Как классифицируются металлы


Виды металла: классификация и сферы применения

Металлы – обобщенное название химических элементов, объеденных по ряду признаков. В периодической таблице они занимают большую часть, однако до сих пор не существует документа, позволяющего разделить их на классы.

Отличаются металлы в первую очередь своими качественными характеристиками. Какие-то имеют высокую теплопроводимость, другие выдерживают высокие нагрузки на разрыв и растяжение. В зависимости от этих качеств определяется и сфера применения, но металлы в природном виде, даже очищенные, не обладают необходимыми показателями в достаточном виде, поэтому применяется технология сплавов, то есть соединения нескольких элементов в одну молекулярную решетку. Это позволяет существенно улучшить характеристики, и придать сплаву необходимые качества.

Простой пример: возьмем распространенный в промышленности сплав бронзу. Это соединение, где основным элементом выступает медь. В качестве легирующего, то есть улучшающего качество, компонента используется олово. В результате соединения получается новый металл, более твердый и упругий по сравнению с чистой медью, который часто используют для изготовления крепежа.

Основные виды классификации металлов

Существует несколько видов классификации металлов. Начнем с основного типа – деления на две большие группы: черные и цветные. Черные металлы отличает высокая температура плавления, плотность и повышенная твердость. Цветные металлы, в большинстве случаев, плавятся при более низких температурах и обладают повышенной электро и теплопроводимостью.

Такое разделение обусловлено распространением элементов в природе. На добычу черных элементов приходится более 90 процентов от всей массы добываемых металлов, в то время как на цветную группу приходится не более 5-10 процентов. Необходимо отметить, что виды классификации являются условными, и используются в зависимости от назначения конечного продукта, который производят из этих металлов. Так, для изготовления крепежа используется классификация по техническим характеристикам, а для изготовления сложных сплавов химическая и кристаллическая. Рассмотрим эти виды подробнее.

Химическая классификация металлов

Все элементы в периодической таблице делятся на четыре основных группы, маркируемые латинскими буквами:

  • S. Отмечены розовым цветом.
  • P. Желтые элементы.
  • D. Бирюзовый цвет.
  • F. Зеленые элементы в таблице.

Каждая группа содержит в себе металлы. Элементы из первых двух категорий (S и P) называют простым видом, а элементы из групп D и F переходным. Также каждая группа делится еще на несколько категорий. В группу S входят щелочные и щелочеземеленые металлы, а в группы D и F платиновые, урановые и редкоземельные. При этом в каждой группе существуют исключения, из чего можно сделать вывод, что деление металлов по химическим группам является условностью, и редко применяется в практических сферах. Такое деление интересно только для научных изысканий, и практически не применимо в промышленности и производстве. Например, изготовление крепежа отталкивается от технических аспектов, и лишь в малой степени от химических.

Классификация металлов по кристаллической решетке

Все элементы имеют, так называемую, кристаллическую решетку. Абстрактная структура, определяющая расположение атомов и электронов, а также их привязку к ядру. В аморфных материалах, таких как стекло, атомы расположены хаотично, и не имеют строгой конструкции. В отличие от металлов, которые в твердом виде обладают строго структурированной решеткой, с четким построением молекулярных элементов. Всего разделяют 4 вида кристаллических решеток, которые проще представить в виде таблицы:

Это наиболее распространенные типы кристаллических решеток, часто встречающиеся у металлов. В общей сложности система классификации насчитывает 14 конфигураций, но у металлов они или встречаются крайне редко, или не встречаются вообще. Также следует отметить, что правильное построение решетки возможно только при естественном затвердевании металла, без искусственных ускорений. Если процесс остывания был ускорен, форма решетки изменится. В производстве это называют закаливанием, в результате которого меняется не только молекулярная структура, но и технические свойства.

Также, при нарушении норм производства металлического проката, может наблюдаться замена в кристаллической решетке. Это ведет к полному изменению качеств готового изделия. Чтобы условия производства соблюдались, были разработаны нормы стандартизации, гарантирующие четкое соответствие готового проката техническому описанию его свойств.

Техническая классификация металлов

Наиболее полную систему классификации предложил профессор Гуляев, хотя современные ученые и не согласны с некоторыми ее аспектами, ничего нового пока предложено не было. Итак, черные металлы делят на 5 основных подгрупп:

  1. Железные металлы. Сюда входят марганец, кобальт, никель, и конечно, железо. Наиболее распространенная в природе группа, используемая в сплавах как основной компонент.
  2. Тугоплавкие. Элементы, имеющие высокую температуру расплавления. В качестве эталона принята мера в 1539 градусов по Цельсию.
  3. Редкоземельные. Дорогостоящие в плане добычи и обработки элементы, к которым относят неодим, европий, самарий и другие металлы, используемые в качестве присадок к основному сплаву. Способны даже при небольшом проценте вмешательства существенно повысить или полностью изменить характеристики сплава.
  4. Щелочные. Особая группа, практически не применяемая в чистом виде. Чаще всего используются в атомной энергетике. Сюда относят: литий, барий, радий и другие.
  5. Урановые. Торий, уран, плутоний. Применяются исключительно в атомной энергетике.

Цветные металлы также делят на несколько подгрупп. Их три:

  1. Легкие. Алюминий, магний, бериллий. Обладают низким удельным весом и часто применяются в авиастроении и прочих сферах, где необходим твердый, но в то же время легкий материал.
  2. Легкоплавкие. Металлы с наиболее низкой температурой плавления: цинк, олово, свинец. Используются как в чистом виде, в качестве припоя и соединительного элемента, и как легирующие добавки, повышающие или изменяющие характеристики сплава.
  3. Благородные или драгоценные металлы. Наиболее редкие элементы, к которым относят: золото, серебро, палладий, платину. Обладают максимальной устойчивостью к коррозии и окислению, благодаря чему получают широкое распространение в различных промышленных сферах.

