Как определить у какого элемента металлические свойства выражены ярче

Периодическая таблица Дмитрия Ивановича Менделеева очень удобна и универсальна в своём использовании. По ней можно определить некоторые характеристики элементов, и что самое удивительное, предсказать некоторые свойства ещё неоткрытых, не обнаруженных учёными, химических элементов (например, мы знаем некоторые свойства предполагаемого унбигексия, хотя его ещё не открыли и не синтезировали).

Что такое металлические и неметаллические свойства

Эти свойства зависят от способности элемента отдавать или притягивать к себе электроны. Важно запомнить одно правило, металлы – отдают электроны, а неметаллы – принимают. Соответственно металлические свойства – это способность определённого химического элемента отдавать свои электроны (с внешнего электронного облака) другому химическому элементу. Для неметаллов всё в точности наоборот. Чем легче неметалл принимает электроны, тем выше его неметаллические свойства.

Металлы никогда не примут электроны другого химического элемента. Такое характерно для следующих элементов;

• натрия;
• калия;
• лития;
• франция и так далее.

С неметаллами дела обстоят похожим образом. Фтор больше всех остальных неметаллов проявляет свои свойства, он может только притянуть к себе частицы другого элемента, но ни при каких условиях не отдаст свои. Он обладает наибольшими неметаллическими свойствами. Кислород (по своим характеристикам) идёт сразу же после фтора. Кислород может образовывать соединение с фтором, отдавая свои электроны, но у других элементов он забирает отрицательные частицы.

Список неметаллов с наиболее выраженными характеристиками:

1. фтор;
2. кислород;
3. азот;
4. хлор;
5. бром.

Неметаллические и металлические свойства объясняются тем, что все химические вещества стремятся завершить свой энергетический уровень. Для этого на последнем электронном уровне должно быть 8 электронов. У атома фтора на последней электронной оболочке 7 электронов, стремясь завершить ее, он притягивает ещё один электрон. У атома натрия на внешней оболочке один электрон, чтобы получить 8, ему проще отдать 1, и на последнем уровне окажется 8 отрицательно заряженных частиц.

Благородные газы не взаимодействуют с другими веществами именно из-за того, что у них завершён энергетический уровень, им не нужно ни притягивать, ни отдавать электроны.

Как изменяются металлические свойства в периодической системе

Периодическая таблица Менделеева состоит из групп и периодов. Периоды располагаются по горизонтали таким образом, что первый период включает в себя: литий, бериллий, бор, углерод, азот, кислород и так далее. Химические элементы располагаются строго по увеличению порядкового номера.

Группы располагаются по вертикали таким образом, что первая группа включает в себя: литий, натрий, калий, медь, рубидий, серебро и так далее. Номер группы указывает на количество отрицательных частиц на внешнем уровне определённого химического элемента. В то время, как номер периода указывает на количество электронных облаков.

Металлические свойства усиливаются в ряду справа налево или, по-другому, ослабевают в периоде. То есть магний обладает большими металлическими свойствами, чем алюминий, но меньшими, нежели натрий. Это происходит потому, что в периоде количество электронов на внешней оболочке увеличивается, следовательно, химическому элементу сложнее отдавать свои электроны.

В группе все наоборот, металлические свойства усиливаются в ряду сверху вниз. Например, калий проявляется сильнее, чем медь, но слабее, нежели натрий. Объяснение этому очень простое, в группе увеличивается количество электронных оболочек, а чем дальше электрон находится от ядра, тем проще элементу его отдать. Сила притяжения между ядром атома и электроном в первой оболочке больше, чем между ядром и электроном в 4 оболочке.

Сравним два элемента – кальций и барий. Барий в периодической системе стоит ниже, чем кальций. А это значит, что электроны с внешней оболочки кальция расположены ближе к ядру, следовательно, они лучше притягиваются, чем у бария.

