Металлы — это группа элементов, обладающих характерными свойствами, такими как высокая электропроводность, теплопроводность, пластичность и металлический блеск. Они широко используются в различных отраслях промышленности и быту благодаря своим уникальным свойствам. В этой статье мы рассмотрим основные виды металлов, их свойства и характеристики, а также особенности их использования.
- Чёрные металлы
Чёрные металлы — это группа металлов, которые обладают магнитными свойствами и высокой прочностью. Они включают железо, сталь, чугун и другие сплавы. Чёрные металлы используются в строительстве, машиностроении, производстве металлоконструкций и других отраслях промышленности.
Железо — это основной элемент чёрных металлов. Оно обладает высокой прочностью и пластичностью, что позволяет использовать его для изготовления различных изделий. Сталь — это сплав железа с углеродом и другими элементами, который придаёт ей дополнительную прочность и твёрдость. Чугун — это сплав железа с углеродом, который содержит более 2% углерода. Он обладает высокой прочностью и износостойкостью, но низкой пластичностью.
- Цветные металлы
Цветные металлы — это группа металлов, которые не обладают магнитными свойствами. Они включают алюминий, медь, никель, цинк и другие металлы. Цветные металлы используются в электронике, автомобилестроении, производстве бытовой техники и других отраслях промышленности.
Алюминий — это лёгкий металл с высокой электропроводностью и коррозионной стойкостью. Он используется в производстве самолётов, автомобилей, бытовой техники и других изделий. Медь — это металл с высокой электропроводностью и теплопроводностью. Она используется в производстве кабелей, проводов, электронных компонентов и других изделий.
- Свойства металлов
Металлы обладают рядом свойств, которые определяют их применение в различных отраслях промышленности. К ним относятся:
- Прочность — способность металла выдерживать нагрузки без разрушения.
- Пластичность — способность металла деформироваться без разрушения.
- Упругость — способность металла восстанавливать свою форму после деформации.
- Твёрдость — способность металла противостоять износу и истиранию.
- Коррозионная стойкость — способность металла противостоять воздействию окружающей среды.
- Особенности использования металлов
При использовании металлов необходимо учитывать их свойства и характеристики. Например, чёрные металлы обладают высокой прочностью и твёрдостью, но низкой пластичностью. Цветные металлы обладают высокой электропроводностью и коррозионной стойкостью, но меньшей прочностью и твёрдостью.
Историческая справка
Первыми человечество узнало металлы, легко добываемые из природной среды. Это серебро, медь и золото. Далее люди изучали вещества, которые можно выделять. Это ртуть, олово, свинец, железо.
В классификации исторических эпох два временных интервала носят «металлические» названия. Так, период с 3,5 до 1,3 тысяч лет до нашей эры называется бронзовым веком. А время с 1300 года до н.э. примерно до 340 года уже нашей эры – это век железный. Уже тогда человечество не только добывало металлы, но и успешно плавило их и даже создавало сплавы, первым из которых была бронза, ознаменовавшая целую историческую эпоху.
Бронзовые орудия труда и предметы быта археологами были обнаружены при раскопках в более глубоких слоях земли, нежели железные. Работать с бронзой проще, чем с железом, поэтому технологии плавления и соединения меди и олова, из которых состоит сплав, были освоены первыми. И только потом люди научились делать железные предметы.
Согласно принципам алхимии, металлы зарождаются в глубинах земли под воздействием планетарных явлений, обусловленных эволюцией существующих звёзд и других космических тел, непрерывным движением планет, в том числе Земли, а также силой гравитации. Метаморфозы длились столетиями и даже тысячелетиями, и отследить их практически нереально.
Считается, что первыми были драгоценные серебро и медь. Ко вторым открытым относятся ртуть, свинец, медь, железо и олово, обладающие летучестью и наличием состояния жидкости. Они некоторыми исследователями считались особой категорией. А ртуть какое-то время расценивалась основой всех других металлов.
Сурьма, висмут и мышьяк имеют свойства, схожие с металлическими, но не обладают характерной ковкостью. И это подвигло учёных на выделение полуметаллов. Такая классификация использовалась с восемнадцатого века.
Алхимики изначально считали, что сплавы, напоминающие по оттенку золото, преобразуются по процессу превращения в драгметаллы. Учёные полагали, что если изменить лишь цвет, это спровоцирует и качественное изменение. А ещё алхимики были уверены, что сплавы являлись сложными веществами, состоявшими из ртути и серы.
Алхимики пытались ускорять созревание за счёт поддержания оптимальных условий. Превращения считались обычным развитием вещей. И в эпоху таких мыслей зародилась теория философского камня – некой субстанции, которая могла бы любые встречающиеся на Земле металлы превращать в драгоценное золото. Эту идею опровергали многие, среди них был физик и химик Роберт Бойль.
В семнадцатом столетии человечеству стала известна роль атмосферного воздуха в горении. Тогда можно было подумать, что в скором времени решится проблема элементарного состава. Но появляется флогистонная теория, породившая очередной миф. Согласно ему, горение расценивалось распадом. Горючий элемент выделялся пламенем, а оставшиеся компоненты оставались неизменными.
Единые понятия старался сформировать Бехер. Он думал, что в любом металле есть земля трёх сортов: горючая, основная и ртутная. И Бехер основой горючести считал некую неизвестную, получившую название «флогистон». При его взаимодействии с землёй якобы образовывались металлы. Но при обжиге возрастала масса тела. И это означало, что флогистон должен был иметь отрицательное тяготение.
Факт! Ломоносов металлом называл светлое тело, поддающееся ковке. И к таковым отнесли олово, золото, свинец, серебро, железо и медь.
В конце восемнадцатого века Лавуазье разрушил флогистонную теорию, присвоив металлам статус простых веществ. А в 89 году того же столетия учёный представил список, включивший семнадцать металлов. По мере новых исследований данный перечень расширялся. Лавуазье также определил значимость воздуха в горении. Учёный смог продемонстрировать, что, подвергаясь обжиганию, металл становится тяжелее из-за кислородного присоединения.
В девятнадцатом столетии было положено начало классификации редкоземельных элементов. Постепенно открывались новые переменные в химическом анализе минералов. Благодаря спектральному способу исследования мир узнал о рубидии, индии, таллии, цезии.
С середины прошлого двадцатого века используется методика ядерных превращений. Искусственными способами учёные научились получать металлы из категории радиоактивных. В XIX-XX веках металлургия обрела новую, совершенно иную базу. Тогда же велись активные исследования свойств с учётом строения и состава. Сегодня изучение продолжается.
Металлы в периодической системе
Таблица включает 118 разных элементов. Металлы здесь в первой и второй группах. Также они формируют подгруппы в группах с третьей по восьмую. Точное и окончательное количество не определено, так как нет общего правила, а некоторые вещества обладают амфотерностью. При ней демонстрируется двойственность – проявление как основных, так и кислотных свойств при различных условиях.
Как ориентироваться в периодической системе? Все неметаллы в количестве двадцати двух находятся на диагонали, проведённой в таблице от бора (B) до астата (At), а также над этой линией в главных подгруппах. Шесть металлов являются щелочными, ещё шесть – щелочноземельными, семь – лёгкими, тридцать восемь – переходными, ещё семь – полуметаллами. По четырнадцать элементов среди лантаноидов и актиноидов. Ещё четыре металла имеют спорную природу.
При выборе металла для конкретного изделия необходимо учитывать его свойства и характеристики, а также стоимость и доступность.
