Электронное строение и физические свойства металлов

Электронное строение и физические свойства металлов [c.360]

Главное влияние на физические свойства металлов оказывает электронное строение атомов элемента и строение кристаллической решетки металла. Важными характеристиками кристаллической решетки являются ее симметрия и координационное число металла. Кристаллические решетки металлов бывают различной симметрии, но наиболее часто встречаются объемно-центрированная кубическая (ОЦК), гранецентрированная кубическая (ГЦК) и плотнейшая гексагональная (Г) кристаллическая решетка (рис. 11.1). [c.319]

Из 110 известных к настоящему времени элементов только 22 относятся к неметаллам, больщинство же элементов — металлы. Металлы отличаются от неметаллов физическими, химическими, механическими свойствами. Особенности этих отличий обусловлены электронным строением простых веществ, вытекающим из числа и типа валентных электронов атомов элементов. [c.318]

Кристаллические решетки металлов сходны с атомными решетками. Но в атомных решетках связи между атомами ковалентные, а в металлах мы встречаемся с новым видом химической связи металлической связью. Валентные электроны не закреплены в металлах каждый за своим атомом или своей парой атомов (как в ковалентных связях), а могут отщепляться от атомов и свободно блуждать между ними. Такие электроны осуществляют связь между ионами металла, наподобие прослойке воды между сложенными вместе пластинками она позволяет перемещать пластинки относительно друг друга, но сопротивляется отрыванию одной пластинки от другой. Из тако- го внутреннего строения металлов проистекают их характерные, общие физические свойства [c.121]

Такие физические свойства металлов, как удельный вес, температура плавления и кипения, твердость, зависят от индивидуальных особенностей атомов отдельных элементов их массы, заряда ядра, строения внутренних электронных слоев и т. п. Эти свойства для различных металлов часто колеблются в широких интервалах. Так, температура плавления наиболее тугоплавкого металла вольфрама равна 3410° С, цезия около 28° С, а ртуть при обычных условиях находится в л<идком состоянии. [c.235]

Физические свойства. Одним из важнейших свойств гафния является способность испускать электроны как в металлическом, так и в солеобразном состояниях. Поэтому он применяется в рентгено- и радиотехнике. По физическим свойствам он больше всего похож на цирконий, ближайшим аналогом которого является, что обусловливается одинаковым построением электронной оболочки, близкими величинами радиусов атомов и ионов одинаковой зарядности и одинаковым кристаллическим строением. Место его в таблице Менделеева определено на основании рентгеновского спектра. В чистом виде гафний, как и цирконий, — металл серебристо-белого цвета, твердый, хрупкий плотность 13,31, очень тугоплавкий (т. пл. 2222° С). [c.302]

Такого плана я пытался придерживаться при подготовке второго издания Общей химии . Мною введены две новые главы, посвященные атомной физике (гл. П1 и Vni). В этих главах довольно подробно рассмотрены вопросы, связанные с открытием рентгеновских лучей, радиоактивности, электронов и атомных ядер, описана природа и свойства электронов и ядер, изложена квантовая теория, фотоэлектрический эффект и фотоны, теория атома по Бору, отмечены некоторые изменения наших представлений об атоме, внесенные квантовой механикой, рассмотрены другие вопросы учения о строении атома. Все это позволит студенту первого курса вычислить энергию фотона света данной длины волны и предсказать, приведет ли поглощение света данной длины волны к расщеплению молекулы на атомы. Некоторые разделы элементарной физической химии в книге изложены подробнее, чем это было сделано в первом издании. Введена отдельная глава, посвященная биохимии. Значительной переработке подверглось изложение химии металлов. Рассмотрение вопросов, относящихся к химии металлов, начинается теперь с главы, в которой показаны характерные особенности металлов и сплавов и описаны методы добычи и очистки металлов. Затем следуют три главы, посвященные химии переходных металлов в первой главе рассмотрены скандий, титан, ванадий, хром, марганец и родственные им металлы во второй — железо, кобальт, никель, платиновые металлы в третьей — медь, цинк, галлий, германий и ближайшие к ним по свойствам металлы. В той или иной мере пересмотрено и большинство других глав. [c.10]