Сложнее сравнивать элементы, которые находятся в разных группах и периодах. Возьмём, к примеру, кальций и рубидий. Рубидий будет лучше отдавать отрицательные частицы, чем кальций. Так как он стоит ниже и левее. Но пользуясь только таблицей Менделеева нельзя однозначно ответить на этот вопрос сравнивая магний и скандий (так как один элемент ниже и правее, а другой выше и левее). Для сравнения этих элементов понадобятся специальные таблицы (например, электрохимический ряд напряжений металлов).

Как изменяются неметаллические свойства в периодической системе

Неметаллические свойства в периодической системе Менделеева изменяются с точностью до наоборот, нежели металлические. По сути, эти два признака являются антагонистами.

Неметаллические свойства усиливаются в периоде (в ряду справа налево). Например, сера способна меньше притягивать к себе электроны, чем хлор, но больше, нежели фосфор. Объяснение этому явлению такое же. Количество отрицательно заряженных частиц на внешнем слое увеличивается, и поэтому элементу легче закончить свой энергетический уровень.

Неметаллические свойства уменьшаются в ряду сверху вниз (в группе). Например, фосфор способен отдавать отрицательно заряженные частицы больше, чем азот, но при этом способен лучше притягивать, нежели мышьяк. Частицы фосфора притягиваются к ядру лучше, чем частицы мышьяка, что даёт ему преимущество окислителя в реакциях на понижение и повышение степени окисления (окислительно-восстановительные реакции).

Сравним, к примеру, серу и мышьяк. Сера находится выше и правее, а это значит, что ей легче завершить свой энергетический уровень. Как и металлы, неметаллы сложно сравнивать, если они находятся в разных группах и периодах. Например, хлор и кислород. Один из этих элементов выше и левее, а другой ниже и правее. Для ответа придётся обратиться к таблице электроотрицательности неметаллов, из которой мы видим, что кислород легче притягивает к себе отрицательные частицы, нежели хлор.

Периодическая таблица Менделеева помогает узнать не только количество протонов в атоме, атомную массу и порядковый номер, но и помогает определить свойства элементов.

Видео

Видео поможет вам разобраться в закономерности свойств химических элементов и их соединений по периодам и группам.

Âñå ïðîñòûå âåùåñòâà ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìû Ä.È. Ìåíäåëååâà ïîäðàçäåëÿþòñÿ íà òðè êëàññà: ýëåìåíòû ñ ìåòàëëè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè (ìåòàëëû), ýëåìåíòû ñ íåìåòàëëè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè (íåìåòàëëû) è ïîëóìåòàëëû.

Ôèçè÷åñêèå è õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà ïðîñòûõ âåùåñòâ, ïðèíàäëåæàùèõ ê ðàçëè÷íûì êëàññàì, ñèëüíî ðàçëè÷àþòñÿ ìåæäó ñîáîé, ÷òî îáóñëàâëèâàåò ðàçëè÷íûå îáëàñòè èõ ïðèìåíåíèÿ â ïðîìûøëåííîñòè è ñïîñîáû äîáû÷è.

Êîðîòêî îñòàíîâèìñÿ íà ìåòàëëàõ: èõ ìåòàëëè÷åñêèõ ñâîéñòâàõ, îñíîâíûõ ñïîñîáàõ äîáû÷è è îáðàáîòêè.

Ñâîéñòâà ìåòàëëè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ

Ñ ôèçèêî-õèìè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ, îñíîâíîå ñâîéñòâî ìåòàëëîâ çàêëþ÷àåòñÿ â ëåãêîñòè îòðûâà èõ âíåøíåãî ýëåêòðîíà îò àòîìà, äðóãèìè ñëîâàìè – ëåãêîñòü èîíèçàöèè àòîìà ìåòàëëà ïî óðàâíåíèþ:

Me=Me++ e-

Îáëàäàÿ äàííûì ñâîéñòâîì, ìåòàëëû â òâåðäîì ñîñòîÿíèè ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé êðèñòàëëè÷åñêóþ ðåøåòêó, â óçëàõ êîòîðîé íàõîäÿòñÿ èîíû ìåòàëëîâ, à ìåæäó íèìè ñâîáîäíî äâèãàþòñÿ äåëîêàëèçîâàííûå ýëåêòðîíû, îáðàçóþùèå òàê íàçûâàåìûé ýëåêòðîííûé ãàç. Òàêîé òèï õèìè÷åñêîé ñâÿçè íàçûâàåòñÿ ìåòàëëè÷åñêîé ñâÿçüþ.

Èìåííî ìåòàëëè÷åñêàÿ ñâÿçü ïðèäàåò ýëåìåíòàì îñíîâíûå ìåòàëëè÷åñêèå ñâîéñòâà: âûñîêóþ ýëåêòðè÷åñêóþ ïðîâîäèìîñòü, òåïëîïðîâîäíîñòü, ïëàñòè÷íîñòü, êîâêîñòü, ìåòàëëè÷åñêèé áëåñê.

Ýëåìåíòû ñ íàèáîëåå ÿðêî âûðàæåííûìè ìåòàëëè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè

Íàèáîëåå ÿðêî ìåòàëëè÷åñêèå ñâîéñòâà âûðàæåíû ó ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), ÷òî îáóñëîâëåíî íèçêèì çíà÷åíèåì ýíåðãèé èîíèçàöèè èõ àòîìîâ. Ýòî î÷åíü ìÿãêèå ìåòàëëû (ìîæíî ðåçàòü íîæîì), îáëàäàþùèå ÷ðåçâû÷àéíî âûñîêîé õèìè÷åñêîé àêòèâíîñòüþ.

Óæå ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå ìÿãêèå ìåòàëëû áûñòðî îêèñëÿþòñÿ êèñëîðîäîì âîçäóõà, ïîýòîìó èõ õðàíÿò ïîä ñëîåì êåðîñèíà. Ïîä âîäîé ùåëî÷íûå ìåòàëëû õðàíèòü íåëüçÿ.

Ñîåäèíåíèå ýëåìåíòîâ ñ âîäîé ïðèâîäèò ê âçðûâó. Ðåàêöèÿ ïðîòåêàåò ñ âûäåëåíèåì âîäîðîäà ïî óðàâíåíèþ:

2Na+2H2O=2NaOH+H2

Ïîñêîëüêó âîäîðîä îáðàçóåò ñ âîçäóõîì âçðûâîîïàñíûå ñìåñè, à ðåàêöèÿ ñîïðîâîæäàåòñÿ âûäåëåíèåì áîëüøîãî êîëè÷åñòâà òåïëà, êàê ïðàâèëî, ïðîèñõîäèò âçðûâ.

Äîáû÷à ìåòàëëè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ

Ìíîãèå ìåòàëëû ñóùåñòâóþò â ïðèðîäíûõ óñëîâèÿõ â âèäå ñîåäèíåíèÿ ñ äðóãèìè õèìè÷åñêèìè ýëåìåíòàìè.  ñàìîðîäíîì âèäå, òî åñòü, êàê ïðîñòîå âåùåñòâî, â ïðèðîäå â îñíîâíîì âñòðå÷àþòñÿ òîëüêî çîëîòî (Au) è ïëàòèíà (Pt). Èíîãäà, íî ðåäêî è òîëüêî ÷àñòè÷íî, âñòðå÷àþòñÿ ñàìîðîäíîå ñåðåáðî (Ag), ìåäü (Cu), ðòóòü (Hg), îëîâî (Sn) è íåñêîëüêî äðóãèõ ìåòàëëîâ.

Ïîäàâëÿþùåå áîëüøèíñòâî ìåòàëëîâ äîáûâàþò èç ðóäû. Ñïîñîá äîáû÷è çàâèñèò îò õèìè÷åñêèõ ñâîéñòâ ìåòàëëà.

