金属是一类具有光泽、良好导电性和导热性的元素,如铁、铜等,常用于制造各种工具和设备。
金属是一类具有特有光泽(即对可见光强烈反射)、富有延展性、容易导电和导热的化学物质,金属的这些特质主要与其内部的自由电子有关,这些自由电子可以在金属晶体内移动,从而赋予金属其独特的物理性质。
一、金属的基本概念
金属通常由金属元素组成,这些元素在元素周期表中位于“硼砹分界线”的左下方,金属原子的最外层电子数较少,通常小于4,这使得它们容易失去电子形成阳离子,金属单质在常温下一般都是固体(汞除外),具有较大的密度、良好的导电性和导热性以及较高的熔点。
二、金属的分类
根据金属的不同特性,可以将其分为以下几类:
1、黑色金属:包括铁、铬和锰及其合金,如钢和铸铁。
2、有色金属:除铁、铬和锰以外的所有金属,如铝、铜、锌等。
3、贵金属:包括金、银和铂族金属,这些金属价格昂贵且地壳丰度低。
4、稀有金属:包括稀有轻金属、稀有难熔金属和稀土金属等。
5、准金属:性质介于金属和非金属之间,如硅、硒、碲等。
三、金属的物理性质
1、金属光泽:由于金属原子以最紧密堆积状态排列,内部存在自由电子,当光线投射到金属表面上时,自由电子吸收所有频率的光,然后很快放出各种频率的光,使大多数金属呈现钢灰色以至银白色光泽。
2、导电性和导热性:金属具有良好的导电性和导热性,这是因为金属键的概念使得所有金属中都有自由电子,这些电子在没有外加电场作用时没有一定运动方向,但一旦有外加电场,自由电子便沿着导线由负极移向正极,形成电流。
3、延展性:金属具有良好的延展性,可以抽成丝或压成薄片,最细的白金丝直径可小至1/5000mm,最薄的金箔厚度仅为1/10000mm。
4、密度和硬度:大多数金属密度较大,硬度较低,但不同金属之间差异较大,锂、钠、钾比水轻,而铬、钨等则较硬。
5、熔点:金属的熔点一般较高,但高低差别较大,最难熔的是钨,最易熔的是汞。
四、金属的化学性质
1、与非金属反应:位于金属活动顺序表前面的一些金属容易与氧化合形成氧化物,如钠、钾等。
2、与水和酸的反应:活泼金属能与水反应置换出氢气,如钠、钾等;较活泼的金属能与酸反应生成氢气,如镁、锌等。
3、与碱的反应:只有少数显两性的金属能与碱反应生成氢气,如锌和铝。
4、与配位剂的作用:配合物的形成改变了金属的电极电势,从而影响其性质。
五、金属在自然界的存在形式
在自然界中,绝大多数金属以化合态存在,少数金属如金、铂、银、铋以游离态存在,金属矿物多数是氧化物及硫化物,其他存在形式有氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐。
六、金属的用途
金属元素是化学元素的主体,是人们生产和生活的主要物质资源,不同的金属具有不同的用途:
1、钨:用于制造合金钢和灯炮中的钨丝。
2、铬:用于电镀和制造特殊钢材。
3、锰:用于制造铁轨、轴承和装甲板。
4、锂:用于制轻质合金和锂电池。
5、铜:用于电气工业和建筑业。
6、金、银和铂族金属:用于珠宝和投资。
七、金属材料的性能
金属材料的性能主要分为工艺性能和使用性能两类,工艺性能指金属材料在加工制造过程中表现出来的性能,如铸造性能、可焊性、热处理性能等,使用性能指金属材料在使用条件下表现出来的性能,如力学性能、物理性能和化学性能。
八、金属材料的疲劳现象
金属材料在交变载荷的作用下,即使应力水平低于材料的屈服极限,经过长时间的应力反复循环作用后,也会发生突然脆性断裂,这种现象称为金属材料的疲劳。
金属是一类具有独特物理和化学性质的物质,广泛应用于各个领域,了解金属的基本概念、分类、物理性质、化学性质、存在形式和用途,对于理解其在工业生产和日常生活中的重要性至关重要。