החומר הראשון שאנשים למדו להשתמש בו לצרכיהם הוא אבן. עם זאת, מאוחר יותר, כאשר אדם התוודע לתכונות של מתכות, האבן זזה הרחק אחורה. החומרים הללו והסגסוגות שלהם הם שהפכו לחומר החשוב והעיקרי ביותר בידי אנשים. נעשו מהם חפצי בית, כלי עבודה, נבנו חצרים. לכן, במאמר זה נשקול מהן מתכות, שהמאפיינים הכלליים, המאפיינים והשימוש בהן כל כך רלוונטיים עד היום. אחרי הכל, ממש מיד אחרי תקופת האבן, גלקסיה שלמה של מתכת באה בעקבותיה: נחושת, ברונזה וברזל.
מתכות: מאפיינים כלליים
מה מאחד את כל הנציגים של החומרים הפשוטים האלה? כמובן, זהו המבנה של סריג הגביש שלהם, סוגי הקשרים הכימיים ותכונות המבנה האלקטרוני של האטום. אחרי הכל, מכאן התכונות הפיזיקליות האופייניות שעומדות בבסיס השימוש בחומרים אלו על ידי בני אדם.
קודם כל, חשבו על מתכות כיסודות כימיים של המערכת המחזורית. בו, הם ממוקמים באופן חופשי למדי, תופסים 95 תאים מתוך 115 ידועים עד כה. ישנם מספר מאפיינים של מיקומם באופן כללימערכת:
- הם מהווים את תת-הקבוצות העיקריות של קבוצות I ו-II, כמו גם III, החל מאלומיניום.
- כל תת-הקבוצות המשניות מורכבות ממתכות בלבד.
- הם ממוקמים מתחת לאלכסון המותנה מבורון לאסטטין.
בהתבסס על נתונים כאלה, קל לראות שלא-מתכות נאספות בחלק הימני העליון של המערכת, ושאר החלל שייך לאלמנטים שאנו שוקלים.
לכולם יש כמה תכונות של המבנה האלקטרוני של האטום:
- רדיוס אטומי גדול, כתוצאה מכך הקשר בין האלקטרון החיצוני לגרעין נחלש, ולכן מתכות נותנות אותו בקלות, ופועלות כחומרים מפחיתים.
- מספר קטן של אלקטרונים בשכבת האנרגיה החיצונית.
- בקבוצה מלמעלה למטה, התכונות המתכתיות של היסודות מתגברות, ולאורך התקופה משמאל לימין, להיפך, הן נחלשות. אז, הלא-מתכת החזקה ביותר היא פלואור, והחלשה ביותר היא פרנציום.
המאפיינים הכלליים של מתכות ולא-מתכות מאפשרים לנו לזהות תבניות במבנה שלהן. לפיכך, סריג הקריסטל של הראשון הוא מתכתי, מיוחד. הצמתים שלו מכילים כמה סוגים של חלקיקים בו-זמנית:
- ions;
- atoms;
- electrons.
ענן נפוץ מצטבר בתוכו, הנקרא גז אלקטרונים, מה שמסביר את כל התכונות הפיזיקליות של החומרים הללו. סוג הקשר הכימי במתכות באותו שם איתן.
נכסים פיזיים
ישנם מספר פרמטרים המאחדים את כל המתכות. מאפיינים כלליים של הפיזי שלהםנכסים נראים כך.
- ברק מתכת. לכל הנציגים של קבוצת חומרים זו יש את זה. יחד עם זאת, רובו מחזיר אור באורך גל אחד, ולכן הוא פולט צבע לבן-כסף רך. אבל לחלקם (זהב, נחושת, סגסוגות רבות) יש ברק צהוב.
- גמישות ופלסטיות. פרמטר זה טבוע גם במתכות. המאפיין הכללי על בסיס זה, עם זאת, אינו מדויק לחלוטין, שכן בין הנציגים יש רכים מאוד, גמישים וגמישים, וישנם שבריריים למדי המעובדים במכונה. הגמישים והרקיעים ביותר הם זהב, כסף, נחושת, אלומיניום ואחרים. פחות גמיש - פח, עופרת, מנגן ואחרים.
