Властивості металів

Переважна більшість простих речовин – це метали. Фізичні властивості металів – це непрозорість, специфічний "металевий" блиск, високі тепло- та електропровідність, а також пластичність. Саме завдяки цим властивостям метали відіграли вирішальну роль історії людства.

Якою є причина того, що метали мають такі властивості і чому вони так відрізняються від неметалів? Періодичний закон і теорія будови атома пояснили структуру та властивості металів. Виявилося, що металеві властивості елементів зумовлені електронною будовою їх атомів.

Метали на зовнішніх електронних оболонках мають 1-4 електрони. Ці електрони рухливі, тому що слабо притягуються ядром. Через це метали легко віддають усі або частину зовнішніх електронів, унаслідок чого виникають позитивно заряджені іони – катіони. Чим легше метали втрачають свої електрони, тим вони активніші і тим сильніше виражені їх металеві властивості.

У атомах неметалів на зовнішніх електронних оболонках багато електронів 4–8, крім водню (1) і бору (3). Ці електрони сильно притягуються ядром і тому відірвати від атома дуже важко. Але атоми неметалів можуть приєднувати надлишкові електрони і перетворюватися на негативно заряджені іони – аніони.

Всі метали, за винятком рідкої ртуті, за звичайних умов тверді і мають кристалічну структуру. Властивості металів тісно пов'язані з будовою їх кристалів. У вузлах кристалічної решітки розміщені атоми та іони (катіони), причому кількість іонів та електронів у кристалах різні метали мають неоднакове. Зовнішні електрони, оскільки вони рухливі і слабо притягуються ядрами, утворюють так званий "електронний газ", який "блукає" між іонами в кристалі. "Електронний газ" належить не окремим іонам, а кристалу загалом. Саме завдяки наявності в кристалічній решітці металів таких рухомих електронів можна пояснити їх високі електро- та теплопровідність. "Електронний газ" добре відображає світло (тому метали непрозорі та мають характерний блиск), а також короткі радіохвилі. Остання властивість металів покладено в основу радіолокації.

Метали можна кувати та їх здатність до витягування пояснюється ковзанням (переміщенням) одних пластів іонів щодо інших.

Як зазначалося, що легше метали віддають свої валентні електрони, то вони активніші і, отже, легше вступають у хімічні реакції. Більш активні метали витісняють менш активні з їх сполук. Крім того, багато металів витісняють водень із деяких кислот, а також із води. Виходячи з цього, всі метали можна розташувати в так званий ряд активностей або електрохімічний ряд напруг.

Платинові метали, золото та срібло здавна називають благородними. Вони хімічно досить інертні, тому не реагують ні з водою, ні з багатьма кислотами. Як і благородні метали поводяться титан, цирконій, гафній, ніобій, тантал, молібден, вольфрам та реній, які також є хімічно пасивними. Вони жаростійкі та мають чудові механічні властивості. Саме тому ці метали та їх сплави відіграють величезну роль у сучасній авіації, ракетобудуванні та ядерній енергетиці.