Классификация металлов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Реферат

на тему:

«Классификация металлов»

Выполнил

Студент 1- ого курса

ГОУ НПО ТО «ПУ-41»

Группа №83

ТАРАСОВ аНДРЕЙ сЕРГЕЕВИЧ

2012

Содержание

1. Что такое металлы

2. Классификация металлов

3. Черные металлы

4. Редкоземельные металлы

5. щелочные металлы

4. Цветные металлы

Используемая литература

1. Металлы

Металлическое состояние объясняется электронным строением. Элементы металла, вступая в химическую реакцию с элементами, являющимися неметаллами, отдают им свои внешние, так называемые валентные электроны. Это является следствием того, что у металлов внешние электроны непрочно связаны с ядром; кроме того, на наружных электронных оболочках немного (всего 1-2), тогда как у неметаллов электронов много (5-8).

Все элементы, расположенные левее галлииндия и таллия - металлы, а правее мышьяка, сурьмы и висмута - неметаллы.

В технике под неметаллом понимают вещества, обладающие «металлическим блеском» и пластичностью - характерные свойства.

Кроме этого все металлы обладают высокой электропроводностью и теплопроводностью.

Особенность строения металлических веществ заключается в том, что все они построены в основном из легких атомов, у которых внешние электроны слабо связаны с ядром. Это обуславливает особый характер взаимодействия атомов металла и металлические свойства. Металлы являются хорошими проводниками электрического тока.

Из известных (к 1985 г.) 106 химических элементов 83 - металлы.

железный тугоплавкий урановый цветной металл

2. Классификация металлов

Каждый металл отличается строением и свойствами от другого, тем не менее, по некоторым признакам их можно объединить в группы.

Данная классификация разработана русским ученым Гуляевым А.П. и может не совпадать с общепринятой.

Все металлы можно разделить на две большие группы - черные и цветные металлы.

Черные металлы чаще всего имеют темно-серый цвет, большую плотность (кроме щелочно-земельных), высокую температуру плавления, относительно высокую твердость. Наиболее типичным металлом этой группы является железо.

Цветные металлы чаще всего имеют характерную окраску: красную, желтую и белую. Обладают большой пластичностью, малой твердостью, относительно низкой температурой плавления. Наиболее типичным элементом этой группы является медь.

3. Черные металлы

в свою очередь можно подразделить следующим образом:

1. Железные металлы- Железные металлы состоят из железа, объединенного с углеродом, кремнием и другими элементами. Но углерод - самый важный элемент в железных сплавах.
Железные металлы используются в промышленности в двух формах: сталь и чугун, которые отличаются по количеству углеродистого содержания.
Сплавы состоят из простого металла, объединенного с некоторым другим элементом.

2. Тугоплавкие металлы- по технической классификации -- металлы, плавящиеся при температуре выше 1650--1700 °С; в число Т. м. входят Титан Ti, Цирконий Zr, Гафний Hf (IV группа периодической системы), Ванадий V, Ниобий Nb, Тантал Ta (V группа), Хром Cr, Молибден Mo, Вольфрам W (VI группа), Рений Re (VII группа). Все эти элементы (кроме Cr) относятся к редким металлам a Re -- к рассеянным редким металлам. (Высокой температурой плавления характеризуются также металлы платиновой группы и торий, но они по технической классификации не относятся к Т. м.)

Тугоплавкие металлы

--------------------------------------------------------------------------------------------

| Название | Химический | Атомный | Внешняя | Температура |

| | знак | номер | электронная | плавления |

| | | | оболочка | |

|--------------------------------------------------------------------------------------------

| Титан | Ti | 22 | 3d² 4s² | 1688 |

| Ванадий | V | 23 | 3d³ 4s² | 1900 |

| Хром | Cr | 24 | 3d⁵ 4s¹ | 1903 |

| Цирконий | Zr | 40 | 4d² 5s¹ | 1852 |

| Ниобий | Nb | 41 | 4d⁴ 5s¹ | 2500 |

| Молибден | Mo | 42 | 4d⁵ 5s¹ | 2620 |

| Гафний | Gf | 72 | 5d² 6s² | 2222 |

| Тантал | Ta | 73 | 5d³ 6s² | 2996 |

| Вольфрам | W | 74 | 5d⁴ 6s² | 3410 |

| Рений | Re | 75 | 5d⁵ 6s² | 3180 |

--------------------------------------------------------------------------------------------

