Свойства металлов и их применение в строительстве

Общая характеристика и физические свойства металлов

Металлами называют химические элементы, атомы которых в свободном состоянии на внешнем слое электронной оболочки атома содержат один—три электрона, которые они отдают в химических процессах, проявляя положительную степень окисления от + 1 до +3, являясь восстановителями.

Металлы подразделяют на типичные (элементы IA и ПА групп, кроме бериллия; их оксиды и гидроксиды проявляют основные свойства), переходные (алюминий, бериллий и др.) и d-элементы, большинство которых проявляют переменную валентность; их высшие оксиды и гидроксиды могут быть амфотерными или кислотными (хром, марганец, железо и др.).

Металлы — простые вещества немолекулярного строения, которые при обычных условиях имеют твердое агрегатное состояние (кроме ртути, она жидкость).

Общность физических и химических свойств металлов связана с тем, что они образуют металлическую кристаллическую решетку, в которой реализуется металлическая химическая связь. В узлах металлической кристаллической решетки располагаются «ион-атомы», а между узлами хаотически движется «электронный газ» (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема металлической кристаллической решетки:

/ — атом; 2 — ион; 3 — «электронный газ».

Общими физическими свойствами, обусловливающими применение металлов в строительстве, являются их определенные физико-механические свойства: металлический блеск, характерный цвет, различная твердость, ковкость, пластичность, электрои теплопроводность, механическая прочность.

Ковкость и пластичность связаны с отсутствием «жесткости» или наличием изотропности у металлическом связи: металлическая связь не направлена, не детерминирована, т. е. имеет одинаковую энергию во всех направлениях. Механическое воздействие (до определенных пределов) не разрывает связь, и слои «ион-атомов» смешаются относительно друг друга, не нарушая целостности тела (в этом состоит суть пластичности). Механическая прочность позволяет использовать металлы при изготовлении различных конструкций (металлических и железобетонных). Способность проводить электрический ток используется для создания токопроводящих систем, обеспечивающих снабжение строительных объектов электричеством и др.

Задания для самостоятельной работы^[1][2][3]

4. Металлы реагируют с кислотами; при этом из неокислительных кислот они вытесняют водород, а с концентрированной серной кислотой и азотной кислотой любых концентраций образуют разные продукты восстановления; необходимо знать, как они взаимодействуют с соляной, серной и азотной кислотами (с разбавленными и концентрированными растворами).'.

5. Металлы взаимодействуют с водными растворами щелочей (цинк, бериллий, алюминий, олово, свинец и др.):

• [1] Охарактеризуйте место металлов в периодической системе, обоснуйте его с позиций теории строения атомов.
• [2] Поясните, в чем состоят особенности металлической связи и какони отражаются на физических свойствах металлов.
• [3] Поясните, что представляет собой металлическая кристаллическаярешетка, «ион-атом» и электронный газ.