Таким строением атома в 4-м периоде обладает марганец Мп несмотря на малый радиус атома, его металлические свойства резко снижены по сравнению с другими металлами. Свойства его электронных аналогов Тс и Не, находящихся в 5-м и 6-м периодах, тоже отклоняются от характерных для металлов, но в меньшей степени, так как их внешние электроны находятся на более далеких от ядер энергетических уровнях п более подвижны (наличие вакантных уровней). Заполнение электронного подуровня сопровождается проскоками электронов с подуровня 5 или внутренним возбуждением (Сг, Мо, МЬ и т. д.). Однако эти нарушения существенного влияния на физические свойства металлических кристаллов не оказывают. [c.309]

Физические свойства -металлов, как и всех элементов, определяются строением их атомов и их упаковкой в кристаллических решетках (см. гл. 10). Специфика их свойств определяется тем, что до тех пор, пока вакантный подуровень не заполнится непарными электронами, т. е. до накопления в нем 5 электронов, радиусы атомов сокращаются дальнейшее пополнение электронами подуровня заключается в накоплении электронных пар и уменьшении числа непарных электронов, что, в свою очередь, приводит вновь к увеличению радиуса атома. [c.309]

Строение атомов (см. 24, 36) и металлическая связь (см. 28) позволяют объяснить физические свойства металлов. Так, тот факт, что металлы хорошо проводят электричество, объясняется присутствием в них свободных электронов, которые под влиянием даже небольшой разности потенциалов перемещаются от отрицательного полюса к положительному. [c.257]

Физические и химические свойства металлов. Электронное строение металлов, изоляторов и полупроводников. Металлы обладают рядом общих свойств, к общим физическим свойствам металлов относятся их высокая электропроводность, высокая теплопроводность, пластичность, т. е. способность подвергаться деформации при обычных и при повышенных температурах, не разрушаясь. Пластичность металлов имеет очень большое практическое значение. Благодаря этому свойству металлы поддаются ковке, прокатке, вытягиванию в проволоку (волочению), штамповке. Металлам присущ также металлический блеск, обусловленный их способностью хорошо отражать свет и непрозрачностью . [c.524]

Физические и химические свойства простых и сложных веш,еств, образуемых различными элементами, определяются особенностями строения электронных оболочек, а также зарядом и массой ядер атомов этих элементов. Тем не менее исторически разделение элементов на два больших класса — металлы и неметаллы — возникло задолго до того, как было обнаружено сложное строение атома и создана периодическая система элементов. В основу такого разделения были положены довольно отчетливые различия в некоторых физических свойствах простых веш,еств, образуемых различными элементами. [c.106]

Несмотря иа то что у атома кремния строеипе внешней электронной оболочки такое же, как у атома углерода, в химии этих двух элементов мало сходства. Действительно, хотя структура элементного кремния такая же, как одной из модификаций углерода— алмаза, а также соблюдается соответствие формул некоторых простейших соединений кремния и углерода, однако в химических и физических свойствах соединений этих элементов редко наблюдается большое сходство. Поскольку кремний бо-. (ее электроположителен, чем углерод, со многими металлами он образует соединения, которые имеют строение, типичное длл сплавов (разд. 23.4), и некоторые из них имеют ту же структуру, что и соответствующие бориды. Фактически кремний во-многом больше напоминает бор, чем углерод, хотя формулы соединений кремния и бора обычно совершенно различны. Некоторые из таких параллелей в химии кремния и бора рассмотрены в начале следующей главы. Силициды ио своему строению мало ио.хожи па карбиды, по весьма сходны с боридами например, -)то проявляется в образовании каркасов из атомов 51 (В), хотя немногие силициды н бориды действительно пзоструктурны. [c.88]

Попытки классифицировать элементы предпринимались издавна и завершились гениальным открытием Д. М. Менделеева, который в 1869 г. создал периодическую систему элементов. По закону периодичности—фундаментальному закону природы — химические и физические свойства веществ, образованных элементами, связаны прежде всего с электронными конфигурациями и величиной заряда ядра соответствующих элементов. Кроме общей классификации элементов, основанной на строении электронных конфигураций и закономерностях периодической системы, существует давнее традиционное разделение их на металлы и неметаллы. [c.317]

Сущность образования металлической связи состоит в следующем. Атомы металлов легко отдают наружные электроны, и некоторые из них превращаются в положительно заряженные ионы. Оторвавшиеся от атомов электроны относительно свободно перемещаются между возникшими положительными ионами металлов. Между этими частицами возникает металлическая связь, т. е. электроны как бы цементируют положительные ионы в металлической решетке (рис. 12). Таким строением металлов обусловлены и их характерные физические свойства. [c.74]