Огромное значение Т. м., сплавов и соединений связано с их исключительно благоприятными свойствами и сочетаниями свойств, характерными для отдельных Т. м. Важнейшая область применения большинства Т. м. -- использование их в виде сплавов в качестве жаропрочных материалов, прежде всего в самолётостроении, ракетной и космической технике, атомной энергетике, высокотемпературной технике. Детали из сплавов Т. м. при этом обычно предохраняют жаростойкими покрытиями.

Т. м. и их сплавы используются в качестве конструкционных материалов также в машиностроении, морском судостроении, электронной, электротехнической, химической, атомной промышленности и в др. отраслях техники.

3. Урановые металлы - Уран очень тяжелый, серебристо-белый глянцеватый металл. В чистом виде он немного мягче стали, ковкий, гибкий, обладает небольшими парамагнитными свойствами. Уран имеет три аллотропные формы: альфа (призматическая, стабильна до 667.7 °C), бета (четырехугольная, стабильна от 667.7 до 774.8 °C), гамма (с объемно центрированной кубической структурой, существующей от 774.8 °C до точки плавления), в которых уран наиболее податлив и удобен для обработки. Альфа-фаза - очень примечательный тип призматической структуры, состоящей из волнистых слоев атомов в чрезвычайно асимметричной призматической решетке. Такая анизотропная структура затрудняет сплав урана с другими металлами. Только молибден и ниобий могут создавать с ураном твердофазные сплавы. Правда, металлический уран может вступать во взаимодействие со многими сплавами, образуя интерметаллические соеденинения.

Основные физические свойства урана:

температура плавления 1132.2 °C (+/- 0.8);

температура кипения 3818 °C;

плотность 18.95 (в альфа-фазе);

удельная теплоемкость 6.65 кал/моль/°C (25 C);

прочность на разрыв 450 МПа.

Химически уран очень активный металл. Быстро окисляясь на воздухе, он покрывается радужной пленкой оксида. Мелкий порошок урана самовоспламеняется на воздухе, он зажигается при температуре 150-175 °C, образуя U3O8. При 1000 °C уран соединяется с азотом, образуя желтый нитрид урана. Вода способна разъедать металл, медленно при низкой температуре, и быстро при высокой. Уран растворяется в соляной, азотной и других кислотах, образуя четырехвалентные соли, зато не взаимодействует с щелочами. Уран вытесняет водород из неорганических кислот и солевых растворов таких металлов как ртуть, серебро, медь, олово, платина и золото. При сильном встряхивании металлические частицы урана начинают светиться.

Уран имеет четыре степени окисления - III-VI. Шестивалентные соединения включают в себя триокись уранила UO3 и уранилхлорид урана UO2Cl2. Тетрахлорид урана UCl4 и диоксид урана UO2 - примеры четырехвалентного урана. Вещества, содержащие четырехвалентный уран обычно нестабильны и обращаются в шестивалентные при длительном пребывании на воздухе. Ураниловые соли, такие как уранилхлорид распадаются в присутствии яркого света или органики