Îñíîâíûìè ìåòîäàìè ïðîìûøëåííîãî ïîëó÷åíèÿ ìåòàëëîâ èç ðóäû ÿâëÿþòñÿ âîññòàíîâëåíèå èõ ñîåäèíåíèé (íàïðèìåð, óãëåì, ìîíîîêñèäîì óãëåðîäà èëè àëþìèíèåì) è ýëåêòðîëèç.

Òàê, æåëåçî ìîæåò áûòü ïîëó÷åíî ïóòåì âîññòàíîâëåíèÿ ðóäû ïî îäíîìó èç äâóõ óðàâíåíèé:

Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2

Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3

Ìåòàëëè÷åñêàÿ ìåäü ìîæåò áûòü ïîëó÷åíà ïðè ýëåêòðîëèçå âîäíîãî ðàñòâîðà äèõëîðèäà (CuCl2) ïî óðàâíåíèþ:

Cu2++2e-=Cu

Ðàçðóøåíèå ìåòàëëè÷åñêèõ è æåëåçîáåòîííûõ ýëåìåíòîâ è êîíñòðóêöèé

Ìåòàëëû è ñïëàâû, èñïîëüçóåìûå â ñòðîèòåëüñòâå, ðàçðóøàþòñÿ ïîä âîçäåéñòâèåì ðàçëè÷íûõ ïðîöåññîâ êîððîçèè:

• àòìîñôåðíîé;
• ýëåêòðîõèìè÷åñêîé;
• ãàçîâîé;
• êîððîçèÿ â äðóãèõ àãðåññèâíûõ ñðåäàõ.

Íàëè÷èå çàùèòíîãî ñëîÿ óâåëè÷èâàåò ñðîê ñëóæáû ìåòàëëîêîíñòðóêöèé, íî ïðîöåññ êîððîçèè ïîëíîñòüþ íå îñòàíàâëèâàåòñÿ.

Îäíîé èç ïðè÷èí ðàçðóøåíèÿ æåëåçîáåòîííûõ êîíñòðóêöèé ÿâëÿåòñÿ êîððîçèÿ àðìàòóðû.

Ðàçðóøåíèå ñòàëüíûõ è æåëåçîáåòîííûõ êîíñòðóêöèé óñêîðÿåòñÿ ïîä íàãðóçêîé, ïðè ðåçêèõ êîëåáàíèÿõ òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû, è îñîáåííî ïðè ñîâìåñòíîì äåéñòâèè ýòèõ ôàêòîðîâ. Óâåëè÷åíèå óñòîé÷èâîñòè ìåòàëëîêîíñòðóêöèé ê ïðîöåññàì êîððîçèè ÿâëÿåòñÿ âàæíåéøåé çàäà÷åé ñîâðåìåííîãî ìàòåðèàëîâåäåíèÿ.

Áîëüøå îá îáðàáîòêå ìåòàëëè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ íà âûñòàâêå

Ìåòàëëû è ñïëàâû ïîäâåðãàþòñÿ ðàçíûì âèäàì îáðàáîòêè òàêèõ, êàê:

• äàâëåíèå (êîâêà);
• ðåçàíèå;
• ëèòüå;
• òåðìè÷åñêîå âîçäåéñòâèå;
• ñâàðêà;
• ýëåêòðîèñêðîâûå è ýëåêòðîõèìè÷åñêèå ìåòîäû;
• âîçäåéñòâèå óëüòðàçâóêà.

Òåõíîëîãèÿ îáðàáîòêè ìåòàëëîâ è ñïëàâîâ ïîñòîÿííî ðàçâèâàåòñÿ. Ýòà îòðàñëü ïðîìûøëåííîñòè îòíîñèòñÿ ê íàóêîåìêîé ñôåðå, ãäå ïîñòîÿííî ïðîèñõîäÿò èçìåíåíèÿ.