Из приведенных данных видно, что по величине энергии ионизации водород стоит шачительно ближе к фтору, чем к литию, и никакие металлические свойства свободному атому водорода, следовательно, не присущи. Точно так же положительно заряженный ион водорода не имеет ничего общего со свойствами ионов щелочных металлов, поскольку является элементарной частицей — протоном. Вместе с тем в электрохимическом ряду напряжений водород ведет себя как металл. Это объясняется тем, что электрохимический ряд напряжений служит характеристикой атомов металлов в водных растворах (см. гл. V, 11). При ионизации атома водорода в присутствии воды образуется ион гидроксония Н3О+, что сопровождается выделением энергии. Вследствие этого энергия ионизации атома водорода в водном растворе резко снижается и становится близкой к величине энергии ионизации атомов металлов. Заметим, что по некоторым физическим свойствам ион Н3О+ в растворе ведет себя подобно катионам щелочных металлов. Однако эти особенности не относятся к атому или иону водорода и не дают оснований рассматривать его как металл. Сходство строения внешней электронной оболочки атома водорода с внешними электронными оболочками атомов щелочных металлов носит, следовательно, такой же формальный характер, как и однотипность строения внешних электронных оболочек атома гелия и атомов элементов II группы. [c.160]

Общими физическими свойствами, характеризующими металлы, обладают в свободном состоянии 82 элемента из 105. Естественно предположить, что атомы этих элементов должны быть сходными и по строению. Атомы элементов главных подгрупп I—III групп периодической системы на внешнем энергетическом уровне имеют мало электронов (от одного до трех) и, стремясь принять более устойчивое состояние (структуру атомов благородных газов), сравнительно легко отдают эти электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы. Эта особенность обусловливает своеобразное строение кристаллической решетки металлов, которая состоит из положительных ионов и атомов, находящихся в узлах решетки. Между узлами находятся электроны, не принадлежащие каким-либо определенным атомам. Малые размеры электронов позволяют им более или менее свободно перемещаться по всему кристаллу металла, переходя от одного атома или иона к другому атому или иону. При достаточном сближении электронов с ионами образуются нейтральные атомы, которые снова распадаются на ионы и электроны. Следовательно, в кристалле металла существует своеобразное равновесие [c.390]

Термодинамические свойства и особенности электронного строения некоторых сплавов переходных металлов. Г. М. Лукашенко. Физическая химия конденсированных фаз, сверхтвердых материалов и их границ раздела. Наукова думка , К-, 1975, с. 155—161. [c.230]

Описанные особенности электронного строения атомов подгруппы находятся в хорошем соответствии с физическими свойствами образуемых ими металлов, которые приведены в табл. XIV- . [c.206]

Приведенное выше описание электронного строения металлов является предельно упрощенным. У переходных металлов благодаря участию в перекрывании х-, р- и -ор-биталей атомов возникает довольно сложная зонная структура энергетических уровней. Однако у всех металлических элементов в той или иной степени обнаруживаются такие характерные свойства, как высокие электропроводность и теплопроводность, металлический блеск, пластичность и ковкость. Физические свойства металлов зависят от [c.361]

Общность ряда существенных физических свойств металлов, их резкое отличие от свойств типичных неметаллов в значительной мере обусловлены своеобразием внутреннего строения образуемых металлами кристаллических структур. В свою очередь поскольку силы, связывающие атомы металлов в кристаллическую решетку, определяются состоянием валентьых электронов свободных атомов, причины своеобразия физических свойств металлов следует искать в особенностях строения электронных оболочек и в природе металлической связи. Так как химические свойства свободных металлов и их соединений неразрывно связаны с физическими свойствами и также определяются строением электронных оболочек атомов и кристаллической структурой их соединений, следует кратко остановиться на этих важнейших характеристиках, определяющих совокупность физико-химических свойств металлов. [c.107]

Физические свойства металлов. Физические свойства металлов объясняются особым строением их кристаллической решетки. Кристаллы металлов состоят из положительных ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки, и обобщенных валентных электронов ( электронногогаза ), которые беспорядочно перемещаются между ионами и удерживают их в сближенном состоянии. Такой вид химической связи называется металлической связью. При достаточном сближении электронов с ионами образуются нейтральные атомы, которые тут же снова распадаются на ионы и электроны. Поэтому в металлах всегда имеются как положительно заряженные ионы и электроны, так и небольшое количество нейтральных атомов. Между ними существует своеобразное равновесие [c.280]