4. Редкоземельные металлы (РЗМ) - Редкоземельные элементы проявляют между собой большое сходство химических и некоторых физических свойств Редкоземельные элементы -- металлы, их получают восстановлением соответствующих оксидов, фторидов, электролизом безводных солей и другими методами. Скандий, иттрий и лантаноиды имеют высокую реакционную способность. Химическая активность этих элементов особенно заметна при повышенных температурах. При нагревании до 300--400 °C металлы реагируют даже с водородом, образуя RH₃ и RH₂ (символ R выражает атом редкоземельного элемента). Эти соединения достаточно прочные и имеют солевой характер. При нагревании в кислороде металлы легко реагируют с ним, образуя оксиды: R₂O₃, CeO₂, Pr₆O₁₁, Tb₄O₇ (лишь только Sc и Y при помощи образования защитной оксидной плёнки являются стойкими на воздухе, даже при нагревании до 1000 °C). Во время горения данных металлов в атмосфере кислорода выделяется большое количество тепла. При сгорании 1 г лантана выделяется 224,2 ккал тепла. Для церия характерной особенностью является свойство пирофорности -- способность искриться при разрезании металла на воздухе. Лантан, церий и другие металлы уже при обычной температуре реагируют с водой и кислотами-неокислителями, выделяя водород. Из-за высокой активности к атмосферному кислороду и воде куски лантана, церия, иттрия и др. следует хранить в парафине. Редкоземельные элементы используют в различных отраслях техники: в радиоэлектронике, приборостроении, атомной технике, машиностроении, химической промышленности, в металлургии и др. Широко применяют La, Ce, Nd, Pr в стекольной промышленности в виде оксидов и других соединений. Эти элементы повышают светопрозрачность стекла. Редкоземельные элементы входят в состав стекол специального назначения, пропускающих инфракрасные лучи и поглощающих ультрафиолетовые лучи, кислотно- и жаростойких стекол. Большое значение получили редкоземельные элементы и их соединения в химической промышленности, например, в производстве пигментов, лаков и красок, в нефтяной промышленности как катализаторы. Редкоземельные элементы применяют в производстве некоторыхвзрывчатых веществ, специальных сталей и сплавов, как газопоглотители. Монокристаллические соединения редкоземельных элементов (а также стёкла) применяют для создания лазерных и других оптически активных и нелинейных элементов в оптоэлектронике.

5. Щелочноземельные металлы - химические элементы 2-й группы периодической таблицы элементов: бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий Названы так потому, что их оксиды -- «земли» (по терминологии алхимиков) -- сообщают воде щелочную реакцию. Соли щёлочноземельных металлов, кроме радия, широко распространены в природе в виде минералов Все щёлочноземельные металлы -- серые, твёрдые при комнатной температуре вещества. В отличие от щелочных металлов, они существенно более твёрдые, и ножом преимущественно не режутся (исключение -- стронций). Плотность щёлочноземельных металлов с порядковым номером растёт, хотя явно рост наблюдается только начиная с кальция, который имеет минимальную среди них плотность (с = 1,55 г/смі), самый тяжёлый -- радий, плотность которого примерно равна плотности железа. Все щёлочноземельные металлы имеются (в разных количествах) в природе.

Единственным элементом главной подгруппы II группы, применяемым в сравнительно больших количествах в металлическом состоянии, является магний. Вследствие интенсивного выделения света при горении ни часто пользуются в пиротехнике, а также в фотографии.

4. Цветные металлы

подразделяются на:

1. Легкие металлы - металлы, обладающие малой плотностью (табл.). Л. м. широко распространены в природе (более 20% по массе). Вследствие высокой химической активности они встречаются только в виде весьма прочных соединений. Начало развития металлургии Л. м. относится к середине 19 в. Основные способы получения Л. м. -- электролиз расплавленных солей, металлотермия и электротермия. Л. м. применяются главным образом для производства лёгких сплавов. Важнейшие Л. м. -- алюминий, магний, титан, бериллий, литий.

2. Благородные металлы - Ag(серебро), Pt(платина), Au(золото), Pd(палладий), Os(осмий), Ir(иридий), и др. Сu - полублагородный металл. Обладают высокой устойчивостью против коррозии.

Au, Ag, Pt и их сплавы. Эти металлы пластичны. Имеют высокую стоимость.

Применяют в ювелирном и зубоврачебном деле. Чистое золото из-за его мягкости не применяют. Для повышения твердости золото легируют (добавляют другие элементы). Обычно используются тройные сплавы: Au - Ag - Cu. Применение металлов началось с меди, серебра и золота. Так как они встречаются в природе в чистом (самородном) виде. Применяют в ювелирном и зубоврачебном деле. Чистое золото из-за его мягкости не применяют. Для повышения твердости золото легируют (добавляют другие элементы). Обычно используются тройные сплавы: Au - Ag - Cu.