Практически все металлы из двух групп поддаются смешению, то есть производству из них сплавов с необходимыми техническими характеристиками.

Классификатор металлов по ГОСТ

Если рассматривать метлы с точки зрения геологии и распространения в природе, их делят на две большие группы: черные и цветные. Об этом мы уже говорили выше. В химии деление происходит по 4 направлениям, но чтобы привести виды металлов к общему знаменателю, необходимо более точное разделение. Начнем с основного типа классификации: металлы и сплавы. Металлы – это материалы, используемые в чистом, или практически чистом виде. Здесь допускаются примеси, но в незначительной степени, то есть те, которые не способны оказать влияния и изменить технические характеристики. Сплавами называют соединения, с высоким содержанием двух и более элементов.

Для того чтобы сплав получил маркировку, в его составе должно быть не менее 50 процентов основного компонента. То есть, если мы берем бронзу, то понимаем, что в ее составе больше половины занимает медь, а остальное делится между другими металлическими компонентами. Чистые металлы, в свою очередь, делятся на стали и чугуны. Эти металлы имеют в составе углерод. Если его содержание не превышает 2,14 %, его называют сталью. Свыше этого значения уже чугун.

Классификация металлов

Чтобы привести все виды металлов к единому стандарту качества, необходимо разделить их на группы. Таких групп 3:

  1. Стали,
  2. Чугуны,
  3. Сплавы на основе цветных металлов.

Каждая группа имеет деление на подгруппы. У стали это:

  • углеродистая,
  • легированная,
  • специальная.

Углеродистая сталь не имеют легирующих, то есть изменяющих структуру элементов. Допускаются примеси, но в незначительном количестве. Углеродистая сталь в свою очередь делится на инструментальную и конструкционную. Кардинальные различия заключаются в процентах содержания в составе углерода. Конструкционная сталь содержит не более 0,6%, а инструментальная от 0,7 до 1,5%. Далее конструкционная сталь делится на обычное качество и высокое. В обычном качестве допускаются примеси серы и фосфора, но в количестве, не превышающем 0,3 процента. Соответственно высококачественная сталь не предусматривает наличия этих элементов в составе, или их количество должно быть меньше установленной нормы.

Далее легированная сталь, то есть материал, имеющий в составе компонент, влияющий на качественные характеристики сплава. Список легирующих элементов довольно большой, и здесь его приводить не имеет смысла. Содержание легирующего элемента начинается от 2,5%. Такая сталь называется низколегированной. Если в составе от 2,5 до 10 процентов, это уже среднелегированная марка, а при содержании свыше 10 процентов, получается высоколегированная сталь.

Помимо этого легированные стали делятся по назначению. Здесь три группы:

  1. инструментальная,
  2. конструкционная,
  3. специальная

В стандартизации каждый элемент имеет буквенное обозначение, а для причисления легированной стали к тому или иному классу используется отдельный список. Все легированные стали обозначаются сочетанием букв и цифр. Для примера рассмотрим такое соединение: 10Г2СД.

Первая цифра здесь – это количество углерода в сотых долях процента. Далее буква Г, в классификаторе означающая марганец. Следующая за буквой Г цифра 2 говорит нам о том, что марганец в этом составе присутствует в двухпроцентной доле. И последние две буквы – это дополнительные элементы, процентная доля которых менее 1,5%. В данном случае сюда добавлены медь и кремний.

Последний вид стали – специальный. Он делится на несколько групп:

  • строительная,
  • подшипниковая,
  • арматурная,
  • котельная,
  • автоматная.

Соответственно для каждой группы имеются свои стандарты.

Далее идут чугуны, делящиеся на три группы:

  1. белый,
  2. отбеленный,
  3. и графитизированный.

У каждой группы также имеется свое разделения, но наибольший интерес представляет графитизированный чугун, который делится на:

  • серый,
  • вермикулярный,
  • ковкий
  • и высокопрочный.

Отношение к какой-либо группе определяется процентным соотношением углерода к металлу в составе, а также наличию примесей, допустимых стандартами, то есть ГОСТами.

И, наконец, последняя крупная группа – сплавы на основе цветных металлов. Здесь очень много разделений и видов классификации, поэтому остановимся на трех основных категориях, и представим их в виде таблиц:

Алюминиевые сплавы:

Медные сплавы:

Поиск сплава в классификаторе ГОСТ

Государственные стандарты четко определяют не только виды металлов и сплавов, но и качество производства заготовок для дальнейшей обработки и производства металлоизделий. Реестр очень большой, и первый пункт, который нам нужен – металлы и металлические изделия.

Далее переходим в необходимый раздел. Углеродистая и качественная сталь имеет маркировку В2 и В3 соответственно, а цветные металлы и их сплавы находятся в разделе В5. Также имеет смысл поискать в разделе В8, где перечислены стандарты литейных отливок.

Если мы говорим про изготовление крепежа, наибольший интерес представляет раздел В5, а внутри него подраздел В51.

Перед нами открывается список всех ГОСТов, связанных с этими определениями.

Он довольно большой, и не зная конкретного номера найти необходимую статью довольно сложно. Если же номер известен изначально, то на сайте ГосСтандарта есть готовый поиск, куда необходимо внести свой номер, чтобы сразу получить доступ к необходимому элементу.

Сферы применения основных металлов

Рассматривать радиоактивные и редкоземельные металлы не имеет смысла, так как в производстве крепежа они практически не принимают участия, как и в других сферах, не связанных с атомной энергетикой и некоторыми редкими видами промышленности. Нас интересуют основные металлы и сплавы рассмотренные выше.

