Коли ти думаєш про слово «метали», ти з такою ж імовірністю думаєш про повсякденні предмети та їх функції, як про хімію чи щось інше, пов’язане з наукою. Наприклад, більшість машин та багато конструкцій виготовляються з одного з декількох металів завдяки довговічності та жорсткості, які пропонують ці матеріали. Крім того, деякі метали оцінюються за зовнішнім виглядом, коштують великих грошей за одиницю маси і буквально класифікуються як "дорогоцінні метали"; золото та срібло - чи не найвідоміші приклади.
Але метали також представляють один із трьох типів елементів у хімії, інші два - неметали та металоїди. Насправді метали становлять більшість елементів у природі, хоча ви, ймовірно, чули лише про незначну їх частину. Перш ніж досліджувати властивості металів, корисно зрозуміти, що саме відомо під терміном "елемент" і як періодична система використовується для структурування елементів таблиці.
Що таке елементи?
У повсякденному житті "елемент" - це складова цілого. Слово має подібне, але більш суворе визначення в хімії: Елемент - це щось, зроблене з одного конкретного типу атома. Його не можна далі розділити на простіші компоненти за допомогою повсякденних хімічних інструментів. Станом на 2018 рік хіміки виявили 92 природні елементи, а також 11 нестабільних елементів, які були утворені в лабораторних умовах. Даний елемент існує у вигляді твердої речовини, рідини або газу у своїй природній формі.
Атом у свою чергу - це мікроскопічна сукупність протонів, нейтронів та електронів у певній комбінації. Водень, найпростіший атом, складається лише з протона та електрона; уран, наймасивніший, містить 92 протони, 92 електрони та 146 нейтронів в одному із своїх ізотопів. Атом зазвичай має однакову кількість протонів, які несуть позитивний заряд, і електронів, які несуть негативний заряд однакової величини. Кількість нейтронів, які разом з протонами складають ядра (особливе ядро) атомів і не мають електричного заряду, наближається кількість протонів певною мірою, хоча, коли елементи піднімаються в розмірах, нейтрони, як правило, перевершують кількість протонів до все більшого і більшого міра.
Періодична система елементів
Періодична система - це хімія, а індексований перелік інгредієнтів - кулінарної книги. Будь-яка хімічна сполука, яка у вас є або яку ви можете придумати, велика чи мала, може бути зведена до деякої комбінації елементів періодичної таблиці.
113 елементів розташовано за цією таблицею за зростанням за атомним номером. Це число - це просто кількість протонів, які має елемент. Якщо це число змінюється, змінюється ідентичність елемента. Це не стосується нейтронів або електронів; називаються варіації елемента, що містять різну кількість нейтронів ізотопи цього елемента, тоді як елемент, який має більше або менше електронів, ніж протонів, називається an іон і несе позитивний або негативний електричний заряд.
Періодична система отримала свою назву, оскільки вона включає категорії елементів, які періодично і передбачувано повторюються. Коли ви дивитесь на періодичну таблицю (інтерактивний приклад див. У розділі «Ресурси»), ви бачите, що це має ряд цікавих прогалин у рядках у верхній частині, але вони зникають із більшими номерами елементів. Це пояснюється тим, що елементи не просто розташовані в масиві на основі атомного номера; їх розбивали на типи на основі їх різноманітних атомних та хімічних властивостей.
Групи періодичної системи
Строго кажучи, елементи можна згрупувати металів і неметали, але традиційно існують три групи елементів: метали, неметали та металоїди. Як випливає з назви "металоїди", ці елементи мають як металоподібні, так і неметалоподібні властивості.
Існує також три основних типи металів: лужні метали, лужноземельні метали та перехідні метали. Перехідні метали включають ряд власних підкатегорій, описаних пізніше.
Кількість елементів, класифікованих суворо як неметали, напрочуд незначна, лише сім з них (H, C, N, O, P, S та Se) мають крапку в періодичній системі. Однак ця класифікація виключає неметали, які отримали власні категорії, включаючи п'ять галогени (F, Cl, Br, I та At) та шість благородні гази (Він, Не, Ар, Кр, Ксе та Ра).
Характеристика металів
Оскільки є сім металоїдів та 18 якихось неметалів (сім неметалів як таких, шість благородних газів і п'ять галогенів), 88 із 113 елементів періодичної системи класифікуються як певний тип металеві. Незважаючи на те, що вони явно значно відрізняються за своїми властивостями, метали мають ряд спільних характеристик.
Метали тверді при кімнатній температурі, за винятком ртуті, рідини, що використовується у старих термометрах. Вони мають блиск, тобто відображають світло, властивість, яка часто надає їм цінності (наприклад, мідь, срібло). Вони податливі, що означає, що їх можна фізично сформувати в тонкі листи без руйнування. Зазвичай вони тверді, хоча калій і натрій, які служать біологічно активними іонами в крові людини, можна розрізати звичайним ножем. Вони пластичні, що є вигадливим способом сказати, що з металів можна робити дроти; ця властивість зручна, оскільки більшість металів є хорошими провідниками електрики та тепла, що робить їх вирішальними для сучасних промислових застосувань. Їх провідність є наслідком наявності електронів, які не є щільно зв’язаними з ядрами. Нарешті, метали зазвичай щільні (тобто вони мають велику масу на одиницю об’єму), і вони мають високі температури кипіння та плавлення. Вольфрам має надзвичайно високу температуру плавлення, і не випадково цей елемент широко використовується в нитках лампочок.
Види металів
Три категорії металів - це лужні метали, лужноземельні метали та перехідні метали. Розташування періодичної таблиці стає в нагоді для того, щоб вони були щільно згруповані; лужні метали - це шість елементів безпосередньо під воднем (Н) у крайній лівій колонці таблиці, яка позначена як ІА. Лужноземельні метали - це шість "сусідніх" сусідніх лужних металів на столі, які займають всю колону IIA.
Перехідні метали займають стовпці III - XII та рядки 3 - 6 періодичної таблиці, загалом на 40 елементів. 14 лантаніди (елементи з 58 по 71) та 14 актиноїди (елементи 90 - 103) вважаються рідкісноземельними металами. Нарешті, у більшості схем вісім елементів вважаються металами, не зазначеними інакше, приводячи загальну суму кількість металів до 6 (луг) + 6 (лужноземельна) + 40 (перехідна) +28 (рідкісноземельна) + 8 (неуточнена) = 88.
Металоїди та неметали
Ці сім елементів, що володіють як металоподібними, так і неметалоподібними властивостями, займають частини періодів з 3 по 6 у періодичній системі та включають:
- B
- Si
- Ge
- Як
- Sb
- Те
- По
Вони тверді при кімнатній температурі і корисні в області напівпровідникових технологій, і часто утворюють сплави, або поєднання металів з іншими металевими елементами.