Наиболее распространенными являются сплавы 375, 583, 750 и 916-й проб - это значит, что в этих сплавах на 1000 г. сплава приходится 375, 583, 750 и 916 г. золота, а остальное - медь, серебро, соотношение которых может быть различным.

Сплавы 916-й пробы наиболее мягкие, но и наиболее коррозионостойкие. С уменьшением индекса пробы коррозионная стойкость уменьшается.

Наибольшей твердостью (следовательно износостойкостью) обладают сплавы 583-й пробы, при соотношении Cu и Ag около 1:1.

Сплавы указанных проб имеют цвет золота

3. Легкоплавкие металлы - ЛЕГКОПЛАмВКИЕ МЕТАмЛЛЫ, металлы, имеющие температуру плавления Т_пл ниже 500°С. Наиболее широкое применение среди легкоплавких металлов получили цинк Zn (Т_пл419^оС), свинец Pb (Т_пл 327^оС), кадмий Cd (Т_пл 321^оС), таллий Tl (Т_пл 303^оС), висмут Bi (Т_пл 271^оС), олово Sn (Т_пл 232^оС), индий In (Т_пл 157^оС), галлий Ga (Т_пл 30^оС), ртуть Hg (Т_пл - 39^оС) и другие.

Эти металлы широко применяются в элекро- и радиотехнике. Их используют в качестве антикоррозионных покрытий, в составе антифрикционных сплавов, в качестве проводниковых материалов.

Свинец применяют для изготовления подшипниковых сплавов, в плавких предохранителях, мягких припоях, свинцовых аккумуляторах и в кабельных оболочках. Так как свинец хорошо поглощает g-лучи, его используют для защиты от радиоактивного излучения.

Олово применяют в качестве защитного покрытия стали (лужение), оно входит в состав мягких припоев.

Цинк применяют в качестве антикоррозионного покрытия стальных изделий, входит в состав латуней. На поверхности стального изделия цинк является эффективным анодным покрытием, так как обладает значительным отрицательным электродным потенциалом.

Галлий и легкоплавкие сплавы на его основе хорошо смачивают твердые материалы, поэтому их применяют вместо ртути для создания жидких затворов в вакуумной аппаратуре. Галлиевые затворы надежнее сохраняют вакуум, чем ртутные.

Кадмий используется в производстве фотоэлементов, щелочных аккумуляторов, в качестве защитного антикоррозионного электролитического покрытия. Ртуть применяется в газоразрядных лампах, для ртутных контактов в реле, в качестве жидкого катода в ртутных выпрямителях.

Используемая литература

Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1977. - УДК669.0(075.8)

Промышленная классификация металлов и сплавов (автор не указан) // Мир металлов и сплавов [Электронный ресурс], 2010 - Режим доступа: http://allmetalls.ru/, свободный. - Загл. с экрана.

Классификация металлических материалов (автор не указан) // Сталь [Электронный ресурс], 2010 - Режим доступа: http://www.stal.by, свободный. - Загл. с экрана.

Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И., Войткун Ф. Материаловедение: Учебник для вузов. - М.: МИСИС, 1999. - 600 с. - УДК 669.017

Тугоплавкие материалы в машиностроении. Справочник, М., 1967; Основы металлургии, т. 4, М., 1967; Савицкий Е. М., Бурханов Г. С., Металловедение сплавов тугоплавких и редких металлов, 2 изд., М., 1971; Крупин А. В., Соловьев В. Я., Пластическая деформация тугоплавких металлов, М., 1971; 3еликман А. Н., Меерсон Г. А., Металлургия редких металлов, М., 1973; Савицкий Е. М., Клячко В. С., Металлы космической эры, М., 1972; Химия и технология редких и рассеянных элементов, т. 1--2, М

Размещено на Allbest.ru