Ïîñåùåíèå ñïåöèàëèçèðîâàííîé âûñòàâêè «Ìåòàëëîîáðàáîòêà»
– îäèí èç ëó÷øèõ ñïîñîáîâ íàõîäèòüñÿ â êóðñå ïîñëåäíèõ äîñòèæåíèé. Ýêñïîçèöèè ïðåäïðèÿòèé ñî âñåãî ìèðà äàþò âîçìîæíîñòü îçíàêîìèòüñÿ ñ ãëàâíûìè òåíäåíöèÿìè ðàçâèòèÿ îòðàñëè è óâèäåòü òåõíîëîãèè ñîâðåìåííîé îáðàáîòêè ìåòàëëè÷åñêèõ èçäåëèé.

×èòàéòå äðóãèå íàøè ñòàòüè:

Îãíåçàùèòà ìåòàëëè÷åñêèõ êîíñòðóêöèé
Äîðîæíîå ìåòàëëè÷åñêîå îãðàæäåíèå
Îêðàñêà è ïîêðàñêà ìåòàëëè÷åñêèõ èçäåëèé

В настоящий момент науке известно сто пять химических элементов, систематизированных в виде периодической таблицы. Подавляющее большинство из них причисляют к металлам, что подразумевает наличие у этих элементов особых качеств. Это так называемые металлические свойства. К таким характеристикам, в первую очередь, относятся пластичность, повышенная тепло- и электропроводимость, способность к образованию сплавов, низкое значение потенциала ионизации. 

Металлические свойства того или иного элемента обусловлены способностью его атомов при возникновении взаимодействия с атомными структурами других элементов смещать в их направлении электронные облака или же «отдавать» им свои свободные электроны. Самыми активными металлами являются те, что имеют низкую энергию ионизации и электроотрицательность. Также ярко выраженные металлические свойства характерны для элементов, имеющих максимально большой радиус атома и предельно малое число внешних (валентных) электронов.

По мере наполнения валентной орбиты количество электронов во внешнем слое атомной структуры возрастает, и радиус, соответственно, уменьшается. В связи с этим атомы начинают стремиться к присоединению свободных электронов, а не к их отдаче. Металлические свойства таких элементов приобретают тенденцию к уменьшению, а их неметаллические свойства – к увеличению. И, наоборот, при увеличении атомного радиуса отмечается усиление металлических свойств. Поэтому характерной общей чертой всех металлов являются, так называемые, восстановительные качества – та самая способность атома отдавать свободные электроны.

Наиболее ярко металлические свойства элементов проявляются у веществ первой, второй групп главных подгрупп периодической таблицы, а также у щелочных и щелочноземельных металлов. Но самые сильные восстановительные качества наблюдаются у франция, а в водной среде – у лития благодаря более высокому показателю энергии гидратации.

Количество элементов, у которых проявляются металлические свойства, в пределах периода возрастает с увеличением номера периода. В периодической таблице металлы от неметаллов отделены диагональной линией, которая тянется от бора к астату. По этой разделительной черте расположены элементы, у которых в равной степени проявляются и те, и другие качества. К таким веществам относятся кремний, мышьяк, бор, германий, астат, сурьма и теллур. Данная группа элементов называется металлоидами.

Каждый период характеризуется наличием своеобразной «пограничной зоны», в которой располагаются элементы с двойственными качествами. Следовательно, переход от ярко выраженного металла к типичному неметаллу осуществляется постепенно, что и нашло отражение в периодической таблице.

Общие свойства металлических элементов (высокая электропроводимость, теплопроводность, ковкость, характерный блеск, пластичность и др.) обусловлены схожестью их внутреннего строения, а точнее – наличием кристаллической решетки. Однако существует немало качеств (плотность, твердость, температура плавления), которые придают всем металлам сугубо индивидуальные физико-химические свойства. Эти характеристики зависят от строения кристаллической решетки каждого конкретного элемента.