金屬是一種具有光澤(即對可見光強烈反射)、富有延展性、容易導電、導熱等性質的物質。金屬的上述特質都跟金屬晶體内含有自由電子有關。在自然界中,絕大多數金屬以化合态存在,少數金屬例如金、鉑、銀、铋以遊離态存在。金屬礦物多數是氧化物及硫化物。其他存在形式有氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽及矽酸鹽。金屬之間的連結是金屬鍵,因此随意更換位置都可再重新建立連結,這也是金屬延展性良好的原因。金屬元素在化合物中通常隻顯正價。相對原子質量較大的被稱為重金屬。
金屬
基本信息
中文名:金屬
英文名:Metal
熔點:一般較高
沸點:一般較高
水溶性:一般不溶或難溶于水
密度:一般較大
外觀:有金屬光澤,大部分呈銀白色
導熱性:一般優良
導電性:一般優良
标準物态:除汞是液體以外,其餘均為固體
名詞解釋
延展性(ductility and malleability),是物質的一種機械性質,表示材料在受力而産生破裂(fracture)之前,其塑性變形的能力。
密度是單位體積的質量。國際單位為千克每立方米(kg/m³),此外還常用克每立方厘米(g/cm³)。 對于液體或氣體還用千克每升(kg/L)、克每毫升(g/mL)。但g/L一般不用。
物質的熔點(melting point),即在一定壓力下,純物質的固态和液态呈平衡時的溫度,也就是說在該壓力和熔點溫度下,純物質呈固态的化學勢和呈液态的化學勢相等,而對于分散度極大的純物質固态體系(納米體系)來說,表面部分不能忽視,其化學勢則不僅是溫度和壓力的函數,而且還與固體顆粒的粒徑有關,屬于熱力學一級相變過程。
導熱性是物質傳導熱量的性能。一般說導電性好的材料,其導熱性也好。若某些零件在使用中需要大量吸熱或散熱時,則要用導熱性好的材料。如凝汽器中的冷卻水管常用導熱性好的銅合金制造,以提高冷卻效果。
沸騰是在一定溫度下液體内部和表面同時發生的劇烈汽化現象。沸點是液體沸騰時候的溫度,也就是液體的飽和蒸氣壓與外界壓強相等時的溫度。液體濃度越高,沸點越高。不同液體的沸點是不同的。沸點随外界壓力變化而改變,壓力低,沸點也低。
物體傳導電流的能力叫做導電性。各種金屬的導電性各不相同,通常銀的導電性最好,其次是銅和金。 固體的導電是指固體中的電子或離子在電場作用下的遠程遷移,通常以一種類型的電荷載體為主,如:電子導體,以電子載流子為主體的導電;離子導電,以離子載流子為主體的導電;混合型導體,其載流子電子和離子兼而有之。除此以外,有些電現象并不是由于載流子遷移所引起的,而是電場作用下誘發固體極化所引起的,例如介電現象和介電材料等。
物體導電的能力:一般來說金屬、半導體、電解質溶液或熔融态電解質和一些非金屬都可以導電。非電解質物體導電的能力是由其原子外層自由電子數以及其晶體結構決定的,如金屬含有大量的自由電子,就容易導電,而大多數非金屬由于自由電子數很少,故不容易導電。石墨導電,金剛石不導電,這是由于它們的晶體結構不同造成的。電解質導電是因為離子化合物溶解或熔融時産生陰陽離子從而具有了導電性。
水溶性(water solubility)狹義地講指物質在水中的溶解性質,廣義地講指物質在極性溶劑中的溶解性質。
常見的金屬
構成
由于金屬的電子傾向脫離,因此具有良好的導電性, 常見的金屬且金屬元素在化合物中通常帶正價電,但當溫度越高時,因為受到了原子核的熱震蕩阻礙,電阻将會變大。金屬分子之間的連結是金屬鍵,因此随意更換位置都可再重新建立連結,這也是金屬伸展性良好的原因。
在自然界中,絕大多數金屬以化合态存在,少數金屬例如金、銀、鉑、铋以遊離态存在。金屬礦物多數是氧化物及硫化物,其他存在形式有氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽及矽酸鹽。