Сферы их применения очень разнообразны:

  • строительство,
  • авиастроение,
  • машиностроение,
  • производство инструментов,
  • металлоконструкции,
  • станкостроение.

И так далее. Изготовление крепежа можно отнести нескольким категориям, но по сути, это металлоконструкции, называемые в народе Метизы. Для производства метизов используются десятки различных металлов и сплавов, от конструкционной стали и чугуна, до сложных сплавов на основе титана и меди.

Коротко по каждому виду, применяемому для изготовления крепежей

Перед тем как перейти к описанию конкретных видов металлов и сплавов, необходимо определиться, какие основные технические требования предъявляются к продуктам, попадающим под категорию «крепеж». Их несколько:

  • прочность учитывается прочность на разрыв и излом.
  • Пружинистость. Возможность металла возвращать изначальную форму после сжатия.
  • Устойчивость к коррозии и окислению. Актуально для всех видов крепежа.

И многое друге. Теперь поговорим о конкретных металлах и сплавах. Их список выглядит следующим образом:

  1. Алюминий и сплавы на его основе,
  2. Медь,
  3. Латунь,
  4. Бронза,
  5. Инструментальная сталь,
  6. Легированная сталь,
  7. Ковкий чугун,
  8. Сталь нержавеющая.

Начнем по порядку: первый пункт – это алюминий и сплавы на его основе. Он применяется при изготовлении клепок и различных зажимов. Также в клепках может быть использована медь для повышения качества метиза. Помимо этого из меди изготавливают гайки специального назначения. Они используются, в частности, при судостроении, так как медь при контакте с другими металлами не создает искру.

Латунь и бронза отличаются повышенной, по сравнению с медью, прочностью, поэтому из них изготавливают различные шпонки, элементы анкеров, а также болты, шурупы и винты. Еще одна особенность этих сплавов заключается в отсутствии скипания. То есть при электрическом замыкании, сталь сплавляется, а медь остается цельной и не разрушается.

Из легированной и конструкционной стали изготавливаются барашковые гайки, струбцины и прочие удерживающие элементы. Это обусловлено высокой прочностью этих марок. Нержавеющая сталь, в свою очередь применяется там, где необходима максимальная устойчивость к коррозии. Что касается чугуна, то он чаще всего применяется при производстве запорной арматуры, то есть вентилей и запоров.

Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия

Некоторые химические элементы называются металлами . Это большинство элементов периодической таблицы. Эти элементы обычно обладают следующими свойствами:

  1. Они могут проводить электричество и тепло.
  2. Их легко сформировать.
  3. У них блестящий вид.
  4. Они имеют высокую температуру плавления.

Большинство металлов являются твердыми при комнатной температуре, но это не обязательно.Ртуть жидкая. Сплавы - это смеси, в которых хотя бы одна часть смеси представляет собой металл. Примеры металлов: алюминий, медь, железо, олово, золото, свинец, серебро, титан, уран и цинк. Хорошо известные сплавы включают бронзу и сталь.

Изучение металлов называется металлургией.

Признаки сходства металлов (свойства металлов) [изменить | изменить источник]

Большинство металлов твердые, блестящие, они кажутся тяжелыми и плавятся только при очень высоких температурах.Куски металла будут издавать звон колокольчика при ударе чего-то тяжелого (они звучные). Тепло и электричество могут легко проходить через металл (он проводящий). Кусок металла можно разбить на тонкий лист (он ковкий) или растянуть на тонкую проволоку (он пластичный). Металл трудно разорвать (у него высокая прочность на разрыв) или разбить (у него высокая прочность на сжатие). Если надавить на длинный тонкий кусок металла, он согнется, а не сломается (он эластичный). За исключением цезия, меди и золота, металлы имеют нейтральный серебристый цвет.

Не все металлы обладают этими свойствами. Ртуть, например, жидкая при комнатной температуре, свинец очень мягкий, а тепло и электричество не проходят через железо так, как через медь.

Мост в России металлический, вероятно, железный или стальной.

Металлы очень полезны людям. Их используют для изготовления инструментов, потому что они могут быть прочными и легко поддающимися обработке. Из железа и стали строили мосты, здания или корабли.

Некоторые металлы используются для изготовления таких предметов, как монеты, потому что они твердые и не изнашиваются быстро.Например, медь (блестящая и красного цвета), алюминий (блестящая и белая), золото (желтая и блестящая), а также серебро и никель (также белые и блестящие).

Некоторые металлы, например сталь, можно сделать острыми и оставаться острыми, поэтому их можно использовать для изготовления ножей, топоров или бритв.

Редкие металлы высокой стоимости, такие как золото, серебро и платина, часто используются для изготовления ювелирных изделий. Металлы также используются для изготовления крепежа и шурупов. Кастрюли, используемые для приготовления пищи, могут быть сделаны из меди, алюминия, стали или железа.Свинец очень тяжелый и плотный, и его можно использовать в качестве балласта на лодках, чтобы не допустить их опрокидывания или защитить людей от ионизирующего излучения.

Многие изделия, сделанные из металлов, на самом деле могут быть сделаны из смесей по крайней мере одного металла с другими металлами или с неметаллами. Эти смеси называются сплавами. Некоторые распространенные сплавы:

Люди впервые начали делать вещи из металла более 9000 лет назад, когда они обнаружили, как получать медь из [] руды. Затем они научились делать более твердый сплав - бронзу, добавляя к ней олово.Около 3000 лет назад они открыли железо. Добавляя небольшое количество углерода в железо, они обнаружили, что из них можно получить особенно полезный сплав - сталь.

В химии металл - это слово, обозначающее группу химических элементов, обладающих определенными свойствами. Атомы металла легко теряют электрон и становятся положительными ионами или катионами. Таким образом, металлы не похожи на два других вида элементов - неметаллы и металлоиды. Большинство элементов периодической таблицы - металлы.

