Prvi material, ki so se ga ljudje naučili uporabljati za svoje potrebe, je kamen. Vendar pa se je kasneje, ko se je človek zavedal lastnosti kovin, kamen premaknil daleč nazaj. Prav te snovi in njihove zlitine so postale najpomembnejši in glavni material v rokah ljudi. Iz njih so izdelovali gospodinjske predmete, delovno orodje, zgradili prostore. Zato bomo v tem članku preučili, kaj so kovine, katerih splošne značilnosti, lastnosti in uporaba so tako pomembne do danes. Konec koncev je dobesedno takoj po kameni dobi sledila cela galaksija kovinskih: bakra, brona in železa.
Kovine: splošne značilnosti
Kaj združuje vse predstavnike teh preprostih snovi? Seveda je to struktura njihove kristalne mreže, vrste kemičnih vezi in značilnosti elektronske strukture atoma. Konec koncev, od tod značilne fizikalne lastnosti, ki so osnova za uporabo teh materialov s strani ljudi.
Najprej upoštevajte kovine kot kemične elemente periodnega sistema. V njem se nahajajo precej prosto in zavzemajo 95 celic od do zdaj znanih 115. Na splošno je več značilnosti njihove lokacije.sistem:
- Sestavljajo glavne podskupine skupin I in II, pa tudi III, začenši z aluminijem.
- Vse sekundarne podskupine so sestavljene samo iz kovin.
- Nahajajo se pod pogojno diagonalo od bora do astatina.
Na podlagi takšnih podatkov je enostavno videti, da so nekovine zbrane v zgornjem desnem delu sistema, preostali prostor pa pripada elementom, ki jih obravnavamo.
Vsi imajo več značilnosti elektronske strukture atoma:
- Velik atomski polmer, zaradi katerega vez med zunanjim elektronom in jedrom oslabi, zato ga kovine zlahka oddajo in delujejo kot redukci.
- Majhno število elektronov v zunanji energijski plasti.
- V skupini od zgoraj navzdol se kovinske lastnosti elementov povečajo, v obdobju od leve proti desni pa, nasprotno, oslabijo. Torej je najmočnejša nekovina fluor, najšibkejša pa francij.
Splošne značilnosti kovin in nekovin nam omogočajo, da prepoznamo vzorce v njihovi strukturi. Tako je kristalna mreža prvega kovinska, posebna. Njegova vozlišča vsebujejo več vrst delcev hkrati:
- ioni;
- atomi;
- elektroni.
V notranjosti se nabira navaden oblak, imenovan elektronski plin, ki pojasnjuje vse fizikalne lastnosti teh snovi. Vrsta kemične vezi v kovinah z istim imenom.
Fizične lastnosti
Obstajajo številni parametri, ki združujejo vse kovine. Splošne značilnosti njihovega fizičnegalastnosti izgledajo takole.
- Kovinski sijaj. Imajo ga vsi predstavniki te skupine snovi. Hkrati večina odbija svetlobo ene valovne dolžine, zato oddaja mehko belo-srebrno barvo. Toda nekatere (zlato, baker, številne zlitine) imajo rumen lesk.
- kovnost in plastičnost. Ta parameter je lasten tudi kovinam. Splošna značilnost na tej podlagi pa ni povsem točna, saj so med predstavniki zelo mehki, kovni in duktilni, obstajajo pa precej krhki, ki so obdelani. Najbolj upogljivi in duktilni so zlato, srebro, baker, aluminij in drugi. Manj upogljiv - kositer, svinec, mangan in drugi.
- Električna in toplotna prevodnost. Imajo ga vsi predstavniki brez izjeme. Kovine so prevodniki prve vrste.
- Visoko tališče in vrelišče. Na podlagi tega so razdeljeni na ognjevzdržne (temperatura nad 1500 stopinj), topljive - pod določeno številko.
- Lahke in težke kovine, odvisno od njihove gostote. Manjša je, manjša je atomska teža elementa. Najlažji je litij, najtežji pa osmij.
- Trdota. Rekorder za ta indikator je krom, najmehkejši pa cezij, topi se v rokah.
Navedeni parametri - to je splošna značilnost kovin, torej vsega, kar jih združuje v eno veliko družino. Vendar je treba razumeti, da obstajajo izjeme pri vsakem pravilu. Poleg tega je takšnih elementov preveč. Zato v sami družini,obstajajo delitve na različne skupine, ki jih bomo obravnavali v nadaljevanju in za katere bomo navedli značilnosti.
Kemijske lastnosti
Z vidika kemijske znanosti so vse kovine redukcijske snovi. In zelo močno. Manj elektronov na zunanji ravni in večji je atomski polmer, močnejša je kovina glede na določen parameter.
Zaradi tega lahko kovine reagirajo z:
- nekovine;
- voda;
- kisline;
- z alkalijami (amfoterne kovine);
- oksidi;
- soli šibkejših kovin.
To je le splošen pregled kemičnih lastnosti. Navsezadnje so za vsako skupino elementov povsem individualni.
zemeljskoalkalijske kovine
Splošne značilnosti zemeljskoalkalijskih kovin so naslednje:
- Imeti dva elektrona na zunanji ravni.