И)0. Физические и химические свойства металлов. Электронное строение металлов, изоляторов и полупроводников. Металлы облагают рядом общих снонств, к общим физическим свойствам ме-игтлов относятся их высокая электропроводность, высокая тепло- [c.530]

Современная неорганическая химия состоит из многих самостоятельных разделов, например химии комплексных соединений, химии неорганических полимеров, химии полупроводников, металлохимии, физико-химического анализа, химии редких металлов, радиохимии и т. п. Неорганическая химия давно перешагнула стадию описательной науки и в настоящее время переживает свое второе рождение в результате широкого привлечения квантовохимических методов, зонной модели энергетического спектра электронов, открытия валентнохимических соединений благородных газов, целенаправленного синтеза материалов с особыми физическими и химическими свойствами. На основе глубокого изучения зависимости между химическим строением и свойствами она успешно решает главную задачу создание новых неорганических веи еств с заданными свойствами. Неорганическая химия, как и любая естественная наука, руководствуется методологией диалектического материализма, следовательно, опирается на ленинскую теорию отражения От живого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике... . Живое созерцание осуществляется, как правило, при помощи эксперимента — наблюдения явлений в искусственно созданных условиях. Из экспериментальных методов важнейшим является метод химических реакций. Химические реакции — превращение одних веществ в другие путем изменения состава и химического строения. Во-первых, химические реакции дают возможность исследовать химические свойства вещества. Аналитическая химия использует химические реакции для установления качественного и количественного состава вещества. Кроме того, но химическим реакциям исследуемого вещества можно косвенно судить о его химическом строении. Прямые же методы установления химического строения в большинстве своем основаны на использовании физических явлений. Во-вторых, на основе химических реакций осуществляется неорганический синтез. За последнее время неорганический синтез достиг большого успеха, особенно в получении особочистых соединений в виде монокристаллов. Этому способствовало применение высоких температур и давлений, глубокого вакуума, внедрение бесконтейнерных способов синтеза и т. п. [c.7]

По физическим свойствам и строению кадмийорганические соединения аналогичны соответствующим производным циика. Ди-алкильиые соединения несколько менее летучи (диметилкадмий имеет т. кип. 105,7°С) и являются несколько менее сильными акцепторами электронов. Известно небольшое число способных к выделению комплексов этих соединений с эфирами, аминами и другими соединениями, а соответствующие ат-комплексы обычно нестабильны. Несимметричные кадмийорганические соединения R dX исследованы гораздо менее подробно, чем их цинковые аналоги, но их структуры, по-видимому, аналогичны [1, 2]. Как и в случае цинкорганических соединений, присутствие солей металлов может оказывать значительное влияние на реакционную способность кадмийорганических соединений. Доказано существование комплексных анионов типа R dX2 [142]. [c.70]

Металлы в Периодической системе. Из 106 элементов Периодической системы более восьмидесяти относится к металлам. По многим физическим, химическим, и механическим свойствам металлы существенно отличаются от неметаллов. Для них характерны высокая электрическая проводимость, теплопрозодность, металлический блеск, твердость, ковкость, способность к пластической деформации, термоэлектронной эмиссии и т. п. Специфичность физико-химических и механических свойств металлов объясняется электронной структурой атомов, числом электронов в наружных электронных слоях (как правило, это число электронов значительно меньше, чем число внешних электронов в а"Омах неметаллов), своеобразным типом химической связи и кристаллическим строением. [c.366]

Получение и свойства. Строение кристаллических решеток. Получают эти металлы обычно электролизом расплавленных хлоридов, магний — также восстановлением оксида MgO углем в электрических печах и другими способами. Барий чаще всего получают алюминотермическим способом. Бериллий, магний и при высокой температуре кальций образуют кристаллы с гексагональной плотной упаковкой, а стронций и при низкой температуре кальций имеют кубическую гранецентрированную решетку. Для бария характерна объемноцентриро-ванная упаковка. Это различие решеток играет некоторую роль в нарушении закономерности различий плотности, температур плавления и других физических свойств. Атомы их, кроме бериллия, теряют два электрона, превращаясь в ионыЭ . Но их восстановительная способность слабее, чем у щелочных металлов. [c.275]