В периодической таблице мы можем провести зигзагообразную линию от элемента бора (символ B) до элемента полония (символ Po). Элементы, через которые проходит эта линия, - это металлоиды. Элементы, расположенные выше и справа от этой линии, являются неметаллами. Остальные элементы - это металлы.

Большинство свойств металлов обусловлено тем, что атомы в металле не очень крепко удерживают свои электроны. Каждый атом отделен от других тонким слоем валентных электронов.

Однако некоторые металлы отличаются. Примером может служить металлический натрий. Он мягкий, плавится при низкой температуре и настолько легкий, что плавает на воде. Однако людям не следует пробовать это, потому что еще одно свойство натрия состоит в том, что он взрывается при соприкосновении с водой.

Большинство металлов химически стабильны и не вступают в реакцию легко, но некоторые реагируют. Реактивными являются щелочные металлы, такие как натрий (символ Na) и щелочноземельные металлы, такие как кальций (символ Ca). Когда металлы действительно вступают в реакцию, они часто реагируют с кислородом.Оксиды металлов являются основными. Оксиды неметаллов кислые.

Соединения, в которых атомы металлов соединены с другими атомами, образуя молекулы, вероятно, являются наиболее распространенными веществами на Земле. Например, поваренная соль - это соединение натрия.

Кусок чистой меди, найденной как самородная медь

Считается, что использование металлов отличает людей от животных. До того, как стали использовать металлы, люди делали инструменты из камня, дерева и костей животных. Сейчас это называется каменным веком.

Никто не знает, когда был найден и использован первый металл. Вероятно, это была так называемая самородная медь, которую иногда находят большими кусками на земле. Люди научились делать из него медные инструменты и другие вещи, хотя для металла он довольно мягкий. Они научились плавке, чтобы получать медь из обычных руд. Когда медь плавили на огне, люди научились делать сплав под названием бронза, который намного тверже и прочнее меди. Из бронзы делали ножи и оружие.Это время в истории человечества примерно после 3300 г. до н.э. часто называют бронзовым веком, то есть временем бронзовых орудий и оружия.

Примерно в 1200 году до нашей эры некоторые люди научились делать железные орудия труда и оружие. Они были даже тверже и прочнее бронзы, и это было преимуществом на войне. Время железных инструментов и оружия теперь называется железным веком. . Металлы были очень важны в истории человечества и цивилизации. Железо и сталь сыграли важную роль в создании машин. Золото и серебро использовались как деньги, чтобы люди могли торговать, то есть обмениваться товарами и услугами на большие расстояния.

В астрономии металл - это любой элемент, кроме водорода или гелия. Это потому, что эти два элемента (а иногда и литий) - единственные, которые образуются вне звезд. В небе спектрометр может видеть признаки металлов и показывать астроному металлы в звезде.

В организме человека некоторые металлы являются важными питательными веществами, такими как железо, кобальт и цинк. Некоторые металлы могут быть безвредными, например рутений, серебро и индий. Некоторые металлы могут быть токсичными в больших количествах. Другие металлы, такие как кадмий, ртуть и свинец, очень ядовиты.Источники отравления металлами включают горнодобывающую промышленность, хвостохранилища, промышленные отходы, сельскохозяйственные стоки, профессиональные воздействия, краски и обработанную древесину.

.

Как элементы сгруппированы в Периодической таблице?

В конце 19 века русский химик Дмитрий Менделеев опубликовал свою первую попытку сгруппировать химические элементы по их атомному весу. В то время было известно только около 60 элементов, но Менделеев понял, что, когда элементы были организованы по весу, определенные типы элементов возникали через равные промежутки времени или периоды.

Сегодня, 150 лет спустя, химики официально признают 118 элементов (после добавления четырех новичков в 2016 году) и до сих пор используют периодическую таблицу элементов Менделеева для их организации.Таблица начинается с простейшего атома, водорода, а затем упорядочиваются остальные элементы по атомному номеру, который представляет собой количество протонов, содержащихся в каждом. За некоторыми исключениями порядок элементов соответствует возрастающей массе каждого атома.

В таблице семь строк и 18 столбцов. Каждая строка представляет один период; номер периода элемента показывает, сколько из его энергетических уровней содержат электроны. Натрий, например, находится в третьем периоде, что означает, что атом натрия обычно имеет электроны на первых трех энергетических уровнях.Двигаясь вниз по таблице, периоды становятся длиннее, потому что для заполнения более крупных и сложных внешних уровней требуется больше электронов.

Столбцы таблицы представляют группы или семейства элементов. Элементы в группе часто выглядят и ведут себя одинаково, потому что у них одинаковое количество электронов во внешней оболочке - лице, которое они показывают миру. Элементы группы 18, например, в крайней правой части таблицы, имеют полностью сплошные внешние оболочки и редко участвуют в химических реакциях.

Элементы обычно классифицируются как металлические или неметаллические, но разделительная линия между ними нечеткая. Металлические элементы обычно являются хорошими проводниками электричества и тепла. Подгруппы металлов основаны на схожих характеристиках и химических свойствах этих коллекций. Согласно данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, в нашем описании периодической таблицы элементов используются общепринятые группы элементов.

Щелочные металлы: Щелочные металлы составляют большую часть Группы 1, первого столбца таблицы.Эти блестящие и достаточно мягкие, чтобы разрезать ножом, эти металлы начинаются с лития (Li) и заканчиваются францием (Fr). Они также чрезвычайно реактивны и воспламеняются или даже взрываются при контакте с водой, поэтому химики хранят их в маслах или инертных газах. Водород с одним электроном также находится в группе 1, но газ считается неметаллом.