- מוליכות חשמלית ותרמית. זה מוחזק על ידי כל הנציגים ללא יוצא מן הכלל. מתכות הן מוליכות מהסוג הראשון.
- נקודות התכה ורתיחה גבוהות. על בסיס זה, הם מחולקים לחומר עקשן (טמפרטורה מעל 1500 מעלות), מתיך - מתחת לנתון שצוין.
- מתכות קלות וכבדות בהתאם לצפיפותן. הוא קטן יותר, משקלו האטומי של היסוד קטן יותר. הקל ביותר הוא ליתיום, והכבד ביותר הוא אוסמיום.
- קשיות. בעל השיא של מחוון זה הוא כרום, והרך ביותר הוא צסיום, הוא נמס בידיים.
הפרמטרים המפורטים - זה המאפיין הכללי של מתכות, כלומר כל מה שמאחד אותן למשפחה אחת גדולה. עם זאת, צריך להבין שיש חריגים לכל כלל. יתר על כן, יש יותר מדי אלמנטים מהסוג הזה. לכן, בתוך המשפחה עצמה,ישנן חלוקות לקבוצות שונות, אותן נשקול להלן ועבורן נציין את המאפיינים האופייניים.
מאפיינים כימיים
מנקודת המבט של מדע הכימיה, כל המתכות הן חומרי הפחתה. וכן, חזק מאוד. ככל שפחות אלקטרונים במפלס החיצוני וככל שהרדיוס האטומי גדול יותר, כך המתכת חזקה יותר לפי הפרמטר שצוין.
כתוצאה מכך, מתכות מסוגלות להגיב עם:
- לא מתכות;
- מים;
- acids;
- עם אלקליות (מתכות אמפוטריות);
- oxides;
- מלחים של מתכות חלשות יותר.
זו רק סקירה כללית של תכונות כימיות. אחרי הכל, עבור כל קבוצת אלמנטים הם אינדיבידואליים בלבד.
מתכות אדמה אלקליות
המאפיינים הכלליים של מתכות אדמה אלקליות הם כדלקמן:
- יש שני אלקטרונים ברמה החיצונית.
- הם מהווים את הקבוצה השנייה של תת-הקבוצה הראשית של המערכת המחזורית, מלבד בריליום.
- בתנאים רגילים, אלו הם מוצקים שלא ניתן לחתוך בסכין.
- הצבע של מתכות פשוטות הוא אפור-כסף, מכוסה בסרט תחמוצת באוויר.
- הפעילות הכימית שלהם גבוהה, היא עולה ממגנזיום לרדיום.
- נפוץ בטבע, במיוחד סידן. בצורה פשוטה, הם לא נמצאים עקב פעילות גבוהה, אבל הם יוצרים הרבה תרכובות שונות שחשובות לבני אדם.
- חשוב מבחינה ביולוגית. סידן ומגנזיום הם יסודות קורט חשובים של גוף האדם וחיות. מגנזיום הוא גם חלק מכלורופיל צמחי.
לכן, מתכות אדמה אלקליין הן יסודות נפוצים במשפחת ה-s, מפגינות פעילות כימית גבוהה והן חומרי הפחתה חזקים ומשתתפות חשובות בתהליכים ביולוגיים בגוף.
מתכות אלקליות
המאפיין הכללי של מתכות אלקליות מתחיל בשמם. הם קיבלו את זה בגלל היכולת להתמוסס במים, ליצור אלקליות - הידרוקסידים קאוסטיים. התגובות עם מים הן אלימות מאוד, לפעמים דליקות. חומרים אלו אינם מצויים בצורה חופשית בטבע, מאחר ופעילותם הכימית גבוהה מדי. הם מגיבים עם אוויר, אדי מים, לא-מתכות, חומצות, תחמוצות ומלחים, כמעט הכל.
