金属一般指具备特有光泽(即对 可见光 强烈反射)而不透明、具有延展性及导热导电性的一类物质。狭义的金属概念为由金属元素组成的单质 。纯金属在常温下一般都是固体(汞除外),大多数为电和热的优良导体,密度较大,熔点较高。 地球上的金属资源广泛地存在于地壳和海洋中,除少数很不活泼的金属如金、银等有单质形式存在外,其余都以化合物的形式存在。 金属在自然界中广泛存在,在生活中应用极为普遍,在现代工业中是非常重要和应用最多的一类物质。
在自然界中,绝大多数金属以 化合态 存在,少数金属例如 以游离态存在。 金属矿物 多数是氧化物及硫化物,其他存在形式有 氯化物 硫酸盐 碳酸盐 硅酸盐
属于金属的物质有金、 、锰、锌等。在一大气压及25摄氏度的常温下,除汞(液态)外,其他金属都是固体。大部分的纯金属是银白(灰)色,只有少数不是,如金为黄赤色,铜为紫红色。命名金属的汉字大多带“钅”旁。
通常将具有正的温度电阻系数的物质定义为金属。金属元素位于“硼-砹分界线”的左下方,在s区、p区、d区、f区等5个区域都有金属元素, 过渡元素 全部是金属元素。
在固态金属导体内,有很多可移动的 自由电子 。虽然这些电子并不束缚於任何特定 原子 ,但都束缚於金属的晶格内;甚至于在没有外电场作用下,因为热能,这些电子仍旧会随机地移动。但是,在导体内,平均净电流是零。挑选导线内部任意截面,在任意时间间隔内,从截面一边移到另一边的电子数目,等于反方向移过截面的数目。
狭义的有色金属又称非铁金属,是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。广义的有色金属还包括有色合金。有色合金是以一种有色金属为基体(通常大于50%),加入一种或几种其他元素而构成的合金。
中国在1958年,将铁、铬、锰列入黑色金属,并将铁、铬、锰以外的64种金属列入有色金属。这64种有色金属包括:铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡、铜、铅、锌、锡、钴、镍、锑、汞、镉、铋、金、银、铂、钌、铑、钯、锇、铱、铍、锂、铷、铯、钛、锆、铪、钒、铌、钽、钨、钼、镓、铟、铊、锗、铼、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇、硅、硼、硒、碲、砷、钍
由两种或两种以上化学元素,且其中至少有一种是金属元素所组成具有金属特性的物质称为合金。由两种元素组成的合金统称为“ 二元合金 ”,由三种以上元素组成的合金通称为“ 多元合金 ”。合金的结构和性质,决定于组成合金的组分间相互作用的特性。
合金的晶体由不同类的原子组成,根据组成元素的相互作用不同,具有不同的晶体结构和性质。 镍铬合金 具有较高的电阻率和耐热性(1000℃~1200℃),常用作电炉丝。 铝合金 单位重量的强度高的接近于 优质钢 铍青铜 具有极高的硬度和强度,且有较好的弹性,抗腐蚀性强,可焊性和切削加工性良好,常用于制造特殊轴承、弹性元件、不发生火花的工具。由于合金的机械性、物理和化学性能往往优于纯金属,因此,工业上应用的金属材料几乎都是合金。
黑色金属:铁、铬、锰三种。
有色金属:铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡、铜、铅、锌、锡、钴、镍、锑、汞、镉、铋、金、银、铂、钌、铑、钯、锇、铱、铍、锂、铷、铯、钛、锆、铪、钒、铌、钽、钨、钼、镓、铟、铊、锗、铼、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇、硅、硼、硒、碲、砷、钍
金属分为活性金属和钝性金属两种。 根据金属活动性顺序,氢前金属称为活性金属,氢后金属就是钝性金属。
钾 钙 钠 镁 铝 锌 铁 锡 铅 (氢) 铜 汞 银 铂 金