Щелочно-земельные металлы: Щелочноземельные металлы составляют 2-ю группу периодической таблицы, от бериллия (Be) до радия (Ra).Каждый из этих элементов имеет два электрона на внешнем энергетическом уровне, что делает щелочноземельные земли достаточно реактивными, поэтому их редко можно найти в природе в одиночку. Но они не так реактивны, как щелочные металлы. Их химические реакции обычно протекают медленнее и выделяют меньше тепла по сравнению с щелочными металлами.

Lanthanides: Третья группа слишком длинна, чтобы поместиться в третьем столбце, поэтому она разорвана и перевернута в сторону, чтобы стать верхней строкой острова, который плавает в нижней части таблицы.Это лантаноиды, элементы с 57 по 71 - от лантана (La) до лютеция (Lu). Элементы этой группы имеют серебристо-белый цвет и тускнеют при контакте с воздухом.

Актиниды: Актиниды выстилают нижний ряд острова и включают элементы от 89, актиний (Ac) до 103, лоуренсий (Lr). Из этих элементов только торий (Th) и уран (U) встречаются на Земле в значительных количествах. Все радиоактивны. Актиниды и лантаноиды вместе образуют группу, называемую внутренними переходными металлами.

Переходные металлы: Возвращаясь к основной части таблицы, остатки групп с 3 по 12 представляют остальные переходные металлы. Твердые, но податливые, блестящие и обладающие хорошей проводимостью, эти элементы - это то, о чем вы обычно думаете, когда слышите слово «металл». Здесь живут многие из лучших хитов металлического мира, включая золото, серебро, железо и платину.

Металлы после перехода: В преддверии прыжка в мир неметаллов общие характеристики не разделены аккуратно по вертикальным групповым линиям.Постпереходными металлами являются алюминий (Al), галлий (Ga), индий (In), таллий (Tl), олово (Sn), свинец (Pb) и висмут (Bi), и они охватывают группы с 13 по 17. Эти элементы обладают некоторыми из классических характеристик переходных металлов, но они, как правило, более мягкие и проводят хуже, чем другие переходные металлы. Во многих периодических таблицах жирным шрифтом будет выделена линия «лестницы» под диагональю, соединяющей бор с астатом. Постпереходные металлы расположены в нижнем левом углу этой линии.

Металлоиды: Металлоиды - это бор (B), кремний (Si), германий (Ge), мышьяк (As), сурьма (Sb), теллур (Te) и полоний (Po). Они образуют лестницу, символизирующую постепенный переход от металлов к неметаллам. Эти элементы иногда ведут себя как полупроводники (B, Si, Ge), а не как проводники. Металлоиды также называют «полуметаллами» или «бедными металлами».

Неметаллы: Все остальное в правом верхнем углу лестницы - плюс водород (H), скрученный назад в Группе 1 - является неметаллом.К ним относятся углерод (C), азот (N), фосфор (P), кислород (O), сера (S) и селен (Se).

Галогены: Четыре верхних элемента Группы 17, от фтора (F) до астата (At), представляют собой одно из двух подмножеств неметаллов. Галогены довольно химически активны и имеют тенденцию образовывать пары со щелочными металлами с образованием различных типов солей. Например, поваренная соль на вашей кухне - это смесь щелочного металла натрия и галогенового хлора.

Благородные газы: Бесцветные, без запаха и почти полностью инертные, инертные или инертные газы завершают таблицу в группе 18.Многие химики ожидают, что оганессон, один из четырех недавно названных элементов, будет обладать этими характеристиками; однако, поскольку этот элемент имеет период полураспада в миллисекундах, никто не смог проверить его напрямую. Оганессон завершает седьмой период периодической таблицы, поэтому, если кому-то удастся синтезировать элемент 119 (а гонка за это уже ведется), он перейдет в цикл, чтобы начать восьмую строку в столбце щелочного металла.

Из-за цикличности, создаваемой периодичностью, дающей название таблице, некоторые химики предпочитают визуализировать таблицу Менделеева в виде круга.

Дополнительные ресурсы :

.

Технические материалы

Инженеры должны знать самые лучшие и экономичные материалы для использования. Инженеры также должны понимать свойства этих материалов и то, как с ними можно работать. В машиностроении используются два вида материалов (1) металлы и неметаллы. Металлы отличаются от неметаллов высокой проводимостью тепла и электричества, металлическим блеском (2) и сопротивлением электрическому току. Их свойства, такие как прочность (3) и твердость (4), можно значительно улучшить на

.

легирование (5) их другими металлами.

Мы можем разделить металлы на черные и цветные (6). Первые содержат железо, а вторые (7) не содержат железа. Чугун (8) и сталь, которые представляют собой сплавы или смеси железа и углерода, являются двумя наиболее важными черными металлами. Есть и другие важные группы металлов и сплавов. Обычные металлы, такие как железо, медь, цинк и т. Д., Производятся в больших количествах. Алюминий, медь и сплавы (бронза и латунь) - обычные цветные металлы. К так называемым драгоценным металлам относятся серебро, золото, платина и палладий.К легким металлам относятся алюминий, бериллий и титан. Они важны в авиастроении и ракетостроении.

Многие элементы классифицируются как полуметаллы (например, висмут), потому что они имеют гораздо более низкую проводимость, чем обычные металлы. Неметаллы (углерод, кремний, сера) в твердом состоянии обычно являются хрупкими материалами без металлического блеска и обычно плохо проводят электричество. Неметаллы демонстрируют большее разнообразие химических свойств, чем обычные металлы. Пластмассы и керамика неметаллы; однако пластмассы можно обрабатывать (9) как металлы.Пластмассы подразделяются на термопласты (10) и реактопласты (11). Термопластам можно придать форму и изменить форму под действием тепла и давления, но термореактивным пластикам изменить форму нельзя, поскольку они претерпевают химические изменения по мере затвердевания (12). Инженеры часто используют керамику, когда требуются материалы, способные выдерживать высокие температуры.

