Domājot par vārdu "metāli", jūs, visticamāk, domājat par ikdienas priekšmetiem un to funkcijām, tāpat kā jūs esat ķīmija vai jebkas cits, kas saistīts ar zinātni. Piemēram, lielākā daļa mašīnu un daudzas konstrukcijas ir izgatavotas no viena no vairākiem metāliem to materiālu izturības un stingrības dēļ. Turklāt dažus metālus vērtē pēc izskata, tie maksā daudz naudas par masas vienību un burtiski tiek klasificēti kā "dārgmetāli"; zelts un sudrabs, iespējams, ir vispazīstamākie piemēri.
Bet metāli arī pārstāv vienu no trim ķīmijas elementu veidiem, pārējie divi ir nemetāli un metaloīdi. Metāli faktiski veido lielāko daļu dabas elementu, lai gan jūs, iespējams, esat dzirdējuši tikai par nelielu daļu no tiem. Pirms metālu īpašību izpētīšanas ir noderīgi saprast, kas ir pazīstams ar terminu "elements" un kā periodiskā tabula tiek izmantota, lai strukturētu elementus uz galda.
Kas ir elementi?
Ikdienā "elements" ir veseluma sastāvdaļa. Vārdam ir līdzīga, taču stingrāka definīcija ķīmijā: elements ir kaut kas izgatavots no viena konkrēta atoma veida. To nevar sīkāk sadalīt vienkāršākos komponentos, izmantojot ikdienas ķīmiskos rīkus. Sākot ar 2018. gadu, ķīmiķi bija identificējuši 92 dabā sastopamus elementus, kā arī 11 nestabilus elementus, kas radīti laboratorijas apstākļos. Konkrētais elements pastāv kā cieta viela, šķidrums vai gāze tā dabiskajā formā.
Atoms savukārt ir protonu, neitronu un elektronu mikroskopiska kolekcija kādā kombinācijā. Ūdeņradis, vienkāršākais atoms, sastāv tikai no protona un elektrona; Vismasīvākajā urānā vienā no tā izotopiem ir 92 protoni, 92 elektroni un 146 neitroni. Atomam parasti ir vienāds protonu skaits, kas nes pozitīvu lādiņu, un elektroni, kuriem ir vienāda lieluma negatīvs lādiņš. Neitronu skaits, kas kopā ar protoniem veido atomu kodolus (vienskaitļa kodolu) un kuriem nav elektriskā lādiņa, ir aptuveni zināmā mērā protonu skaits, kaut arī elementiem palielinoties, neitroniem ir tendence arvien vairāk pārsniegt protonu skaitu apjomā.
Periodiskā elementu tabula
Periodiskā tabula ķīmijai nozīmē, kāds ir indeksētais sastāvdaļu saraksts pavārgrāmatai. Jebkurš ķīmiskais savienojums, kas jums ir vai var iedomāties, liels vai mazs, var tikt samazināts līdz periodu tabulas elementu kombinācijai.
Uz šīs galda 113 elementi ir sakārtoti augošā secībā pēc atomu skaita. Šis skaitlis ir tikai elementa protonu skaits. Ja šis skaitlis mainās, mainās elementa identitāte. Tas neattiecas uz neitroniem vai elektroniem; tiek sauktas elementa variācijas, kas satur atšķirīgu neitronu skaitu izotopi elementu, turpretī elementu, kurā ir vairāk vai mazāk elektronu nekā protonu, sauc par jonu un nes pozitīvu vai negatīvu elektrisko lādiņu.
Periodiskā tabula iegūst savu nosaukumu, jo tajā ietilpst elementu kategorijas, kas periodiski un paredzami atkārtojas. Aplūkojot periodisko tabulu (interaktīvu piemēru skatiet resursos), jūs varat redzēt, ka tā ir augšpusē esošajās rindās ir daži kuriozi trūkumi, bet tie pazūd līdz ar skaitlisko numuru elementi. Tas ir tāpēc, ka elementi nav tikai sakārtoti, pamatojoties uz atomu skaitu; tie ir sadalīti pa tipiem, pamatojoties uz to dažādajām atomu un ķīmiskajām īpašībām.