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
1、氢前面的金属能与弱氧化性强酸反应,置换出酸中的氢( 浓硫酸 硝酸 等强氧化性强酸与金属反应不生成氢气),如:Fe + 2HCl ═ FeCl 2 + H 2
2、活动性强的金属能与活动性弱的金属盐溶液反应。
3、大多数金属能与 氧气 反应。
4、排在H前面的金属,理论上讲都能与水发生化学反应。在常温下,钾,钙,钠等能与水发生剧烈反应,镁、铝等能与热水反应,铁等金属在高温下能与水蒸气反应。
5、金属均无 氧化性 ,但金属离子一般有氧化性(如Fe 3+ , Cu 2+ , Ag + ),活动性越弱的金属形成的离子氧化性越强。
6、金属都有 还原性 ,活动性越弱的金属还原性越弱。
金属元素是化学元素的主体,是人们生产和生活的主要物质资源。
钨(W):在各种金属元素中,钨是最难熔化和最难挥发的金属元素。钨主要用于制造合金钢;纯钨则主要用于制造灯炮中的钨丝,也用于电子仪器、光学仪器等。
铬(Cr):铬是银白色金属,硬度极高,具有抗腐蚀性,用于电镀和制造特殊钢材。本世纪,当人们致力于研究铬的坚硬性质时,无意中发现了它的耐腐蚀性,从而诞生了不锈钢。现在,不锈钢及镀铬制品已在医疗器械、饮具、餐具等领域得到广泛应用。
锰(Mn):纯净的锰性坚而脆,难以在生产和生活中应用,但锰的合金则有广泛的用途。锰钢既坚硬、又坚韧,是制造铁轨、轴承、装甲板的理想材料。
锂(Li):锂是最轻而比热最大的金属元素。锂不仅用于制造超轻合金和锂电池,而且是尖端技术的重要材料。锂合金在航天工业上可大大减轻重量而降低能耗,在原子能工业上有重要作用;在冶金工业中,锂常用作脱氧剂和脱气剂,以消除金属铸件中的孔隙和气泡。
钛(Ti):钛的比强度(强度与比重的比值)在所有金属元素中最高。钛及钛为主体的合金是新型的结构材料,质硬而轻,主要用于制造飞机、潜艇、耐腐蚀化工设备及各种机械零件。钛合金在-253~ 500°C的温度范围内都可保持高强度,是理想的航天材料。在炼钢中,少量的钛还是良好的脱氧、除氮及脱硫剂。
地壳中含量最高的金属元素:铝(含量为7.73%)
人体中含量最高的金属元素:钙(含量为1.5%)
目前世界年产量最高的金属:铁
密度最小的金属:氢(2016年1月英国科学家在爱丁堡大学首次制成金属态氢,氢成为密度最小的金属)
密度最大的金属:锇(22.48×10³㎏/m³)
最硬的金属:铬(莫氏硬度约为9)
最软的金属:铯(莫氏硬度约0.5)
导电性最强的金属:银
导热性最强的金属:银
制造新型高速飞机最重要的金属:钛(被科学家称为“二十一世纪的金属”或“未来的钢铁”)
海水中储量最大的放射性元素:铀(陆地铀矿的总储量约200万吨,海洋里含铀的总量高达40万万吨)
含同位素最多的元素:锡(有10种稳定的同位素)
含同位素最少的元素:钠(只有Na-23稳定)
展性最强的金属:金(最薄的金厚度只有1/10000mm)
延性最好的金属:铂(最细的铂丝直径只有1/5000mm)
熔点最高的金属:钨(熔点:3410℃)
熔点最低的金属:汞(熔点:-38.8℃)
熔沸点相差最大的元素是镓(熔点30℃,沸点2403℃)
地壳中含量最少的金属是钫(即使是在含量最高的矿石中,每吨也只有37×10 -13 g;地壳中的含量约为1×10 -21 %)
光照下最易产生电流的金属元素:铯(当其表面受到光线照射时,电子便能获得能量从表面逸出,产生光电流)
金属性最强的金属:铯
世界上最贵的金属:锎(每克1千万美元,比金贵50多万倍)
世界上最便宜的金属:铁
最易应用的超导元素:铌(把它冷却到-263.9℃的超低温时,会变成一个几乎没有电阻的超导体)
最能吸收气体的金属元素:钯(1体积胶状钯能吸收氢气1200体积)