de iniciação) mais utilizado. O perclorato de chumbo é usado para preparar um líquido pesado (densidade 2,6 g/cm³) usado no beneficiamento de minérios por flotação, às vezes é usado em misturas poderosas explosivos como agente oxidante. O fluoreto de chumbo sozinho, bem como junto com bismuto, cobre e fluoreto de prata, é usado como material catódico em fontes químicas de corrente. Bismuto de chumbo, sulfeto de chumbo PbS, iodeto de chumbo são usados como material de cátodo em baterias de lítio. Cloreto de chumbo PbCl2 como material de cátodo em fontes de backup atual. O telureto de chumbo PbTe é amplamente utilizado como material termoelétrico (termofem com 350 μV/K), o material mais utilizado na produção de geradores termoelétricos e refrigeradores termoelétricos. O dióxido de chumbo PbO2 é amplamente utilizado não apenas em uma bateria de chumbo, mas também em muitas fontes de corrente química de backup, por exemplo, um elemento de chumbo-cloro, um elemento de chumbo-flúor, etc.
O chumbo branco, carbonato básico Pb (OH) 2 PbCO3, pó branco denso, é obtido do chumbo presente no ar sob a ação do dióxido de carbono e do ácido acético. O uso de chumbo branco como pigmento de coloração já não é tão comum quanto antigamente, devido à sua decomposição pela ação do sulfeto de hidrogênio H2S. O branco de chumbo também é utilizado na produção de massa de vidraceiro, na tecnologia de cimento e papel carbonato de chumbo.
Arsenato de chumbo e arsenito são usados na tecnologia de inseticidas para a destruição de pragas de insetos Agricultura(traça cigana e gorgulho do algodão). O borato de chumbo Pb(BO2)2 H2O, um pó branco insolúvel, é utilizado para secar pinturas e vernizes e, juntamente com outros metais, como revestimento de vidros e porcelanas. Cloreto de chumbo PbCl2, pó cristalino branco, solúvel em água quente, soluções de outros cloretos e especialmente cloreto de amônio NH4Cl. É utilizado para a preparação de pomadas no tratamento de tumores.
O cromato de chumbo PbCrO4, conhecido como amarelo cromo, é um pigmento importante para a preparação de tintas, para tingimento de porcelanas e têxteis. Na indústria, o cromato é usado principalmente na produção de pigmentos amarelos. Nitrato de chumbo Pb(NO3)2 - branco substância cristalina, altamente solúvel em água. É um aglutinante de uso limitado. Na indústria, é usado em matchmaking, tingimento e enchimento de têxteis, tingimento de chifres e gravura. O sulfato de chumbo Pb(SO4)2, um pó branco insolúvel em água, é usado como pigmento em baterias, litografia e tecnologia de tecidos impressos.
Sulfeto de chumbo PbS, um pó preto insolúvel em água, é usado na queima de cerâmica e para detectar íons de chumbo.
Como o chumbo é um bom absorvedor de radiação γ, ele é usado para blindagem de radiação em máquinas de raios X e em reatores nucleares. Além disso, o chumbo é considerado como refrigerante nos projetos de reatores nucleares avançados de nêutrons rápidos.
Ligas de chumbo são amplamente utilizadas. O estanho (liga de estanho-chumbo), contendo 85-90% Sn e 15-10% Pb, é moldável, barato e usado na fabricação de utensílios domésticos. A solda contendo 67% Pb e 33% Sn é usada em engenharia elétrica. As ligas de chumbo com antimônio são usadas na produção de balas e tipos tipográficos, e as ligas de chumbo, antimônio e estanho são usadas para fundição de figuras e rolamentos. As ligas de chumbo-antimônio são comumente usadas para revestimentos de cabos e placas de baterias elétricas. Os compostos de chumbo são utilizados na fabricação de corantes, tintas, inseticidas, produtos de vidro e como aditivos à gasolina na forma de chumbo tetraetila (C2H5) 4Pb (líquido moderadamente volátil, vapores em pequenas concentrações têm odor frutado adocicado, em grandes concentrações , um odor desagradável; Тm = 130 °C, Тbp = 80 °С/13 mmHg; densidade 1,650 g/cm³; nD2v = 1,5198; insolúvel em água, miscível com solventes orgânicos; altamente tóxico, penetra facilmente na pele; MPC = 0,005 mg/m³ LD50 = 12,7 mg/kg (ratos, oral)) para aumentar o número de octanas.