На протяжении последних лет особое внимание обращалось на изучение области металловедения, получившей название физического металловедения. В этой области металловедения предпринимаются попытки объяснить на основании атомного и электронного строения чистых металлов и сплавов их физические свойства, такие, как предел прочности на растяжение, твердость, тягучесть, электропроводность, теплопроводность и теплоемкость. Одной из конечных целей иссле1Дований в области физического металловедения является создание сплавов, обладающих любыми заданными свойствами. [c.506]

В ионных гидридах связь между атомом металла и водородом ионная, причем водород образует здесь отрицательный ион H , принимая на ls-орбиталь дополнительный электрон, в результате чего он приобретает конфигурацию электронов инертного газа гелия. В этом отношении поведение атома водорода в гидридах щелочных и щелочноземельных металлов похоже на поведение атомов галогенов в галогенидах с теми же металлами. По физическим свойствам и по строению кристаллических решеток ионные гидриды также схожи с соответствующими галогенидами. Например, гидриды щелочных металлов кристаллизуются по типу каменной соли (Na l),, образуя типично ионную решетку, в которой каждый ион щелочного металла окружен шестью ионами водорода, а каждый ион водорода — шестью ионами щелочного металла. Как и вообще вещества с ионными решетками, ионные гидриды имеют сравнительно высокие температуры плавления. [c.178]

Как уже говорилось в начале доклада, в основе каждой теории должно лежать определенное физическое явление или особое качество объекта. Но третий- член триады — электрон — пока еще не прикреплен ни к какому специальному явлению 1в области катализа. В, большинстве работ по электронной теории катализа (т, е. в основном по катализу на полупроводниках) в качестве ф изического обоснования теории приводится просто апелляция к электронному строению твердого тела. Считается, что поскольку (В твердых телах могут появляться свободные электроны (в металлах они имеются всегда, в полупроводниках они появляются под влиянием нагрева, освещения и т. п.), переходя в зону проводимости, и, поскольку на таких телах часто идет катализ, то естественно эти два свойства полагать связанными друг с другом. Подобный взгляд физически сопряжен именно со свободными, т. е. бегающими по решетке, электронами, а их существование необходимо связано с решеткой. Поэтому если для катализа не нужна кристаллическая решетка, то, следовательно, не нужен и электрон из зоны проводимости. Но мы видели, что каталитическое действие вещества может быть полностью отделено. от его собственной решетки и даже вообще от какого-либо носителя (см. 1выше о катализе в парах цинка и кадмия подробней в докладе М. Н. Данчевской). Эти факты показьивают, что такие типичные полупроводники, как ZnO, dO, ZnS и пр., для своего действия в качестве катализаторов не нуждаются в электронной проводимости, но лишь в электронных оболочках самих действующих атомов. [c.196]

Еще недавно эти соединения были совсем мало изучены. В настоящее время уже накоплено много данных, позволяющих не только судить о пригодности того или иного соединения для определенных целей, но и получать соединения с заранее заданными свойствами. Это оказалось возможным благодаря целому ряду теоретических и экспериментальных работ, проводившихся в Советском Союзе и за рубежом, из которых в первую очередь надо назвать работы Г. В. Самсонова с сотрудниками (Институт металлокерамики и твердых сплавов АН УССР). В этих работах, в частности, излагаются теоретические взгляды на природу тугоплавких соединений, заключающиеся в основном в том, что физические свойства тугоплавких соединений РЗЭ (и других переходных металлов) связаны с их электронным и кристаллическим строением недостроенная электронная оболочка способна принимать атомы неметаллов, причем в зависимости от ионизационных потенциалов металлов и размеров атомов неметалла может возникать тот или иной тип связи в кристаллической решетке образующихся соединений. В боридах и силицидах преобладает смешанная ковалентно-металлическая связь, в нитридах — преимущественно ионная карбиды, сульфиды и фосфиды занимают промежуточное положение между этими крайними случаями [741]. [c.282]

Борухович А. С., Дубровская Л. Б., Матвеенко И. И., Г ельд П. В., в сб. Электронное строение и физические свойства твердых тел , изд-во Наукова Думка , Киев, 1972, т. 2, стр. 76, Магнитные свойства кубических монокарбидов переходных металлов IVa и Va подгрупп периодической системы. [c.260]