• Статьи
  • Физические свойства металлов

Физические свойства металлов

1

Характерные физические свойства металлов можно определить с помощью теории металлических связей , предполагающей существование «электронного газа» в кристаллических решетках металлов.

 

Представление электронов, слабо связанных с атомом и, как следствие, легко подвижных в кристаллической решетке, придает всем металлам известные свойства, такие как:
Температуры плавления находятся в относительно широком диапазоне: от -38,9 °С (для ртути) до 3410 °С (для вольфрама ). При плавлении подведенная тепловая энергия расходуется на разделение атомов металла, которые становятся подвижными. Чем прочнее связь между атомами в металле, тем больше энергии необходимо для их разделения и тем выше температура плавления .

Хотя на величину температуры плавления металла влияют и другие факторы, например кристаллическая структура, несомненно, наибольшее влияние оказывает прочность металлической связи в кристаллической решетке каждого отдельного металла.

Более высокая температура плавления щелочноземельных металлов , чем температура плавления щелочных металлов , объясняется теорией электронного газа. Согласно этой теории, в металлических решетках щелочноземельных металлов имеются дважды положительно заряженные ионы, поэтому электростатическое притяжение между ионами металла и электронами из «электронного газа» больше, чем в щелочных металлах, ионы которых одновалентны.

Электрическая и теплопроводность
Поскольку валентные электроны в металле могут свободно перемещаться между положительно заряженными ионами, они легко перемещаются под действием электрического поля, т.е. электрический ток складывается из тока электронов, протекающих через металл под действием потенциала разности, устанавливаемой на концах металлического проводника внешним источником тока.

Такой вид электронной проводимости, реализующийся за счет движения электронов, называется электронной или металлической проводимостью тока. Металлические проводники не изменяются при проведении тока, в отличие от ионных проводников (электролитов), которые изменяются за счет химической реакции (окислительно-восстановительной) на электродах.

Металлические проводники.
Они могут проводить ток бесконечно. В то время как электропроводность ионных проводников уменьшается при понижении температуры, проводимость металлических проводников увеличивается. Теплопроводность в твердых веществах основана на передаче энергии за счет соприкосновения частиц (атомов, молекул или ионов), сильнее колеблющихся в более горячей части вещества, с частицами более холодной части, при этом амплитуды увеличиваются, усиливаются колебания ядер атомов и повышается температура вещества. Лучшими проводниками электрического тока среди металлов являются Ag, Au, Al, Cu.

Механические свойства
Так как электроны в металле находятся в постоянном движении и не занимают фиксированных положений вокруг отдельных атомов, то атомы в металле могут сравнительно легко менять свое положение под действием внешней силы, не разрывая связей между собой. При механической деформации металла подвижные электроны приспосабливаются к изменившемуся положению атомов в металле, создавая тем самым дополнительную металлическую связь. Поэтому металлы легко обрабатываются ковкой, прокаткой и другими методами механической обработки. Большинство ковалентных и ионных соединений не могут быть деформированы таким образом. Если к таким соединениям приложить механическую силу для изменения их формы, кристаллическая структура разрушается.
Светить

Металлический блеск объясняется взаимодействием света с электронами в металле. Когда свет падает на металлическую поверхность, электроны поглощают энергию светового фотона и переходят с более низкого энергетического уровня на более высокий уровень. Электрон, однако, недолго остается на более высоком энергетическом уровне, а переизлучает фотон той же энергии и возвращается на исходный энергетический уровень. Из-за этого переизлучения света металлические поверхности имеют сильное отражение и характерный блеск.

Термоэлектронная эмиссия электронов
При нагревании металла увеличивается кинетическая энергия электронов, так что при определенной температуре часть из них имеет достаточно энергии, чтобы покинуть металл. Если их притягивает еще и какой-то положительный потенциал вне металла, возникает поток электронов, т. е. постоянный электрический ток. Такое явление известно как термоэлектронная эмиссия электронов.