Lata
O estanho é um elemento do subgrupo principal do quarto grupo, o quinto período do sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, com número atômico 50. É designado pelo símbolo Sn (lat. Stannum). Em condições normais, a substância simples estanho é um metal brilhante dúctil, maleável e fusível de cor branca prateada. O estanho forma várias modificações alotrópicas: abaixo de 13,2 °C estável α-estanho (estanho cinza) com uma rede cúbica tipo diamante, acima de 13,2 °C estável β-estanho (estanho branco) com uma rede cristalina tetragonal.
O estanho é usado principalmente como um revestimento seguro, não tóxico e resistente à corrosão em sua forma pura ou em ligas com outros metais. As principais aplicações industriais do estanho são em folha-de-flandres (ferro estanhado) para embalagens de alimentos, em soldas para eletrônicos, em encanamentos domésticos, em ligas de rolamentos e em revestimentos de estanho e suas ligas. A liga de estanho mais importante é o bronze (com cobre). Outra liga bem conhecida, o estanho, é usada para fazer talheres. Recentemente, houve um renascimento do interesse pelo uso do metal, por ser o mais “amigo do meio ambiente” entre os metais pesados não ferrosos. Usado para criar fios supercondutores à base de composto intermetálico Nb3Sn.
Os preços do estanho metálico em 2006 foram em média de US$ 12-18/kg, dióxido de estanho de alta pureza cerca de US$ 25/kg, estanho de cristal único de alta pureza cerca de US$ 210/kg.
Compostos intermetálicos de estanho e zircônio possuem pontos de fusão elevados (até 2.000 °C) e resistência à oxidação quando aquecidos ao ar e possuem diversas aplicações.
O estanho é o componente de liga mais importante na produção de ligas estruturais de titânio.
O dióxido de estanho é um material abrasivo muito eficaz usado no "acabamento" da superfície do vidro óptico.
Uma mistura de sais de estanho - "composição amarela" - era usada anteriormente como corante para lã.
O estanho também é usado em fontes químicas de corrente como material anódico, por exemplo: elemento manganês-estanho, elemento óxido-mercúrio-estanho. O uso de estanho em uma bateria de chumbo-estanho é promissor; assim, por exemplo, em uma tensão igual a uma bateria de chumbo, uma bateria de chumbo-estanho tem 2,5 vezes mais capacidade e 5 vezes mais densidade de energia por unidade de volume, sua resistência interna é muito menor.
O estanho metálico não é tóxico, o que permite sua utilização na indústria alimentícia. As impurezas nocivas contidas no estanho em condições normais de armazenamento e uso, inclusive no derretimento a temperaturas de até 600 ºС, não são liberadas no ar da área de trabalho em volumes que excedam a concentração máxima permitida de acordo com GOST. A exposição prolongada (por 15 a 20 anos) ao pó de estanho tem um efeito fibrogênico nos pulmões e pode causar pneumoconiose nos trabalhadores.
Aplicação de metais
Materiais de construção
Os metais e suas ligas são um dos principais materiais estruturais da civilização moderna. Isso é determinado principalmente por sua alta resistência, uniformidade e impermeabilidade a líquidos e gases. Além disso, alterando a formulação das ligas, pode-se alterar suas propriedades em uma faixa muito ampla.
Materiais elétricos
Os metais são utilizados tanto como bons condutores de eletricidade (cobre, alumínio) quanto como materiais de alta resistência para resistores e elementos de aquecimento elétrico (nicromo, etc.).
Materiais de ferramentas
Os metais e suas ligas são amplamente utilizados para a fabricação de ferramentas (sua parte de trabalho). Estes são principalmente aços para ferramentas e ligas duras. Diamante, nitreto de boro e cerâmica também são usados como materiais de ferramentas.
Metalurgia
Metalurgia ou metalurgia é um campo da ciência dos materiais que estuda o comportamento físico e químico de metais, compostos intermetálicos e ligas. A metalurgia também inclui a aplicação prática do conhecimento existente sobre metais - desde a extração de matérias-primas até a produção de produtos acabados.
