По каким физическим свойствам металлы отличаются друг от друга

В повседневной жизни человек взаимодействует с множеством веществ. Все элементы можно классифицировать по физическим и химическим качествам. В статье рассмотрим, чем отличаются металлы от неметаллов, их свойства и понятие.

Определение металла и его свойства

Каждый день мы имеем дело с металлами и это неспроста. Большинство элементов таблицы Менделеева являются ими. Все они имеют свои характеристики и свойства.

Как правило, металлы — это такие элементы, которые хорошо проводят тепло и электричество. Также металлы очень пластичны, что позволяет изменять их форму путем ковки, еще они имеют высокий коэффициент твердости. Отличительной особенностью этого элемента является блеск, который называется металлическим. Свойства металла делятся на две основные фракции, такие как:

• Физические свойства.
• Химические свойства.

Чем металлы отличаются от металлов по физическим характеристикам? К физическим свойствам относится:

• Цвет. Металлы, как правило, имеют плотную структуру, которая не пропускает сквозь себя свет. А их цвет определяется отражением света от его поверхности. Так, металлы в большинстве случаев имеют расцветку от серого до серебристого. Но есть и исключения, как, например, медь, которая имеет красный цвет, и золото, имеющее желтый окрас.
• Состояние формы, твердость и плотность. Сами по себе металлы имеют твердое агрегатное состояние, но способны переходить в жидкое при высоких температурах. Так, металлы плавятся при температуре от 40 до 3400 градусов по Цельсию. Но встречаются металлы, чье основное агрегатное состояние — жидкое. К таким элементам относят ртуть.
• Электропроводимость. Особенностью является ее снижение при повышении температуры вещества.
• Теплопроводность и температура кипения/плавления.

Чем металлы отличаются от металлов по химическим свойствам? В этой группе выделяют:

• Окисляемость. Также металлы окисляются, и оксидная пленка на поверхности может придать им другой оттенок.
• Вступление в реакцию с неметаллами, кислотами, водой, солями.

  

Чем металлы отличаются друг от друга

Многие не знают, чем металлы отличаются от металлов. Их различия можно классифицировать:

• Металлы между собой отличаются по цвету, как, например, золото и медь.
• Также металлы плавятся при разных температурах. Некоторые металлы, например, олово и свинец, можно расплавить в домашних условиях, а вот для остальных нужна более высокая температура.
• Между собой металлы делятся на две группы: тяжелые и легкие. К тяжелым металлам относятся те, чья плотность составляет от 5 г/см3, легкие металлы имеют плотность меньше 5 г/см3. К легким металлам относится литий, который имеет плотность 0.2 г/см3, место самого тяжелого металла делят между собой осмий и иридий. Их плотность составляет 22.6 г/см3.
• Металлы отличаются друг от друга пластичностью и электропроводность. Некоторые из них очень пластичны. К примеру, из всего лишь 1 грамма золота можно сделать тонкую проволоку в 3.5 километра. Она будет гибкой и не сломается. Повторить такое с менее пластичным металлом не получится.
• Также часть металлов проводит ток лучше, чем другие. Самыми электропроводными металлами признаны медь, серебро и алюминий. Их наиболее часто применяют в качестве проводящих элементов.

Чем неметаллы отличаются от металлов

Неметаллами принято называть элементы, которые имеют неметаллические свойства. Чем отличаются металлы от неметаллов? Рассмотрим подробнее:

• Форма. Так неметаллы имеют три агрегатных состояния: жидкое, твердое и газообразное.
• Электропроводимость. Неметаллы не проводят ток как металлы, имеют более низкую теплопроводность.
• Зрительные отличия. Металл легко отличить визуально от неметалла, так как первый имеет металлический блеск. К неметаллам относятся такие элементы как бром, сера и водород.
• Химическое строение. Также легко отличить их и по строению. Металлы имеют четкую кристаллическую решетку. У неметаллов строение ионное.
• Вступление в реакции. Неметаллы имеют большее число незанятых электронов, находящихся на внешних уровнях. Именно это позволяет им иметь высокую окислительную способность по сравнению с металлами.

  

Чем дерево похоже на металл и в чем их отличия

Дерево — это растительное сырье. Металл же это результат природного химического соединения. Чем отличается дерево от металла:

• Древесина не проводит электричество и возгорается при довольно низкой температуре по сравнению с металлами.
• Древесина не плавится при воздействии высоких температур.
• Также дерево плохо проводит тепло, в отличие от металлов.
• Древесина упругая, но не гибкая. Металлы же имеют более низкий коэффициент упругости, но они более пластичны. Так сложить пополам проволоку и не сломать ее можно легко, древесина при таком воздействии сломается пополам.
• Также отличительной чертой древесины от металла является то, что она не покрывается коррозией. Есть породы дерева, которые могут долгое время находиться в воде и не гнить. Металлы же при таких условиях покрываются ржавчиной.
• Плотность древесины достаточно низкая по сравнению с металлами. Хотя некоторые металлы имеют плотность ниже дерева, они относятся к легким металлам.