- Sestavljajo drugo skupino glavne podskupine periodnega sistema, razen berilija.
- V normalnih pogojih so to trdne snovi, ki jih ni mogoče rezati z nožem.
- Barva preprostih kovin je srebrno siva, prekrita z oksidnim filmom v zraku.
- Njihova kemična aktivnost je visoka, poveča se od magnezija do radija.
- Razširjena v naravi, zlasti kalcij. V preprosti obliki jih zaradi visoke aktivnosti ne najdemo, tvorijo pa veliko različnih spojin, ki so pomembne za človeka.
- Biološko pomembno. Kalcij in magnezij sta pomembna elementa v sledovih za človeško telo inživali. Magnezij je tudi del rastlinskega klorofila.
Tako so zemeljskoalkalijske kovine pogosti elementi družine s, ki kažejo visoko kemično aktivnost in so močna redukcijska sredstva ter pomembni udeleženci bioloških procesov v telesu.
Alkalijske kovine
Splošna značilnost alkalijskih kovin se začne z njihovim imenom. Prejeli so ga zaradi sposobnosti, da se raztopi v vodi in tvori alkalije - jedke hidrokside. Reakcije z vodo so zelo burne, včasih vnetljive. Te snovi v naravi ne najdemo v prosti obliki, saj je njihova kemična aktivnost previsoka. Reagirajo z zrakom, vodno paro, nekovinami, kislinami, oksidi in solmi, skoraj vsem.
To je posledica njihove elektronske strukture. Na zunanji ravni je samo en elektron, ki ga zlahka oddajo. To so najmočnejša redukcijska sredstva, zato je trajalo precej časa, da so jih pridobili v čisti obliki. To je prvi storil Humphrey Davy že v 18. stoletju z elektrolizo natrijevega hidroksida. Zdaj so vsi predstavniki te skupine rudarjeni s to metodo.
Splošna značilnost alkalijskih kovin je v tem, da predstavljajo prvo skupino glavne podskupine periodnega sistema. Vsi so pomembni elementi, ki tvorijo številne dragocene naravne spojine, ki jih uporablja človek.
Splošne značilnosti kovin d- in f-družin
Ta skupina elementov vključuje vse tistekaterih oksidacija je lahko različna. To pomeni, da lahko kovina, odvisno od pogojev, deluje tako kot oksidant kot redukcijsko sredstvo. Takšni elementi imajo veliko sposobnost, da vstopijo v reakcije. Med njimi je veliko število amfoternih snovi.
Splošno ime za vse te atome so prehodni elementi. Prejeli so ga zato, ker po svojih lastnostih res stojijo tako rekoč na sredini med tipičnimi kovinami družine s in nekovinami družine p.
Splošna značilnost prehodnih kovin pomeni označevanje njihovih podobnih lastnosti. So naslednji:
- veliko število elektronov na zunanji ravni;
- velik atomski polmer;
- več oksidacijskih stanj (od +3 do +7);
- valenčni elektroni so na d- ali f-podravni;
- tvori 4-6 velikih obdobij sistema.
Kovine te skupine so kot enostavne snovi zelo močne, duktilne in kovljive, zato so velikega industrijskega pomena.
Stranske podskupine periodnega sistema
Splošne značilnosti kovin sekundarnih podskupin popolnoma sovpadajo s tistimi prehodnih. In to ni presenetljivo, saj je v resnici popolnoma ista stvar. Samo stranske podskupine sistema tvorijo ravno predstavniki d- in f-družin, torej prehodne kovine. Zato lahko rečemo, da so ti pojmi sinonimi.
Najaktivnejši in najpomembnejši med njimi je prva vrsta 10 predstavnikov od skadija do cinka. Vsi so velikega industrijskega pomena in pogostouporablja človek, zlasti za taljenje.
Zlitine
Splošne značilnosti kovin in zlitin nam omogočajo, da razumemo, kje in kako je mogoče te snovi uporabiti. Takšne spojine so v zadnjih desetletjih doživele velike preobrazbe, saj se odkriva in sintetizira vedno več novih dodatkov za izboljšanje njihove kakovosti.
Najbolj znane zlitine danes so:
- medenina;
- duralumin;
- lito železo;
- jeklo;
- bronasti;
- bo zmagal;
- nichrome in drugi.
Kaj je zlitina? To je mešanica kovin, pridobljenih s taljenjem slednjih v posebnih pečalnih napravah. To se naredi zato, da dobimo izdelek, ki je po lastnostih boljši od čistih snovi, ki ga tvorijo.
Primerjava lastnosti kovin in nekovin
Če govorimo o splošnih lastnostih, se bodo lastnosti kovin in nekovin razlikovale v eni zelo pomembni točki: pri slednjih podobnih lastnosti ni mogoče razlikovati, saj se zelo razlikujejo po svojih fizikalnih in kemijskih lastnostih.
Zato je nemogoče ustvariti takšno lastnost za nekovine. Možno je le ločeno obravnavati predstavnike vsake skupine in opisati njihove lastnosti.
