1.1. Классификация металлов

В технике металлы классифицируют по различиям в свойствах, например, на легкие (р < 5 г/см³ ) и тяжелые ( р > 5 г/см ) или тугоплавкие с температурой плавления выше 1500° С и легкоплавкие с температурой плавления ниже 1000° С.

В промышленности исторически сложилось разделение металлов на черные и цветные. К черным относятся железо и сплавы на его основе, а также основные компоненты этих сплавов — марганец, хром, никель, кобальт, молибден, вольф­рам. К цветным относятся медь, сплавы на ее основе, цинк, олово, свинец - основные компоненты этих сплавов. Особо выделяют группу благородных металлов - платиновые метал­лы и золото.

Термином «редкие металлы» называют металлы, мало распространенные в природе.

Однако наиболее глубокой классификацией металличе­ских элементов является периодическая система. Каждый пе­риод начинается с металлического элемента и число их возрас­тает с увеличением номера периода.

В зависимости от строения атома, т.е. от того, какой именно подуровень у атома металла заполняется электронами, металлы могут относиться к s-,p-, d- или f- элементами.

s – Металлы. s - Металлы - это элементы IA и IIA групп, начиная со второго периода, так как водород занимает, как из­вестно, особое положение.

Характерные свойства s - металлов: а) постоянные ва­лентности или степени окисления 1 или 2; б) основный харак­тер оксидов (исключение Be - оксиды амфотерные); в) гидри­ды имеют солеобразный характер, образуя ионные кристаллы, решетки которых построены из положительных ионов металла и отрицательных ионов Н (исключение составляют Be и Mg).

d - Металлы. К d -металлам относятся 30 элементов в серединах больших периодов и достраивающие свой d - поду­ровень при уже законченном внешнем s - подуровне. Их еще называют «переходными».

d - Металлы характеризуются следующими свойствами:

а) в образовании химических связей у атомов d - метал­лов могут принимать участие электроны как 5 -, так и d - по­дуровня. Участие электронов d - подуровня в химических ре­акциях зависит от степени его заполнения: пока идет заполне­ние подуровня непарными электронами, они все могут прини­мать активное участие в образовании химических связей, а за­тем число активных электронов уменьшается в результате по­явления электронных пар. Например, в четвертом периоде от Sc до Мп высшая степень окисления растет от +3 до +7, а затем снижается до +2( Zn, d¹⁰ s² ). Все d - элементы обладают пере­менной степенью окисления (кроме Zn и Cd)

б) характер оксидов d - металлов зависит от степени окисления: оксиды низшей степени имеют основный характер, средней - амфотерный, а оксиды высшей степени окисления - кислотный характер;

в) гидриды d — металлов - кристаллические вещества и проявляют металлическую проводимость. Наиболее устойчи­вые гидриды d - металлов IVB и VB групп периодической сис­темы.

p-Металлы. К р — металлам относятся элементы IIIA, IVA и VA групп с главным квантовым числом 3,4,5,6.

р – Металлы. характеризуются следующими свойствами:

а) образование химических связей осуществляется s- и р- электронами в процессе их возбуждения и гибридизации (s-p и s-p-d). Однако по мере увеличения главного квантового числа гибридные орбитали становятся менее устойчивыми и связи образуются главным образом р - электронами, что приводит к переменным степеням окисления;

б) оксиды р - элементов амфотерные или кислотные, ос­новные оксиды только у In и Т1. В своих высших кислород­ных соединениях р - металлы проявляют большое сходство с высшими кислородными соединениями неметаллов, электрон­ными аналогами которых они являются;

в) гидриды р - металлов имеют полимерный характер (А1Нз)_х или газообразный (S_nH₄, РbH₄ и т.д.), что еще раз под­тверждает их сходство с неметаллами, стоящими в группах над ними.

f - Металлы. К f - металлам относятся лантаноиды и актиноиды. Эти элементы достраивают электронные подуров­ни 4 f и 5 f при заполненных внешних уровнях 6s² или 7s².

Сложное строение электронных уровней f - металлов сказывается на их свойствах:

а) все f - металлы имеют устойчивую степень окисления +3, но при соответствующем возбуждении проявляют и более высокие степени окисления;

б) f - металлы обладают большим сродством к кислороду и образуют устойчивые оксиды типа R2O3 с большим выделе­нием энергии.