  

Чем отличаются полупроводники от металлов

Полупроводниками называются неметаллы, которые имеют некоторые металлические свойства. Металлы и полупроводники имеют схожесть в том, что и те, и другие способны проводить ток.

Но полупроводники имеют отличительную особенность, которая заключается в том, что их электропроводность может возрастать в несколько раз в зависимости от внешних факторов. Таким образом, полупроводник проводит ток лучше при повышении температуры. У металлов электропроводность с повышением температуры уменьшается. Также на электропроводность может повлиять наличие посторонних примесей. Так, в металлах примеси понижают электропроводность, а в полупроводниках повышают.

Полупроводники в отличие от металлов могут обладать позитивной и негативной электропроводимостью. Сами по себе полупроводники по способности пропускать сквозь себя ток стоят между металлом и элементами, которые не проводят ток совсем.

Отличие металла от стали

Ошибочно считать, что металл и сталь — это совершенно разные элементы. На самом деле сталь — это тоже металл. Чем отличается металл от стали?

Дело в том, что металлами называют целую группу элементов, которые имеют металлические свойства. В эту группу входит и железо. Сталь не что иное, как сплав железа с элементами, входящими в группу металлов.

Чаще всего в состав стали помимо железа входят такие элементы таблицы Менделеева как молибден, хром и ванадий. Также в состав стали входит и углерод. С помощью него повышают прочность железа.

Таким образом, варьируя количеством углерода в сплаве можно получить очень прочный материал. Но чем прочнее сталь, тем больше она становится хрупкой. Так, при длительной динамической нагрузке сталь легко ломается. Добавление других примесей к ней помогает добиться устойчивости к каким-либо воздействиям.

Итак, в статье было рассмотрено, чем металлы отличаются от металлов и неметаллов. Характеристики всех элементов можно сравнивать по химическим и физическим свойствам. Ежедневно человек пользуется такими элементами и создает новые вещества для улучшения качества жизни.

Общие физические свойства мекталлов:

1) Пластичность — способность изменять форму при ударе, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы. В ряду — Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe уменьшается.
2) Блеск, обычно серый цвет и непрозрачность. Это связано со взаимодействием свободных электронов с падающими на металл квантами света.
3) Электропроводность. Объясняется направленным движением свободных электронов от отрицательного полюса к положительному под влиянием небольшой разности потенциалов. В ряду — Ag, Cu, Al, Fe уменьшается. При нагревании электропроводность уменьшается, т. к. с повышением температуры усиливаются колебания атомов и ионов в узлах кристаллической решетки, что затрудняет направленное движение «электронного газа».
4) Теплопроводность. Закономерность та же. Обусловлена высокой подвижностью свободных электронов и колебательным движением атомов, благодаря чему происходит быстрое выравнивание температуры по массе металла. Наибольшая теплопроводность — у висмута и ртути.
5) Твердость. Самый твердый – хром (режет стекло) ; самые мягкие – щелочные металлы – калий, натрий, рубидий и цезий – режутся ножом.
6) Плотность. Она тем меньше, чем меньше атомная масса металла и чем больше радиус его атома (самый легкий — литий (r=0,53 г/см3); самый тяжелый – осмий (r=22,6 г/см3).
Металлы, имеющие r < 5 г/см3 считаются «легкими металлами».
7) Температуры плавления и кипения. Самый легкоплавкий металл – ртуть (т. пл. = -39°C), самый тугоплавкий металл – вольфрам (t°пл. = 3390°C).
Металлы с t°пл. выше 1000°C считаются тугоплавкими, ниже – низкоплавкими.

Все металлы являются восстановителями. Для металлов главных подгрупп восстановительная активность (способность отдавать электроны) возрастает сверху вниз и справа налево. Например, Натрий и кальций вытесняют водород из воды уже при обычных условиях:

Ca + 2H2O  Ca(OH)2 + H2¬ ; 2Na + 2H2O  2NaOH + H20

А магний при повышении температуры:

Mg + H2O –t MgO + H2

Восстановительная способность и химическая активность элементов побочных подгрупп увеличивается снизу вверх по группе (например, серебро на воздухе окисляется, а золото нет; медь вытесняет серебро из его соли) :

Cu + 2AgNO3 → 2Ag ↓ + Cu(NO3)2
Cu0 -2 ē → Cu+2 1 О. О. В.
Ag+ + ē → Ag0 2 В. В. О.