O estudo da estrutura e da propriedades quimicas fusão de metais e óxidos e soluções sólidas, desenvolvimento da teoria do estado condensado da matéria;
Estudo da termodinâmica, cinética e mecanismo das reações metalúrgicas;
Desenvolvimento de fundamentos científicos e técnicos e económicos uso integrado matérias-primas minerais polimetálicas e resíduos sintéticos com a solução de problemas ambientais;
Desenvolvimento da teoria dos fundamentos dos processos pirometalúrgicos, eletrotérmicos, hidrometalúrgicos e em fase gasosa para a produção de metais, ligas, pós metálicos e materiais compósitos e revestimentos.
Os metais ferrosos incluem ferro, manganês, cromo, vanádio. Todos os outros são coloridos. De acordo com suas propriedades físicas e finalidade, os metais não ferrosos são condicionalmente divididos em pesados (cobre, chumbo, zinco, estanho, níquel) e leves (alumínio, titânio, magnésio).
De acordo com o principal processo tecnológico, divide-se em pirometalurgia (fundição) e hidrometalurgia (extração de metais em soluções químicas). Uma variação da pirometalurgia é a metalurgia de plasma.
Metalurgia de plasma - extração de minérios, fundição e processamento de metais e ligas sob a influência de plasma.
O processamento de minérios (óxidos, etc.) é realizado por sua decomposição térmica em plasma. Para evitar reações reversas, é usado um agente redutor (carbono, hidrogênio, metano, etc.) ou um resfriamento brusco do fluxo de plasma, que viola o equilíbrio termodinâmico.
A metalurgia a plasma permite a redução direta do metal do minério, acelera significativamente os processos metalúrgicos, obtém materiais puros e reduz o consumo de combustível (redutor). A desvantagem da metalurgia de plasma é o alto consumo de eletricidade usada para gerar o plasma.
História
A primeira evidência de que uma pessoa estava envolvida na metalurgia remonta a 5-6 milênios aC. e. e foram encontrados em Majdanpek, Pločnik e outros locais na Sérvia (incluindo um machado de cobre de 5500 aC pertencente à cultura Vinca), Bulgária (5000 aC), Palmela (Portugal), Espanha, Stonehenge (Reino Unido). No entanto, como costuma acontecer com esses fenômenos de longa data, a idade nem sempre pode ser determinada com precisão.
Na cultura dos primeiros tempos, prata, cobre, estanho e ferro meteórico estão presentes, o que permitia uma metalurgia limitada. Assim, os "punhais celestiais" eram altamente valorizados - armas egípcias criadas a partir de ferro meteórico 3000 aC. e. Mas, tendo aprendido a extrair cobre e estanho da rocha e obter uma liga chamada bronze, as pessoas em 3500 aC. e. entrou na Idade do Bronze.
Obter ferro do minério e fundir o metal era muito mais difícil. Acredita-se que a tecnologia tenha sido inventada pelos hititas por volta de 1200 aC. e., que marcou o início da Idade do Ferro. O segredo da mineração e fabricação de ferro tornou-se um fator chave no poder dos filisteus.
Traços do desenvolvimento da metalurgia ferrosa podem ser encontrados em muitas culturas e civilizações passadas. Isso inclui os reinos e impérios antigos e medievais do Oriente Médio e Oriente Próximo, Egito antigo e Anatólia (Turquia), Cartago, gregos e romanos da Europa antiga e medieval, China, Índia, Japão, etc. que muitos métodos, dispositivos e tecnologias de metalurgia foram originalmente inventados na China antiga e, em seguida, os europeus dominaram esse ofício (inventando altos-fornos, ferro fundido, aço, martelos hidráulicos etc.). No entanto, pesquisas recentes sugerem que a tecnologia romana era muito mais avançada do que se pensava, especialmente na mineração e na forja.
mineração metalurgia
A metalurgia de mineração é a extração de metais valiosos do minério e a refusão das matérias-primas extraídas em metal puro. Para converter um óxido de metal ou sulfeto em um metal puro, o minério deve ser separado por meios físicos, químicos ou eletrolíticos.
Os metalúrgicos trabalham com três componentes principais: matérias-primas, concentrado (óxido de metal valioso ou sulfeto) e resíduos. Após a mineração, grandes pedaços de minério são triturados a tal ponto que cada partícula é um concentrado valioso ou resíduo.