Periodisko tabulu grupas
Stingri sakot, elementus var sagrupēt metāli un nemetāli, bet tradicionāli ir trīs elementu grupas: metāli, nemetāli un metaloīdi. Kā norāda nosaukums "metaloīdi", šiem elementiem piemīt gan metāla, gan nemetāla īpašības.
Ir arī trīs pamatmetālu veidi: sārmu metāli, sārmu zemes metāli un pārejas metāli. Pārejas metāli ietver vairākas savas apakškategorijas, kas aprakstītas vēlāk.
Stingri kā nemetālu klasificēto elementu skaits ir pārsteidzoši maz, un tikai septiņi no tiem (H, C, N, O, P, S un Se) atzīmē periodisko tabulu. Šī klasifikācija tomēr izslēdz nemetālus, kas nopelnījuši savas kategorijas, ieskaitot piecas halogēni (F, Cl, Br, I un At) un seši cēlās gāzes (Viņš, Ne, Ar, Kr, Xe un Ra).
Metālu raksturojums
Tā kā ir septiņi metaloīdi un 18 sava veida nemetāli (septiņi nemetāli paši par sevi, sešas cēlgāzes un pieci halogēni), 88 no 113 periodiskās tabulas elementiem ir klasificēti kā daži metāls. Lai gan to īpašības pēc to īpašībām nepārprotami atšķiras, metāliem ir vairākas kopīgas īpašības.
Metāli ir cieti istabas temperatūrā, izņemot ievērojamu dzīvsudrabu, šķidrumu, ko izmanto vecākos termometros. Viņiem ir spīdums, kas nozīmē, ka tie atstaro gaismu, īpašību, kas viņiem bieži piešķir vērtību (piemēram, varš, sudrabs). Tie ir kaļami, tas nozīmē, ka tos var fiziski veidot plānās loksnēs, nesalaužot. Parasti tie ir cieti, lai gan kāliju un nātriju, kas kalpo kā bioloģiski aktīvi joni cilvēka asinīs, var sagriezt ar parastu nazi. Tie ir elastīgi, kas ir izdomāts veids, kā pateikt, ka no metāliem var izgatavot vadus; šis īpašums ir ērts, jo lielākā daļa metālu ir labi elektrības un siltuma vadītāji, padarot tos izšķirošus mūsdienu rūpniecības vajadzībām. To vadītspēja ir elektronu, kas nav cieši saistīti ar kodoliem, sekas. Visbeidzot, metāli parasti ir blīvi (tas ir, tiem ir liela masa uz tilpuma vienību), un tiem ir augstas viršanas un kušanas temperatūras. Volframam ir ārkārtīgi augsta kušanas temperatūra, un tas nav nejaušība, ka šis elements tiek plaši izmantots spuldžu pavedienos.
Metālu veidi
Trīs metālu kategorijas ir sārmu metāli, sārmu zemes metāli un pārejas metāli. Periodiskās tabulas izvietojums ir noderīgs, lai saglabātu šos cieši grupētos; sārmu metāli ir seši elementi, kas atrodas tieši zem ūdeņraža (H) tabulas kreisajā kreisajā kolonnā, kas apzīmēta ar IA. Sārmu zemes metāli ir seši uz galda esošo sārmu metālu "blakus esošie kaimiņi", kas aizņem visu IIA kolonnu.
Pārejas metāli aizņem periodiskās tabulas III līdz XII kolonnas un 3. līdz 6. rindu, kopā saturot 40 elementus. 14 lantanīdi (58. līdz 71. elements) un 14 aktinīdi (90. līdz 103. elements) tiek uzskatīti par retzemju metāliem. Visbeidzot, lielākajā daļā shēmu astoņi elementi tiek uzskatīti par metāliem, kas nav norādīti citādi, tādējādi iegūstot kopējo metālu skaits līdz 6 (sārms) + 6 (sārma zeme) + 40 (pārejas) +28 (retzemju) + 8 (nenoteikts) = 88.
Metaloīdi un nemetāli
Šie septiņi elementi, kuriem piemīt gan metāla, gan nemetāla īpašības, periodiskajā tabulā aizņem 3. līdz 6. rindas un ietver:
- B
- Si
- Ģe
- Kā
- Sb
- Te
- Po
Tie ir cieti istabas temperatūrā un noderīgi pusvadītāju tehnoloģiju jomā un bieži vien veido sakausējumivai metālu kombinācijas ar citiem metāla elementiem.