Розділ ІІ. Металічні елементи

Металічні елементи, їх поширеність у природі. Металічних елементів існує значно більше, ніж неметалічних. До них належать усі d- і f-елементи, а також s-елементи (крім Гідрогену і Гелію) та кілька p-елементів. У довгому варіанті періодичної системи металічні елементи займають ліву і центральну частини.

Найбільше металічних елементів містить літосфера. Найпоширенішим серед них є Алюміній. Елементи, від яких походять активні метали, містяться переважно в хлоридних, карбонатних, сульфатних і силікатних мінералах, інші — в оксидних і сульфідних мінералах. Дуже рідко трапляються самородні мідь, срібло, золото, платина.

У гідросфері також багато металічних елементів, але у значно менших кількостях. У воді морів і океанів переважає Натрій, а у прісній воді — Кальцій.

Металічні елементи містяться і в живих організмах. Натрій і Калій входять до складу усіх клітин, Магній є у хлорофілі, а Ферум — у гемоглобіні. Сполуки Кальцію становлять неорганічну основу кісток, зубів, яєчної шкаралупи, черепашок.

Атоми і йони металічних елементів. В атомі будь-якого металічного елемента на зовнішньому енергетичному рівні перебуває невелика кількість електронів (як правило, від одного до трьох). Такий атом може віддавати ці електрони й перетворюватися на позитивно заряджений йон (катіон):

М - nе^- = Мⁿ⁺.

• Запишіть схему утворення йона Кальцію з атома, використавши електронні формули частинок.

Здатність атомів металічних елементів втрачати електрони зростає зі збільшенням радіусів атомів: у періоді — справа наліво, а в групі — згори донизу. Типові металічні елементи розміщені в лівому нижньому куті періодичної системи. Серед них — Цезій; його атом найлегше втрачає електрон.

Прості катіони металічних елементів містяться в основних і амфотерних оксидах, основах, солях. Значення зарядів таких йонів для елементів головних підгруп І—III груп збігаються з номерами груп періодичної системи: Na⁺, Mg²⁺, Аl³⁺. Подібної закономірності для елементів побічних підгруп немає. Наприклад, елемент І групи Купрум утворює катіони Сu⁺ і Сu²⁺, а елемент VIII групи Ферум — катіони Fe²⁺ і Fe³⁺.

Атоми деяких металічних елементів можуть утворювати ковалентні зв'язки з атомами неметалічних елементів. Результатом цього є існування складних аніонів (наприклад, MnO^-₄) або молекул (CrO₃).

Метали. Металічні елементи утворюють прості речовини — метали. За звичайних умов вони перебувають у твердому стані (крім ртуті) і є кристалічними речовинами.

Фізичні властивості. Метали схожі за зовнішнім виглядом (мал. 58). Металевий блиск, електропровідність, пластичність — властивості металів, зумовлені металічним зв’язком і наявністю в них делокалізованих електронів. Найвищу електро- і теплопровідність мають срібло, мідь, золото, алюміній. Найпластичнішим металом є золото.

Температури плавлення більшості металів перевищують 1000 °С. Метали, які плавляться за нижчої температури (наприклад, свинець, олово, цинк, алюміній), називають легкоплавкими. Найтугоплавкіший метал — вольфрам (т. пл. 3420 °С). Найнижчу температуру плавлення має ртуть (-38,9 °С).

Значення густини металів перебувають у широкому інтервалі — від 0,534 (літій) до 22,5 г/см³ (осмій).

Метали різняться й за твердістю. Найтвердішим є хром; ним можна різати скло. Найм’якші метали — натрій, калій, свинець.

Колір металів звичайно білий або сірий. Золото і цезій мають жовтий колір, а мідь — червоний.

Залізо, кобальт і нікель є феромагнетиками — речовинами, які здатні намагнічуватися в зовнішньому магнітному полі і зберігати такий стан.

Застосування. Найважливішими для практики металами є залізо, алюміній, мідь, цинк. Вони набули широкого використання завдяки стійкості до природних умов і поширеності природної сировини, з якої їх добувають. Золото, срібло, платина — дорогоцінні метали. З них виготовляють ювелірні вироби, прикраси, іноді карбують монети. Ці метали також застосовують у хімічній промисловості, приладобудуванні, електронній техніці.

Сплави металів. Значно частіше за метали використовують їх сплави. Кожний сплав є однорідною сумішшю (твердим розчином), яку виготовляють шляхом сумісного сплавляння металів із подальшим охолодженням.

За фізичними властивостями сплави відрізняються від металів, що входять до їх складу. Вони мають, як правило, нижчі температури плавлення порівняно з відповідними металами, а також інші твердість і густину. Однак сплавам, як і чистим металам, властиві металевий блиск, висока електропровідність.

У хімічних реакціях сплави зазвичай поводяться як суміші металів.

Учені добувають і досліджують сплави з метою покращення властивостей металів. Так, звичайне залізо швидко ржавіє, а сплави цього металу із хромом і нікелем дуже стійкі у природних умовах. Для виготовлення ювелірних прикрас використовують не чисті дорогоцінні метали, а їх твердіші сплави з міддю і сріблом. За допомогою припою — сплаву олова зі свинцем — легше паяти (т. пл. припою 180°С), ніж чистими металами — оловом (т. пл. 232°С) чи свинцем (т. пл. 327°С).

Сплави металів використовують у хімічній та харчовій промисловості, літако- і машинобудуванні, техніці, будівництві, монументальному мистецтві, побуті.