A mineração não é necessária se o minério e o ambiente permitirem a lixiviação. Desta forma, você pode dissolver o mineral e obter uma solução enriquecida com mineral.
Freqüentemente, o minério contém vários metais valiosos. Nesse caso, os resíduos de um processo podem ser usados como matéria-prima para outro processo.
Liga
Uma liga é uma mistura macroscopicamente homogênea de dois ou mais elementos químicos com predominância de componentes metálicos. A fase principal ou única da liga, via de regra, é uma solução sólida de elementos de liga no metal, que é a base da liga.
As ligas têm propriedades metálicas, como brilho metálico, alta condutividade elétrica e térmica. Às vezes, os componentes da liga podem ser não apenas elementos químicos, mas também compostos químicos com propriedades metálicas. Por exemplo, os principais componentes das ligas duras são carbonetos de tungstênio ou titânio. As propriedades macroscópicas das ligas sempre diferem das propriedades de seus componentes, e a homogeneidade macroscópica das ligas multifásicas (heterogêneas) é alcançada devido à distribuição uniforme das fases de impurezas na matriz metálica.
As ligas são geralmente obtidas pela mistura dos componentes no estado fundido, seguido de resfriamento. Em altas temperaturas de fusão dos componentes, as ligas são produzidas pela mistura de pós metálicos seguidos de sinterização (é assim que muitas ligas de tungstênio são obtidas, por exemplo).
As ligas são um dos principais materiais estruturais. Dentre elas, as ligas à base de ferro e alumínio são as de maior importância. Não metais, como carbono, silício, boro, etc., também podem ser introduzidos na composição de muitas ligas, sendo mais de 5 mil ligas utilizadas em tecnologia.
Fontes
O primeiro material que as pessoas aprenderam a usar para suas necessidades é a pedra. No entanto, mais tarde, quando uma pessoa tomou conhecimento das propriedades dos metais, a pedra recuou. São essas substâncias e suas ligas que se tornaram o material mais importante e principal nas mãos das pessoas. Utensílios domésticos, ferramentas de trabalho foram feitos com eles, instalações foram construídas. Portanto, neste artigo, consideraremos o que são metais, cujas características gerais, propriedades e uso são tão relevantes até hoje. De fato, literalmente imediatamente após a Idade da Pedra, toda uma galáxia de metais se seguiu: cobre, bronze e ferro.
O que une todos os representantes dessas substâncias simples? Claro, esta é a estrutura de sua rede cristalina, tipos de ligações químicas e características da estrutura eletrônica do átomo. Afinal, daí as propriedades físicas características que fundamentam o uso desses materiais pelos seres humanos.
Em primeiro lugar, considere os metais como elementos químicos do sistema periódico. Nele, eles estão localizados de forma bastante livre, ocupando 95 células das 115 conhecidas hoje, existem várias características de sua localização no sistema geral:
Com base nesses dados, é fácil ver que os não-metais são coletados na parte superior direita do sistema e o restante do espaço pertence aos elementos que estamos considerando.
Todos eles têm várias características da estrutura eletrônica do átomo:
As características gerais dos metais e não metais permitem identificar padrões em sua estrutura. Assim, a rede cristalina do primeiro é metálica, especial. Seus nós contêm vários tipos de partículas ao mesmo tempo:
Uma nuvem comum se acumula em seu interior, chamada de gás de elétrons, que explica todas as propriedades físicas dessas substâncias. O tipo de ligação química nos metais tem o mesmo nome deles.
Existem vários parâmetros que unem todos os metais. Suas características gerais em termos de propriedades físicas são as seguintes.
Os parâmetros listados são as características gerais dos metais, ou seja, tudo o que os une em um grande família. No entanto, deve-se entender que há exceções para todas as regras. Além disso, existem muitos elementos desse tipo. Portanto, dentro da própria família também existem divisões em vários grupos, que consideraremos a seguir e para os quais indicaremos os traços característicos.
Do ponto de vista da ciência química, todos os metais são agentes redutores. E, muito forte. Quanto menos elétrons no nível externo e maior o raio atômico, mais forte o metal de acordo com o parâmetro especificado.