Материаловедение и технология - это изучение материалов и способов их изготовления для удовлетворения потребностей (13) современных технологий. Ученые находят новые способы использования металлов, пластмасс и других материалов.Для этого они используют лабораторные методы и знания физики, химии и металлургии.

Неметаллы

Неметаллы - это пластмассы и керамика. Неметаллы в твердом состоянии обычно представляют собой хрупкие (1) материалы без металлического блеска (2) и обычно являются плохими проводниками (3) электричества. Неметаллы демонстрируют большее разнообразие химических свойств, чем обычные металлы. Пластмассы - это большая группа материалов. Они состоят из комбинаций углерода и кислорода, водорода, азота и других органических и неорганических элементов.Пластмассы - это результат синтеза таких природных материалов, как вода, воздух, соль, уголь, нефть и природный газ. Технология простая и дешевая. В готовом состоянии они твердые, а на каком-то этапе производства - жидкие. Вот почему из пластика легко придать различную форму.

Сегодня в коммерческом использовании используется более 40 различных семейств пластмасс, и у каждого могут быть десятки разновидностей. Пластмассы легкие, прочные и устойчивые к коррозии (4). Они получили множество важных применений в промышленности и на транспорте.Инженеры используют пластмассы в электрическом и электронном оборудовании, сельском хозяйстве, товарах народного потребления (5). Сейчас нет индустрии, где бы не использовались пластмассы.

Технология волокна (6) в ее современной форме возникла позже, чем пластмасса. Промышленность волокна можно разделить на натуральные волокна (растительного, животного или минерального происхождения) и синтетические волокна. Многие синтетические волокна заменили натуральные, потому что они часто ведут себя более предсказуемо (7) и обычно более однородны по размеру.Для инженерных целей наиболее важны стекло, металлические и синтетические волокна органического происхождения.

В настоящее время керамика приобретает все большую популярность в промышленности. Современные (8) керамические материалы обладают настолько интересными свойствами, что инженеры-механики все больше интересуются их использованием в качестве конструктивных элементов (9). Керамический режущий инструмент (10) используется уже некоторое время. Однако только в течение последних двадцати лет в этой области произошло быстрое развитие из-за разработки новой композитной (11) керамики.

Недавно инженеры разработали различные виды композитной керамики, которые должны сочетать повышенную прочность (12) с такой же твердостью (13) и прочностью (14), как у обычной керамики. Таким образом, композитная керамика для режущего инструмента при комнатных и высоких температурах должна обладать следующими свойствами: высокой прочностью, ударной вязкостью, твердостью, высокой термостойкостью (15) и высокой химической инертностью.

Инженеры должны знать лучшие и наиболее экономичные материалы для использования, понимать свойства этих материалов и способы их обработки.

Станки

Металл проходит ряд процессов, прежде чем ему придана необходимая форма: литье (1), прокатка (2), сварка (3), прошивка (4), обрезка (5), прядение (6), гибка (7) , рисование (8) и др. Машины, выполняющие все эти виды работ, называются станками. Станки - это стационарные машины с механическим приводом, используемые для формования твердых материалов, особенно металлов. Станки составляют основу современной промышленности.

Станки можно разделить на три основные категории: обычные станки для производства стружки, прессы и нетрадиционные станки. Обычные инструменты для обработки стружки формируют заготовку, отрезая нежелательную часть в виде стружки. В прессах используется ряд различных процессов формования, в том числе резка (9), прессование или вытяжка (удлинение).

Нетрадиционные станки используют световую, электрическую, химическую и звуковую энергию; перегретые газы; и пучки частиц высокой энергии для придания формы экзотическим материалам и сплавам, которые были разработаны для удовлетворения потребностей современных технологий.

Огранка - одно из древнейших искусств каменного века, но огранка металлов считалась возможной только в 18 веке, и ее подробное изучение началось около ста лет назад. Современные станки появились примерно в 1775 году, когда английский изобретатель Джон Уилкинсон сконструировал горизонтально-расточной станок для изготовления внутренних цилиндрических поверхностей. Около 1794 года Генри Модслей разработал первый токарный станок для двигателей. Позже Джозеф Уитворт разработал измерительные приборы с точностью до миллионной доли дюйма.Его работа имела большую ценность, потому что точные методы измерения были необходимы для последующего массового производства изделий со сменными (10) деталями.

В течение 19 - века такие стандартные станки, как токарные, формовочные (11), строгальные (12), шлифовальные и пилы, а также фрезерные, сверлильные и расточные станки достигли высокой степени точности, и их использование стало широко распространенным в промышленно развивающихся странах.

Сегодня все операции обработки выполняются точнее и быстрее за счет автоматизации всех производственных процессов.Станки с числовым программным управлением (13) (NC) и гибкие производственные системы (14) (FMS) сделали возможным выполнение работы автоматически. Оператор только наблюдает за ними и исправляет их, когда они выходят из строя.

Большинство операций механической обработки выделяют большое количество тепла и используют охлаждающие жидкости (обычно смесь воды и масел) для охлаждения и смазки. Охлаждение увеличивает срок службы инструмента и помогает стабилизировать размер готовой детали. Смазка снижает трение.

Большинство материалов и их сплавов поддаются обработке с легкостью, другие - с трудом.Обрабатываемость (15) включает три фактора: 1. Легкость удаления стружки. 2. Легкость получения хорошей поверхности. 3. Легкость получения хорошей стойкости инструмента.

:

.

химическое соединение | Определение, примеры и типы

Химическое соединение , любое вещество, состоящее из идентичных молекул, состоящих из атомов двух или более химических элементов.

