ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Металлы, сплавы и интерметаллиды из "Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева" Несмотря на то что за последние десятилетия в технике получили широкое применение такие неметаллические материалы, как стекло, пластические массы, каучук и резина, все же по-прежнему основными конструкционными материалами являются металлы и их сплавы. [c.114] В соответствии со строением атома к металлам относят элементы 5- (кроме Н и Не), 1- и /-типов, а из элементов р-типа — алюминий, галлий, индий и таллий. В химическом отношении металлы являются только восстановителями и не образуют с водородом при нормальных условиях газообразных соединений. Общеизвестно также, что металлы обладают относительно высокой тепло- л электропроводностью. По этим свойствам к металлам относят такие элементарные вещества, как олово, свинец и висмут, отличающиеся от типичных металлов своей способностью образовывать с водородом газообразные. соединения, а в реакциях наряду с восстановительными свойствами проявлять и окислительные. Таким образом, металлами можно считать более 4/5 всех элементов. [c.114] Одна из таблиц (табл.-37), в которой проводится разделение элементов на металлы и неметаллы, была предложена в 1947 г. [c.114] Агеевым — известным специалистом в области физики и химии металлов и сплавов. В этой таблице показана кристаллическая структура элементарных веществ, имеющая важное значение при изучении сплавов. [c.114] Из таблицы видно, что большинство сверхпроводников относятся к -элементам —15, к /7-элементам относится Тик /-элементам — только 2, среди 5-элементов сверхпроводников не обнаружено . По сверхпроводниковым свойствам 5п, РЬ и В1 также можно отнести к металлам. Из таблицы видно также, что с увеличением номера периода увеличивается и число элементов со сверхпроводниковыми свойствами. Можно считать, что увеличение числа электронных уровней в атоме благоприятствует проявлению сверхпроводниковых свойств. По-видимому, в недалеком будущем должны быть обнаружены новые сверхпроводники среди металлов 7-го периода, а также у лантаноидов — элементов 6-го периода. [c.116] Систематические исследования взаимодействия между металлами— элементами, мало различающимися своими химическими свойствами, стали проводиться со времени введения в практику методов физико-химического анализа, в основе которых лежит исследование изменения свойств системы с изменением ее состава. Основополагающие теоретические и экспериментальные работы в этой области принадлежат Н. С. Курна-кову он же ввел сам термин физико-химический анализ . Наиболее простым объектом изучения являются двухкомпонентные системы, состоящие из двух различных металлов. Добавляя к одному металлу переменные количества другого металла, т. е. изменяя количественный состав системы, изучают изменение какого-либо физического свойства, например электропроводности, твердости, температуры плавления или кристаллизации, плотности, вязкости. На основании полученных данных строят диаграмму состав — свойство и по виду диаграммы делают заключение о типе взаимодействия между металлами. [c.117] В настоящее время изучено несколько тысяч диаграмм состав— свойство двухкомпонентных систем на основе полученных данных сделаны следующие выводы. [c.117] Число возможных двухкомпонентных систем, вероятно, будет равно числу сочетаний из 75 (число известных металлов) по два, т. е. оно чрезвычайно велико. Вполне естественно, что многие из возможных систем еще остаются неизученными. Взаимодействие какого-нибудь одного металла с другими можно проследить на примере серебра, (табл. 39), воспользовавшись данными И. И. Корнилова для 79 элементов (кроме лантаноидов и элементов с Z = 95 -Ь 105). [c.118] Из приведенной таблицы следует, что только золото (Аи) и палладий (Pd) образуют с серебром непрерывные твердые растворы (для Pd характерно также образование интерметалли-дов) 28 элементов с серебром дают ограниченные твердые растворы, а 16 из них одновременно-—интерметаллиды (клетки с диагональной двойной штриховкой) 17 элементов характеризуются образованием с серебром интерметаллидов для двух элементов — кобальта (Со) и кремния (Si) установлены эвтектические сплавы 16 элементов не взаимодействуют с серебром, а системы серебра и 13 различных металлов до сих пор не изучены. [c.118] Чем дальше друг от друга в периодической системе отстоят элементы, тем больше они отличаются друг от друга химической природой, радиусами атомов, числом валентных электронов, величинами ионизационных потенциалов и электроотрицательностей, тем энергичнее они соединяются, образуя ионные молекулы. Чем ближе расположены элементы друг к другу в периодической системе, тем менее возможно образование соединений с ионной связью и тем вероятнее возникновение ковалентной связи, осуществляемой общими парами электронов, или м е -таллической связи, при которой положительные ионы удерживаются в узлах кристаллической решетки вследствие взаимодействия с коллективом валентных электронов, равномерно распределенных в объеме решетки. Естественно, что металлическая связь проявляется между элементами, расположенными в металлической области периодической системы (см. табл. 37). Этот тип связи доминирует при образовании твердых растворов. [c.119] На примере систем серебра с металлами, расположенными в разных группах, можно установить причины образования систем металл — металл разного типа. Для этого следует сравнить характеристики металлов (табл. 40). [c.120] характеристики N3 и Ад наиболее сильно различаются, этим и объясняется образование интерметаллида. Образование непрерывного твердого раствора серебром и золотом обосновывается положением элементов в одной группе периодической системы, одинаковой структурой двух последних уровней в оболочке атомов и аналогичным типом кристаллической решетки. Различие структур электронных уровней, величин радиусов и кристаллических решеток кобальта и серебра является объяснением образования эвтектической смеси. [c.120] На основе анализа большого числа систем различных элементов можно сделать выводы об условиях образования систем того или иного типа. [c.121] Пользуясь сведениями о свойствах элементов, можно предугадать возможность того или иного взаимодействия между металлами. Из табл. 39 видно, что до сих пор не изучены системы серебра с калием, рубидием и цезием. Если сопоставить радиусы атомов серебра и указанных элементов и вычислить их различие (в %) Ад—1,44 А К —2,36 А (64%) КЬ —2,48А (72%) С8 — 2,68 А (86%) можно прийти к заключению, что взаимодействие между ними невозможно. [c.121] Элементы одной и той же группы металлов не образуют между собой химических соединений если какой-нибудь элемент дает химическое соединение с одним из элементов какой-либо группы, то он вступает в соединения со всеми остальными элементами данной группы. [c.121] На основе выявленных общих закономерностей стал возможен научный подход к проблеме получения сплавов с заданными свойствами, а следовательно, стало возможным предотвращение ошибок в этой важной отрасли промышленности. Основной диспетчерской картой металлохимиков является периодическая система Д. И. Менделеева. [c.121] Изменения магнитных свойств элементарных веществ, в том числе и металлов, также тесно связаны со структурой электронной оболочки атомов и, следовательно, с положением элементов в периодической системе Менделеева. Действительно, магнитная восприимчивость элементов (х) изменяется с увеличением порядкового номера (рис. 14). [c.121] Все вещества по способности взаимодействовать с внещним магнитным полем подразделяются на диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные. [c.121] Намагниченность, вызванная внешним полем, пропорциональна его напряженности, а коэффициент пропорциональности, называемый магнитной восприимчивостью, является характеристикой данного вещества. Для диамагнитных веществ она имеет отрицательный знак, для других — положительный (см. рис. 14). [c.122] Следует отметить, что магнитный момент атома б целом определяется суммарным магнитным моментом протонов, нейтронов и электронов. Так как собственные магнитные моменты протона и нейтрона примерно в тысячу раз меньше магнитного момента электрона, то магнитный момент атома определяется в основном суммарным значением магнитного момента электронов. [c.122] Вернуться к основной статье