Como resultado, os metais são capazes de reagir com:
Esta é apenas uma visão geral das propriedades químicas. Afinal, para cada grupo de elementos, eles são puramente individuais.
As características gerais dos metais alcalino-terrosos são as seguintes:
Assim, os metais alcalino-terrosos são elementos comuns da família s, exibindo alta atividade química e são fortes agentes redutores e importantes participantes de processos biológicos no corpo.
A característica geral começa com seu nome. Eles o receberam pela capacidade de se dissolver na água, formando álcalis - hidróxidos cáusticos. As reações com a água são muito violentas, às vezes inflamáveis. Essas substâncias não são encontradas na forma livre na natureza, pois sua atividade química é muito alta. Reagem com o ar, vapor de água, não metais, ácidos, óxidos e sais, ou seja, com quase tudo.
Isso se deve à sua estrutura eletrônica. No nível externo, há apenas um elétron, que eles doam facilmente. Estes são os agentes redutores mais fortes, razão pela qual demorou muito tempo para obtê-los em sua forma pura. Isso foi feito pela primeira vez por Humphrey Davy já no século 18 por eletrólise de hidróxido de sódio. Agora todos os representantes deste grupo são extraídos usando este método.
A característica geral dos metais alcalinos é também que eles constituem o primeiro grupo do subgrupo principal do sistema periódico. Todos eles são elementos importantes que formam muitos compostos naturais valiosos usados pelo homem.
Este grupo de elementos inclui todos aqueles cujo estado de oxidação pode variar. Isso significa que, dependendo das condições, o metal pode atuar tanto como agente oxidante quanto como agente redutor. Tais elementos têm uma grande capacidade de entrar em reações. Entre eles estão um grande número de substâncias anfotéricas.
O nome comum para todos esses átomos é elementos de transição. Eles o receberam pelo fato de que, em termos de suas propriedades, eles realmente se situam, por assim dizer, no meio, entre os metais típicos da família s e os não-metais da família p.
A característica geral dos metais de transição implica a designação de suas propriedades semelhantes. Eles são os seguintes:
Como substâncias simples, os metais deste grupo são muito fortes, dúcteis e maleáveis, por isso são de grande importância industrial.
As características gerais dos metais dos subgrupos secundários coincidem completamente com as dos transicionais. E isso não é surpreendente, porque, na verdade, é exatamente a mesma coisa. Acontece que os subgrupos laterais do sistema são formados justamente por representantes das famílias d e f, ou seja, metais de transição. Portanto, podemos dizer que esses conceitos são sinônimos.
Os mais ativos e importantes deles são a primeira fila de 10 representantes do escândio ao zinco. Todos eles são de grande importância industrial e são frequentemente utilizados pelo homem, principalmente para fundição.
As características gerais dos metais e ligas permitem entender onde e como é possível utilizar essas substâncias. Tais compostos passaram por grandes transformações nas últimas décadas, pois cada vez mais novos aditivos estão sendo descobertos e sintetizados para melhorar sua qualidade.
As ligas mais famosas hoje são:
O que é uma liga? É uma mistura de metais obtida pela fundição deste último em fornos especiais. Isso é feito para obter um produto com propriedades superiores às substâncias puras que o compõem.
Se falamos de propriedades gerais, então as características dos metais e não metais diferirão em um ponto muito significativo: para estes últimos, é impossível destacar características semelhantes, pois diferem muito em suas propriedades manifestadas, tanto físicas quanto químicas .
Portanto, é impossível criar tal característica para não metais. Só é possível considerar separadamente os representantes de cada grupo e descrever suas propriedades.
As propriedades dos elementos químicos permitem que eles sejam combinados em grupos apropriados. Com base nesse princípio, foi criado um sistema periódico que mudou a ideia de substâncias existentes e possibilitou supor a existência de novos elementos até então desconhecidos.
Em contato com
A Tabela Periódica dos Elementos Químicos foi compilada por D. I. Mendeleev na segunda metade do século XIX. O que é e por que é necessário? Ele combina todos os elementos químicos em ordem crescente de peso atômico, e todos eles são arranjados de forma que suas propriedades mudem de maneira periódica.
O sistema periódico de Mendeleev reuniu em um único sistema todos os elementos existentes que antes eram considerados simplesmente substâncias separadas.
