Классификация металлов
Реферат
на тему:
«Классификация металлов»
Выполнил
Студент 1- ого курса
ГОУ НПО ТО «ПУ-41»
Группа №83
ТАРАСОВ аНДРЕЙ сЕРГЕЕВИЧ
Содержание
1. Что такое металлы
. Классификация металлов
. Черные металлы
. Редкоземельные металлы
. щелочные металлы
. 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.
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 |
| 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 <#"center">4. Цветные металлы
подразделяются на:
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., 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 - ЛЕГКОПЛА́ВКИЕ МЕТА́ЛЛЫ, металлы, имеющие температуру плавления Тпл ниже 500°С. Наиболее широкое применение среди легкоплавких металлов получили цинк Zn (Тпл419оС), свинец Pb (Тпл 327оС), кадмий Cd (Тпл 321оС), таллий Tl (Тпл 303оС), висмут Bi (Тпл 271оС), олово Sn (Тпл 232оС), индий In (Тпл 157оС), галлий Ga (Тпл 30оС), ртуть Hg (Тпл - 39оС) 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