Металлы

О соотв. направлении рок-музыки см. метал.

Мета́лл (название происходит от лат. metallum — шахта) — один из классов элементов, которые, в отличие от неметаллов (и металлоидов), обладают характерными металлическими свойствами. Металлами являются большинство химических элементов (примерно 80 %). Самым распространённым металлом в земной коре является алюминий.

Определение Ломоносова

Металлы — суть светлые тела, которые ковать можно.

Нахождение в природе

Большая часть металлов присутствует в природе в виде руд и соединений. Они образуют оксиды, сульфиды, карбонаты и другие химические вещества. Для получения чистых металлов и дальнейшего их применения необходимо выделить их из руд и провести очистку. При необходимости проводят легирование и другую обработку металлов. Изучением этого занимается наука металлургия. Металлургия различает руды чёрных металлов (на основе железа) и цветных (в их состав не входит железо, всего около 70 элементов). Исключением можно назвать около 16 элементов: т. н. благородные металлы (золото, серебро и др.), и некоторые другие (например, ртуть, медь), которые присутствуют без примесей. Золото, серебро и платина относятся также к драгоценным металлам. Кроме того, в малых количествах они присутствуют в морской воде, растениях, живых организмах (играя при этом важную роль).

Свойства металлов

Характерные свойства металлов

• Металлический блеск
• Хорошая электропроводность
• Возможность лёгкой механической обработки (например, пластичность)
• Высокая плотность
• Высокая температура плавления
• Большая теплопроводность
• В реакциях являются восстановителями

Физические свойства

Все металлы (кроме ртути) тверды при нормальных условиях. Температуры плавления лежат в диапазоне от −39 °C (ртуть) до 3410 °C (вольфрам). В зависимости от их плотности, металлы делят на лёгкие (плотность 0,53 ÷ 5 г/см³) и тяжёлые (5 ÷ 22,5 г/см³).

Микроскопическое строение

Характерные свойства металлов можно понять, исходя из их внутреннего строения. Все они имеют слабую связь электронов внешнего энергетического уровня (другими словами, валентных электронов) с ядром. Благодаря этому созданная разность потенциалов в проводнике приводит к лавинообразному движению электронов (называемых электронами проводимости) в кристаллической решётке. Совокупность таких электронов часто называют электронным газом. Вклад в теплопроводность, помимо электронов, дают фононы (колебания решётки). Пластичность обусловлена малым энергетическим барьером для движения дислокаций и сдвига кристаллографических плоскостей. Твёрдость можно объяснить большим числом структурных дефектов (междоузельные атомы, вакансии и др.).

Из-за лёгкой отдачи электронов возможно окисление металлов, что может приводить к коррозии и дальнейшей деградации свойств. Способность к окислению можно узнать по стандартному ряду активности металлов. Этот факт подтверждает необходимость использования металлов в комбинации с другими элементами (сплав, важнейшим из которых является сталь), их легирование и применение различных покрытий.

Для более корректного описания электронных свойств металлов необходимо использовать квантовую механику. Во всех твёрдых телах с достаточной симметрией уровни энергии электронов отдельных атомов перекрываются и образуют разрешённые зоны, причём зона, образованная валентными электронами, называется валентной зоной. Слабая связь валентных электронов в металлах приводит к тому, что валентная зона в металлах получается очень широкой, и всех валентных электронов не хватает для её полного заполнения.

Принципиальная особенность такой частично заполненной зоны состоит в том, что даже при минимальном приложенном напряжении в образце начинается перестройка валентных электронов, т. е. течёт электрический ток.

Та же высокая подвижность электронов приводит и к высокой теплопроводности, а также к способности зеркально отражать электромагнитное излучение (что и придаёт металлам характерный блеск).

Некоторые металлы

1. Щелочные:
   • Литий
   • Натрий
   • Калий
2. Щёлочноземельные:
   • Бериллий
   • Магний
   • Кальций
3. Переходные
   • Железо
   • Платина
4. Другие:
   • Алюминий
   • Свинец
   • Медь
   • Цинк

Применение металлов

Конструкционные материалы

Металлы и их сплавы — один их главных конструкционных материалов современной цивилизации. Это определяется прежде всего их высокой прочностью, однородностью и непроницаемостью для жидкостей и газов. Кроме того, меняя рецептуру сплавов, можно менять их свойства в очень широких пределах.

Электротехнические материалы

Металлы используются как в качестве хороших проводников электричества (медь, алюминий), так и в качестве материалов с повышенным сопротивлением для резисторов и электронагревательных элементов (нихром и т. п.).

Инструментальные материалы

Металлы и их сплавы широко применяются для изготовления инструментов (их рабочей части). В основном это инструментальные стали и твёрдые сплавы. В качестве инструментальных материалов применяются также алмаз, нитрид бора, керамика.

Ссылки

• Статьи об обработке металлов

ar:فلز bg:Метал bs:Metal (hemija) ca:Metall chr:ᎠᎾᎦᎵᏍᎩ ᎦᏂᏱᏍᎩ cs:Kov cy:Metel da:Metal de:Metall el:Μέταλλα en:Metal eo:Metalo (fiziko) es:Metal et:Metallid fa:فلز fi:Metalli fr:Métal gd:Meatailt he:מתכת hr:Kovine hu:Fémek id:Logam is:Málmur it:Metallo ja:金属 jbo:jinme ko:금속 ku:Lajwerd la:Metallum lb:Metall lmo:Metàj lt:Metalai lv:Metāls mk:Метал ms:Logam nds:Metall nl:Metaal nn:Metall no:Metall pl:Metale (chemia) pt:Metal qu:Q'illay ro:Metal sh:Metal (hemija) simple:Metal sk:Kov sl:Kovina sr:Метал (хемија) sv:Metall ta:உலோகம் th:โลหะ tl:Metal tr:Metal (kimya) ug:مېتلا uk:Метали vi:Kim loại yi:אייזן zh:金属 zh-yue:金屬