Com base em seu estudo, novos substancias químicas. A importância dessa descoberta para a ciência não pode ser superestimada., estava muito à frente de seu tempo e deu impulso ao desenvolvimento da química por muitas décadas.
Existem três opções de mesa mais comuns, que são convencionalmente chamadas de "curtas", "longas" e "extra longas". ». A mesa principal é considerada uma mesa longa, aprovado oficialmente. A diferença entre eles é o layout dos elementos e a duração dos períodos.
O sistema contém 7 períodos. Eles são representados graficamente como linhas horizontais. Nesse caso, o período pode ter uma ou duas linhas, chamadas de linhas. Cada elemento subseqüente difere do anterior aumentando a carga nuclear (o número de elétrons) em um.
Simplificando, um período é uma linha horizontal na tabela periódica. Cada um deles começa com um metal e termina com um gás inerte. Na verdade, isso cria periodicidade - as propriedades dos elementos mudam em um período, repetindo-se novamente no próximo. O primeiro, segundo e terceiro períodos são incompletos, são chamados pequenos e contêm 2, 8 e 8 elementos, respectivamente. As demais são completas, possuem 18 elementos cada.
Grupo é uma coluna vertical, contendo elementos com a mesma estrutura eletrônica ou, mais simplesmente, com o mesmo maior . A longa tabela oficialmente aprovada contém 18 grupos que começam com metais alcalinos e terminam com gases inertes.
Cada grupo tem seu próprio nome, o que facilita a localização ou classificação dos elementos. As propriedades metálicas são aprimoradas independentemente do elemento na direção de cima para baixo. Isso se deve ao aumento do número de órbitas atômicas - quanto mais houver, mais fracas serão as ligações eletrônicas, o que torna a rede cristalina mais pronunciada.
Metais na mesa Mendeleev tem um número predominante, sua lista é bastante extensa. Eles são caracterizados por características comuns, são heterogêneos em propriedades e são divididos em grupos. Alguns deles têm pouco em comum com os metais no sentido físico, enquanto outros só podem existir por frações de segundo e absolutamente não são encontrados na natureza (pelo menos no planeta), porque foram criados, mais precisamente, calculados e confirmados em laboratório, artificialmente. Cada grupo tem suas próprias características, o nome é visivelmente diferente dos outros. Essa diferença é especialmente pronunciada no primeiro grupo.
Qual é a posição dos metais na tabela periódica? Os elementos são arranjados aumentando a massa atômica, ou o número de elétrons e prótons. Suas propriedades mudam periodicamente, portanto, não há um posicionamento de um para um na tabela. Como determinar os metais e é possível fazer isso de acordo com a tabela periódica? Para simplificar a questão, um truque especial foi inventado: condicionalmente, uma linha diagonal é traçada de Bor a Polonius (ou a Astatine) nas junções dos elementos. Os da esquerda são metais, os da direita são não-metais. Seria muito simples e ótimo, mas há exceções - germânio e antimônio.
Esse “método” é uma espécie de folha de dicas, foi inventado apenas para simplificar o processo de memorização. Para uma representação mais precisa, lembre-se que a lista de não-metais é de apenas 22 elementos, portanto, respondendo à questão de quantos metais estão contidos na tabela periódica
Na figura, você pode ver claramente quais elementos são não-metais e como eles estão dispostos na tabela por grupos e períodos.
Existem propriedades físicas gerais dos metais. Esses incluem:
Deve-se entender que as propriedades dos metais são muito diferentes em relação à sua natureza química ou física. Alguns deles têm pouca semelhança com os metais no sentido comum do termo. Por exemplo, o mercúrio ocupa uma posição especial. Em condições normais, está no estado líquido, não possui rede cristalina, cuja presença deve suas propriedades a outros metais. As propriedades deste último, neste caso, são condicionais, o mercúrio está relacionado a eles em maior medida pelas características químicas.
Interessante! Os elementos do primeiro grupo, os metais alcalinos, não ocorrem em sua forma pura, estando na composição de diversos compostos.
O metal mais macio que existe na natureza - o césio - pertence a esse grupo. Ele, como outras substâncias semelhantes alcalinas, tem pouco em comum com metais mais típicos. Algumas fontes afirmam que, de fato, o metal mais macio é o potássio, o que é difícil de contestar ou confirmar, pois nem um nem outro elemento existe por conta própria - sendo liberados como resultado de uma reação química, eles se oxidam ou reagem rapidamente.