молекула метана

Метан, в котором четыре атома водорода связаны с одним атомом углерода, является примером основного химического соединения. На структуру химических соединений влияют сложные факторы, такие как валентные углы и длина связи.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Британская викторина

Подводки к химии

Что мы называем смесью двух химических элементов?

Вся материя Вселенной состоит из атомов более чем 100 различных химических элементов, которые встречаются как в чистом виде, так и в сочетании в химических соединениях.Образец любого данного чистого элемента состоит только из атомов, характерных для этого элемента, и атомы каждого элемента уникальны. Например, атомы углерода отличаются от атомов железа, которые, в свою очередь, отличаются от атомов золота. Каждый элемент обозначается уникальным символом, состоящим из одной, двух или трех букв, возникающих либо из текущего имени элемента, либо из его исходного (часто латинского) имени. Например, символы углерода, водорода и кислорода - это просто C, H и O соответственно.Символ железа - Fe, от оригинального латинского названия ferrum . Фундаментальный принцип химической науки состоит в том, что атомы различных элементов могут объединяться друг с другом с образованием химических соединений. Например, метан, который образован из элементов углерода и водорода в соотношении четыре атома водорода на каждый атом углерода, как известно, содержит отдельные молекулы CH 4 . Формула соединения - например, CH 4 - указывает типы присутствующих атомов, с нижними индексами, представляющими относительное количество атомов (хотя цифра 1 никогда не записывается).

молекула воды

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Один атом кислорода содержит шесть электронов в своей внешней оболочке, которая может содержать в общей сложности восемь электронов. Когда два атома водорода связаны с атомом кислорода, внешняя электронная оболочка кислорода заполняется.

Encyclopædia Britannica, Inc.
  • Исследуйте магнитоподобную ионную связь, образующуюся при передаче электронов от одного атома к другому

    Ионы - атомы с положительным или отрицательным суммарным зарядом - связываются вместе, образуя ионные соединения.

    Encyclopædia Britannica, Inc. См. Все видео для этой статьи
  • Посмотрите, как работают молекулярные связи, когда два атома водорода соединяются с атомом серы, образуя сероводород

    Молекулярные соединения образуются, когда молекулы, такие как молекулы метана или вода, соединяются вместе, разделяя электроны.

    Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видео по этой статье

Вода, которая представляет собой химическое соединение водорода и кислорода в соотношении два атома водорода на каждый атом кислорода, содержит молекулы H 2 O.Хлорид натрия - это химическое соединение, образованное из натрия (Na) и хлора (Cl) в соотношении 1: 1. Хотя формула хлорида натрия - NaCl, соединение не содержит реальных молекул NaCl. Скорее, он содержит равное количество ионов натрия с положительным зарядом (Na + ) и ионов хлора с отрицательным зарядом (Cl - ). ( См. Ниже Тенденции в химических свойствах элементов для обсуждения процесса превращения незаряженных атомов в ионы [i.е., виды с положительным или отрицательным суммарным зарядом].) Упомянутые выше вещества представляют собой два основных типа химических соединений: молекулярные (ковалентные) и ионные. Метан и вода состоят из молекул; то есть они являются молекулярными соединениями. С другой стороны, хлорид натрия содержит ионы; это ионное соединение.

Атомы различных химических элементов можно сравнить с буквами алфавита: так же, как буквы алфавита объединяются, образуя тысячи слов, атомы элементов могут объединяться различными способами, образуя бесчисленное множество соединений. .На самом деле известны миллионы химических соединений, и многие миллионы возможны, но еще не открыты или синтезированы. Большинство веществ, встречающихся в природе, таких как древесина, почва и камни, представляют собой смеси химических соединений. Эти вещества могут быть разделены на составляющие их соединения физическими методами, которые не меняют способ агрегирования атомов в соединениях. Соединения можно разделить на составные элементы путем химических изменений.Химическое изменение (то есть химическая реакция) - это изменение, при котором организация атомов изменяется. Пример химической реакции - горение метана в присутствии молекулярного кислорода (O 2 ) с образованием диоксида углерода (CO 2 ) и воды. CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O В этой реакции, которая является примером реакции горения, происходят изменения в том, как атомы углерода, водорода и кислорода связаны друг с другом. в соединениях.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Химические соединения обладают поразительным набором характеристик. При обычных температурах и давлениях некоторые из них являются твердыми телами, некоторые - жидкостями, а некоторые - газами. Цвета различных составных частей совпадают с цветами радуги. Некоторые соединения очень токсичны для человека, тогда как другие необходимы для жизни. Замена только одного атома в соединении может быть причиной изменения цвета, запаха или токсичности вещества.Чтобы понять это огромное разнообразие, были разработаны системы классификации. В приведенном выше примере соединения классифицируются как молекулярные или ионные. Соединения также подразделяются на органические и неорганические. Органические соединения ( см. Ниже Органические соединения), названные так потому, что многие из них были первоначально изолированы от живых организмов, обычно содержат цепи или кольца атомов углерода. Из-за огромного разнообразия способов связывания углерода и других элементов существует более девяти миллионов органических соединений.Соединения, которые не считаются органическими, называются неорганическими соединениями ( см. Ниже Неорганические соединения).

ртуть (Hg)

Ртуть (химический символ: Hg) - единственный металлический элемент, который является жидким при комнатной температуре.

© marcel / Fotolia

В рамках широкой классификации органических и неорганических веществ существует множество подклассов, в основном основанных на конкретных элементах или группах присутствующих элементов. Например, среди неорганических соединений оксиды содержат ионы O 2- или атомы кислорода, гидриды содержат ионы H - или атомы водорода, сульфиды содержат ионы S 2- и т. Д.Подклассы органических соединений включают спирты (содержащие группу OH), карбоновые кислоты (характеризующиеся группой COOH), амины (содержащие группу NH 2 ) и так далее.