זה נובע מהמבנה האלקטרוני שלהם. ברמה החיצונית, יש רק אלקטרון אחד, שאותו הם מוסרים בקלות. אלו הם החומרים המצמצמים החזקים ביותר, וזו הסיבה שלקח די הרבה זמן להשיג אותם בצורתם הטהורה. זה נעשה לראשונה על ידי האמפרי דייווי כבר במאה ה-18 על ידי אלקטרוליזה של נתרן הידרוקסיד. כעת כל נציגי הקבוצה הזו ממוקמים בשיטה זו.
המאפיין הכללי של מתכות אלקליות טמון בעובדה שהן מהוות את הקבוצה הראשונה של תת-הקבוצה הראשית של המערכת המחזורית. כולם הם יסודות חשובים היוצרים תרכובות טבעיות יקרות ערך רבות המשמשות את האדם.
מאפיינים כלליים של מתכות ממשפחות d-ו-f
קבוצת האלמנטים הזו כוללת את כל אלהשהחמצון שלו עשוי להשתנות. המשמעות היא שבהתאם לתנאים, המתכת יכולה לשמש גם כחומר מחמצן וגם כחומר מצמצם. לאלמנטים כאלה יש יכולת גדולה להיכנס לתגובות. ביניהם, מספר רב של חומרים אמפוטריים.
השם המשותף לכל האטומים הללו הוא יסודות מעבר. הם קיבלו אותו על כך שמבחינת התכונות שלהם, הם באמת עומדים, כביכול, באמצע, בין מתכות טיפוסיות של משפחת s ללא מתכות של משפחת p.
המאפיין הכללי של מתכות מעבר מרמז על ייעודן של תכונות דומות שלהן. הם כדלקמן:
- מספר רב של אלקטרונים במפלס החיצוני;
- רדיוס אטומי גדול;
- מספר מצבי חמצון (מ-+3 ל-+7);
- אלקטרונים ערכיים נמצאים ברמת המשנה d- או f;
- מהווים 4-6 פרקים גדולים של המערכת.
כחומרים פשוטים, המתכות של קבוצה זו הן חזקות מאוד, רקיעות וניתנות לגימור, ולכן יש להן חשיבות תעשייתית רבה.
תת-קבוצות צדדיות של המערכת המחזורית
המאפיינים הכלליים של המתכות של תת-הקבוצות המשניות תואמות לחלוטין לאלו של המעבר. וזה לא מפתיע, כי למעשה, זה בדיוק אותו דבר. רק שתת הקבוצות הצדדיות של המערכת נוצרות בדיוק על ידי נציגים של משפחות d-ו-f, כלומר מתכות מעבר. לכן, אנו יכולים לומר שהמושגים הללו הם מילים נרדפות.
הפעילים והחשובים שבהם הם השורה הראשונה של 10 נציגים מסקנדיום ועד אבץ. לכולם חשיבות תעשייתית רבה ולעתים קרובותמשמש את האדם, במיוחד להתכה.
סגסוגות
המאפיינים הכלליים של מתכות וסגסוגות מאפשרים לנו להבין היכן וכיצד ניתן להשתמש בחומרים אלו. תרכובות כאלה עברו תמורות גדולות בעשורים האחרונים, כי יותר ויותר תוספים חדשים מתגלים ומסונתזים כדי לשפר את איכותם.
הסגסוגות המפורסמות ביותר כיום הן:
- brass;
- duralumin;
- ברזל יצוק;
- steel;
- ברונזה;
- לנצח;
- nichrome ואחרים.
מהי סגסוגת? זוהי תערובת של מתכות המתקבלת על ידי התכת האחרון במכשירי כבשן מיוחדים. זה נעשה על מנת להשיג מוצר בעל תכונות עדיפות על החומרים הטהורים היוצרים אותו.
השוואת המאפיינים של מתכות ולא-מתכות
אם אנחנו מדברים על תכונות כלליות, אז המאפיינים של מתכות ושל לא-מתכות יהיו שונות בנקודה אחת מאוד משמעותית: עבור האחרונים, לא ניתן להבחין בתכונות דומות, שכן הן שונות מאוד בתכונות הפיזיקליות והכימיות שלהן.
לכן, אי אפשר ליצור מאפיין כזה לא-מתכות. אפשר רק לשקול בנפרד את נציגי כל קבוצה ולתאר את נכסיהם.