O segundo grupo de metais - alcalino-terroso - está muito mais próximo dos grupos principais. O nome "terra alcalina" vem dos tempos antigos, quando os óxidos eram chamados de "terras" porque tinham uma estrutura solta e quebradiça. Propriedades mais ou menos familiares (no sentido cotidiano) são possuídas por metais a partir do 3º grupo. À medida que o número do grupo aumenta, a quantidade de metais diminui.
Os metais possuem propriedades mecânicas, tecnológicas, físicas e químicas.
As propriedades físicas incluem: cor, densidade, fusibilidade, condutividade elétrica, propriedades magnéticas, condutividade térmica, capacidade de calor, expansibilidade mediante aquecimento e transformações de fase;
a produtos químicos - oxidabilidade, solubilidade, resistência à corrosão, resistência ao calor;
a mecânica - resistência, dureza, elasticidade, viscosidade, plasticidade, fragilidade;
ao tecnológico - temperabilidade, fluidez, maleabilidade, soldabilidade, usinabilidade.
Força- a capacidade de um metal resistir à ação de forças externas sem entrar em colapso.
força específica- a razão entre a resistência à tração e a densidade.
dureza- chamou a capacidade do corpo de resistir à penetração de outro corpo nele.
Elasticidade- a propriedade de um metal de restaurar sua forma após o término da ação de forças externas que causam uma mudança na forma (deformação).
Viscosidade- a capacidade de um metal resistir a forças externas de impacto. A viscosidade é a propriedade oposta à fragilidade.
Plástico- a propriedade de um metal se deformar sem destruição sob a ação de forças externas e manter uma nova forma após a cessação das forças.
Os métodos modernos de teste de metais são testes mecânicos, análises químicas, espectrais, metalográficas e de raios-X, amostras tecnológicas, detecção de falhas. Esses testes fornecem uma oportunidade para ter uma ideia da natureza dos metais, sua estrutura, composição e propriedades.
Propriedades mecânicas. O primeiro requisito para qualquer produto é resistência suficiente. Muitos produtos, além da resistência geral, também devem ter propriedades especiais características deste produto. Por exemplo, ferramentas de corte devem ter alta dureza. Para a fabricação de ferramentas de corte e outras, são utilizados aços e ligas para ferramentas e, para molas e molas, são utilizados aços especiais com alta elasticidade.
Os metais dúcteis são usados nos casos em que as peças são submetidas a cargas de choque durante a operação.
A plasticidade dos metais permite processá-los por pressão (forjamento, laminação, estampagem).
Propriedades físicas. Na construção de aeronaves, automóveis, instrumentação e automóveis, o peso das peças costuma ser a característica mais importante, portanto, as ligas de alumínio e magnésio são especialmente úteis aqui.
Fusibilidade usado para produzir peças fundidas despejando metal fundido em moldes. Metais de baixo ponto de fusão (chumbo) são usados como meio de endurecimento do aço. Algumas ligas complexas têm um ponto de fusão tão baixo que derretem em água quente. Essas ligas são usadas para fundir matrizes topográficas, fusíveis em dispositivos de segurança contra incêndio.
Metais com alta condutividade elétrica(cobre, alumínio) é usado em engenharia elétrica, em linhas de energia e ligas com alta resistência elétrica - para lâmpadas incandescentes, aquecedores elétricos.
Propriedades magneticas os metais são utilizados na engenharia elétrica na produção de motores elétricos, transformadores em instrumentação (aparelhos telefônicos e telégrafos).
Condutividade térmica metais permite aquecê-los uniformemente para tratamento de pressão, tratamento térmico, além disso, oferece a possibilidade de soldar e soldar metais.
Alguns metais têm um coeficiente de expansão linear próximo de zero; tais metais são utilizados para a fabricação de instrumentos de precisão na construção de pontes, viadutos, etc.
Propriedades quimicas. A resistência à corrosão é especialmente importante para produtos que operam em ambientes quimicamente ativos (peças de máquinas na indústria química). Para tais produtos, são utilizadas ligas com alta resistência à corrosão - aços inoxidáveis, resistentes a ácidos e resistentes ao calor.