Высшая положительная степень окисления для металлов главных подгрупп в их соединениях равна номеру группы (например, NaCl, MgCl2, AlCl3, SnCl4), а для металлов побочных подгрупп в их кислородосодержащих соединениях также часто совпадает с номером группы (например, ZnO, TiO2, V2O5, CrO3, KMnO4).
Свойства оксидов металлов слева направо по периоду и снизу вверх по группе изменяются от основных к амфотерным для металлов главных подгрупп (Na2O и MgO – основные оксиды, Al2O3 и BeO – амфотерные) . Для металлов побочных подгрупп свойства оксидов, в которых металлы проявляют свою высшую степень окисления, изменяются от основных через амфотерные к кислотным ( CuO — основной, ZnO — амфотерный, CrO3 — кислотный) .
Сила оснований, образуемых металлами главных подгрупп увеличивается справа налево по периоду и сверху вниз по группе ( Be(OH)2 и Al(OH)3– амфотерные гидроксиды, Mg(OH)2 — слабое основание, NaOHи – Ca(OH)2 сильные основания) . Гидраты оксидов металлов побочных подгрупп с высшими степенями окисления металла вдоль периода слева направо меняют свои свойства от оснований через амфотерные гидроксиды к кислотам ( Cu(OH)2 — основание, Zn(OH)2 — амфотерный гидроксид, H2CrO4 — кислота) .
В природе металлы встречаются в основном в виде соединений – оксидов или солей. Исключение составляют такие малоактивные металлы, как серебро, золото, платина, которые встречаются в самородном состоянии.
Все способы получения металлов основаны на процессах их восстановления из природных соединений.

Прочность и твердость это разные понятия! Алмаз – один из самых твердых материалов, но гвоздь из него сломается, если по нему ударить обычным молотком, а стальной гвоздь – нет, хотя сталь не самый твердый металл. Или напильник из твердых сплавов очень твердый, что позволяет им стачивать что угодно, но он очень хрупкий и может сломаться при падении с высоты верстака. Давайте разберемся с этими понятими.

Прочность – способность всей конструкции или материала противостоять своему разрушению от внешнего воздействия.

Прочность материала выявляют нагрузкой образца из этого материала замером величин его упругих и пластических свойств и зависимости между напряжением и относительным удлинением. Но разные материалы по-разному реагируют на внешнее воздействие.

Материал может быть упругим, т.е. восстанавливать свою первоначальную форму после снятия внешних нагрузок. Численно эта упругость выражается величиной модуля упругости Е = tga, где а – угол наклона линии деформирования металла к оси абсцисс, и пределом упругости, т.е. таким максимальным напряжением, при котором деформации после снятия нагрузки исчезают.

Также материал может быть пластичным — сохранять деформированное состояние после снятия нагрузки, т.е. получать остаточные деформации без разрушения. Мерой пластичности материала служит относительное остаточное удлинение при разрыве. Перед разрушением в образце в месте разрыва образуется «шейка», поперечное сечение образца уменьшается, и в зоне шейки развиваются большие местные пластические деформации. Относительное удлинение при разрыве складывается из равномерного удлинения на всей длине образца и локального удлинения в зоне шейки. Мерой пластичности может также служить относительное сужение при разрыве.

Ну и наконец, материал может быть хрупким — разрушаться при малых деформациях. Выявляется это свойство испытаниями на ударную вязкость на специальных маятниковых копрах. Под действием удара молота копра образец разрушается. Ударная вязкость КС определяется затраченной на разрушение образца работой, отнесенной к площади поперечного сечения. Один и тот же металл может разрушаться как вязко, т.е. с развитием значительных пластических деформаций, так и хрупко, в зависимости от целого ряда факторов. Таким образом, ударная вязкость является комплексным показателем, характеризующим состояние металла (хрупкое или вязкое), сопротивление динамическим (ударным) воздействиям, чувствительность к концентрации напряжений и служит для сравнительной оценки качестве материала.

Если материал подвергать постоянному переменному (циклическому), то при достаточно большом числе циклов разрушение может произойти гораздо раньше. Это явление называется усталостью металла. Поэтому рассчитывают еще и на циклическую прочность.

Твердость – свойство не всего образца, а поверхностного слоя металла сопротивляться упругой и пластической деформациям или разрушению при внедрении в него индентора из более твердого материала.

Обычно чем тверже материал, тем выше его статическая прочность. Так как испытание на твердость проводится без разрушения детали, широко применяют приближенную оценку прочности материала и правильности термообработки по величине твердости.

Твердость по Бринеллю (HB) определяют вдавливанием в испытуемый материал шарика из закаленной стали диаметром 10 мм под нагрузкой 3000 кгс. Число HB равно отношению силы, вдавливающей шарик, к площади поверхности полученного отпечатка.

Твердость по Роквеллу (HRC) определяют вдавливанием алмазного конуса в закаленную сталь. Число твердости HRC соответствует разности глубин проникновения конуса под действием основной нагрузки (150 кгс) и предварительной (10 кгс).

Ползучесть – свойство материала непрерывно деформироваться во времени без увеличения нагрузки. Ползучесть в металлах проявляется в основном при высоких температурах. Оценка степени ползучести производится по результатам длительных испытаний образцов на растяжение.