屬于金屬的物質有金、銀、銅、鐵、錳、鋅等。在一大氣壓及25攝氏度的常溫下,除汞(液态)外,其他金屬都是固體。大部分的純金屬是銀白(灰)色,隻有少數不是,如金為黃赤色,銅為紫紅色。金屬大多帶"钅"旁。
通常将具有正的溫度電阻系數的物質定義為金屬。使用的含112金屬在元素周期表中種元素的元素周期表中,金屬元素共90種。位于"硼-砹分界線"的左下方,在s區、p區、d區、f區等5個區域都有金屬元素,過渡元素全部是金屬元素。
在固态金屬導體内,有很多可移動的自由電子。雖然這些電子并不束縛於任何特定原子,但都束縛於金屬的晶格内;甚至于在沒有外電場作用下,因為熱能,這些電子仍舊會随機地移動。但是,在導體内,平均淨電流是零。挑選導線内部任意截面,在任意時間間隔内,從截面一邊移到另一邊的電子數目,等于反方向移過截面的數目。
金屬在元素周期表中
分類
黑色金屬:鐵、鉻、錳三種。
有色金屬:鋁、鎂、鉀、鈉、鈣、锶、鋇、銅、鉛、鋅、錫、钴、鎳、銻、汞、镉、铋、金、銀、鉑、钌、铑、钯、锇、銥、铍、锂、铷、铯、钛、锆、铪、釩、铌、钽、鎢、钼、镓、铟、铊、鍺、铼、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇、钍。
常見金屬:如鐵、鋁、銅、鋅等。
稀有金屬:如锆、铪、铌、钽等。
輕金屬:密度小于4500千克/立方米,如钛、鋁、鎂、鉀、鈉、鈣、锶、鋇等。
重金屬:密度大于4500千克/立方米,如銅、鎳、钴、鉛、鋅、錫、銻、铋、镉、汞等。
貴金屬:價格比一般常用金屬昂貴,地殼豐度低(又稱克拉克值(CLARKE value),一種表示地殼中化學元素平均含量的數值),提純困難,如金、銀及鉑族金屬。
準金屬元素:性質價于金屬和非金屬之間,如矽、硒、碲、砷、硼等。
稀有金屬:包括稀有輕金屬,如锂、铷、铯等;
稀有難熔金屬:如锆、钼、鎢等;
稀有分散金屬:如镓、铟、鍺、铊等;
稀土金屬:如钪、钇、镧系金屬;
放射性金屬:如鐳、钫、钋及锕系元素中的鈾、钍等。
金屬之最
地殼中含量最高的金屬元素:鋁(含量為7.73%)
人體中含量最高的金屬元素:鈣(含量為1.5%)
目前世界年産量最高的金屬:鐵
密度最小的金屬:锂(0.53×10³㎏/m³)
密度最大的金屬:锇(22.48×10³㎏/m³)
最硬的金屬:鉻(莫氏硬度約為9)
最軟的金屬:铯(莫氏硬度約0.5)
導電性最強的金屬:銀
導熱性最強的金屬:銀
制造新型高速飛機最重要的金屬:钛(被科學家稱為"二十一世紀的金屬"或"未來的鋼鐵")
海水中儲量最大的放射性元素:鈾(陸地鈾礦的總儲量約200萬噸,海洋裡含鈾的總量高達40萬萬噸)
含同位素最多的元素:錫(有10種穩定的同位素)
含同位素最少的元素:鈉(隻有Na-23穩定)
展性最強的金屬:金(最薄的金厚度隻有1/10000mm)
延性最好的金屬:鉑(最細的鉑絲直徑隻有1/5000mm)
熔點最高的金屬:鎢(熔點:3410±20℃)
熔點最低的金屬:汞(熔點-38.8℃)
熔沸點相差最大的元素是镓(熔點30℃,沸點2403℃)
地殼中含量最少的金屬是钫(即使是在含量最高的礦石中,每噸也隻有37×10負13次方克;地殼中的含量約為1×10^-21 %)
光照下最易産生電流的金屬元素:铯(當其表面受到光線照射時,電子便能獲得能量從表面逸出,産生光電流)
金屬性最強的金屬:铯
世界上最貴的金屬:锎(每克1千萬美元,比金貴50多萬倍)
世界上最便宜的金屬:鐵
最易應用的超導元素:铌(把它冷卻到-263.9℃的超低溫時,會變成一個幾乎沒有電阻的超導體)
最能吸收氣體的金屬元素:钯(1體積膠狀钯能吸收氫氣1200體積)
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