Различные способности различных атомов объединяться с образованием соединений лучше всего можно понять с помощью периодической таблицы. Периодическая таблица Менделеева была первоначально построена для представления закономерностей, наблюдаемых в химических свойствах элементов ( см. химическая связь). Другими словами, по мере развития науки химии было замечено, что элементы можно сгруппировать в соответствии с их химической реакционной способностью.Элементы с подобными свойствами перечислены в вертикальных столбцах таблицы Менделеева и называются группами. По мере раскрытия деталей атомной структуры стало ясно, что положение элемента в периодической таблице коррелирует с расположением электронов, которыми обладают атомы этого элемента ( см. Атом ). В частности, было замечено, что электроны, которые определяют химическое поведение атома, находятся в его внешней оболочке. Такие электроны называются валентными электронами.

таблица Менделеева

Периодическая таблица элементов.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Например, атомы элементов в группе 1 периодической таблицы все имеют один валентный электрон, атомы элементов в группе 2 имеют два валентных электрона, и так далее, до группы 18 , элементы которого содержат восемь валентных электронов. Самое простое и самое важное правило для предсказания того, как атомы образуют соединения, заключается в том, что атомы имеют тенденцию объединяться таким образом, чтобы они могли либо опустошить свою валентную оболочку, либо завершить ее (т.е., заполните его), в большинстве случаев всего с восемью электронами. Элементы в левой части таблицы Менделеева имеют тенденцию терять свои валентные электроны в химических реакциях. Натрий (в Группе 1), например, имеет тенденцию терять свой одинокий валентный электрон с образованием иона с зарядом +1. Каждый атом натрия имеет 11 электронов ( e - ), каждый с зарядом -1, чтобы просто сбалансировать заряд +11 на его ядре. Потеря одного электрона оставляет его с 10 отрицательными зарядами и 11 положительными зарядами, что дает суммарный заряд +1: Na → Na + + e -.Калий, расположенный непосредственно под натрием в группе 1, также образует ионы +1 (K + ) в своих реакциях, как и остальные члены группы 1: рубидий (Rb), цезий (Cs) и франций (Fr). Атомы элементов в правом конце периодической таблицы имеют тенденцию вступать в реакции, так что они получают (или разделяют) достаточно электронов, чтобы заполнить свою валентную оболочку. Например, кислород в группе 16 имеет шесть валентных электронов и, следовательно, нуждается в двух дополнительных электронах для завершения своей внешней оболочки. Кислород достигает этого за счет реакции с элементами, которые могут терять или делиться электронами.Атом кислорода, например, может реагировать с атомом магния (Mg) (в Группе 2), принимая два валентных электрона магния, образуя ионы Mg 2+ и O 2−. (Когда нейтральный атом магния теряет два электрона, он образует ион Mg 2+ , а когда нейтральный атом кислорода получает два электрона, он образует ион O 2-.) Получающийся в результате Mg 2+ и O 2- затем объединяют в соотношении 1: 1 с получением ионного соединения MgO (оксид магния). (Хотя составной оксид магния содержит заряженные частицы, у него нет чистого заряда, поскольку он содержит равное количество ионов Mg 2+ и O 2-.) Аналогичным образом кислород реагирует с кальцием (чуть ниже магния в группе 2) с образованием CaO (оксид кальция). Кислород аналогичным образом реагирует с бериллием (Be), стронцием (Sr), барием (Ba) и радием (Ra), остальными элементами группы 2. Ключевым моментом является то, что, поскольку все элементы в данной группе имеют одинаковое количество валентных электронов, они образуют аналогичные соединения.

Химические элементы можно классифицировать по-разному. Наиболее фундаментальное разделение элементов - на металлы, которые составляют большинство элементов, и неметаллы.Типичные физические свойства металлов - это блестящий внешний вид, пластичность (способность растираться в тонкий лист), пластичность (способность вытягиваться в проволоку), а также эффективная тепло- и электропроводность. Самым важным химическим свойством металлов является тенденция отдавать электроны с образованием положительных ионов. Например, медь (Cu) - типичный металл. Он блестящий, но легко тускнеет; это отличный проводник электричества и обычно используется для электрических проводов; и из него легко превращаться в изделия различной формы, такие как трубы для систем водоснабжения.Медь содержится во многих ионных соединениях в форме иона Cu + или Cu 2+ .

Металлические элементы находятся на левой стороне и в центре таблицы Менделеева. Металлы групп 1 и 2 называются типичными металлами; те, что находятся в центре периодической таблицы, называются переходными металлами. Лантаноиды и актиноиды, показанные под периодической таблицей, представляют собой особые классы переходных металлов.

металлических элементов в периодической таблице Менделеева

Металлы, неметаллы и металлоиды представлены в различных частях периодической таблицы Менделеева.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Неметаллы, которых относительно мало, находятся в верхнем правом углу таблицы Менделеева, за исключением водорода, единственного неметаллического члена группы 1. Физические свойства, характерные для металлы в неметаллах отсутствуют. В химических реакциях с металлами неметаллы приобретают электроны с образованием отрицательных ионов. Неметаллические элементы также реагируют с другими неметаллами, в этом случае образуя молекулярные соединения. Хлор - типичный неметалл.При обычных температурах элементарный хлор содержит молекулы Cl 2 и реагирует с другими неметаллами с образованием таких молекул, как HCl, CCl 4 и PCl 3 . Хлор реагирует с металлами с образованием ионных соединений, содержащих ионы Cl - .

Разделение элементов на металлы и неметаллы является приблизительным. Некоторые элементы вдоль разделительной линии проявляют как металлические, так и неметаллические свойства и называются металлоидами или полуметаллами.

.

Смотрите также