Металлы: свойства, получение и защита от коррозии

1. Тема 3.2. Физико-химические свойства неорганических веществ

Тема 3.2. Физикохимические свойства
неорганических веществ
СТОЛЬНИКОВА АННА АНАТОЛЬЕВНА

2. Металлы: свойства, добыча, значение и коррозия

3. Знакомство с металлами

Что такое металлы?
◦ Класс элементов, характеризующихся определёнными физическими и химическими свойствами.
◦ Расположен в левой части и в центре периодической таблицы.
Распространённость: Металлы широко распространены в земной коре и составляют
основу многих минералов.
Важность: Они жизненно необходимы для цивилизации, технологий и самой жизни.

4. Общие физические свойства металлов

Металлический блеск: блестящая поверхность после
полировки.
Высокая электропроводность: отличные проводники
электричества благодаря подвижным электронам.
Высокая теплопроводность: эффективная передача тепла.
Пластичность: можно раскатать в тонкие листы, не сломав.
Пластичность: можно вытягивать в тонкую проволоку.
Высокая плотность: обычно имеют высокую массу на
единицу объёма.
Высокая температура плавления и кипения: (за
исключением ртути).
Состояние при комнатной температуре: большинство из них
твёрдые, за исключением ртути (Hg).

5. Электронная конфигурация и связи в металлах

Валентные электроны: у металлов на
внешней оболочке мало валентных
электронов (обычно 1, 2 или 3).
Металлическое Соединение:
◦ «Море» делокализованных валентных
электронов, распределённых между решёткой
положительных ионов металла.
◦ Это электронное море отвечает за многие
характерные физические свойства металлов
(проводимость, блеск).

6. Общие химические свойства металлов

7. Ряд активности металлов

Определение: упорядоченный список металлов,
расположенных в соответствии с их реакционной
способностью (склонностью к окислению).
Общая тенденция: более активные металлы
находятся выше в ряду и вытесняют менее
активные металлы из их соединений.
Ключевые позиции:
◦ Наиболее реакционноспособные элементы (например,
K, Na, Ca) вступают в реакцию с водой.
◦ Элементы со средней реакционной способностью
(например, Mg, Al, Zn, Fe) вступают в реакцию с
кислотами.
◦ Менее реакционноспособные металлы (например,
медь, серебро, золото, платина) вступают в реакцию с
сильными окислителями или не вступают вовсе.

8. Способы получения металлов (экстракция)

9. Значение металлов

Технологии и промышленность:
◦ Конструкция: сталь (сплав железа), алюминий.
◦ Материалы: сталь, алюминий, титан.
◦ Электроника: медь, золото, серебро, кремний
(металлоид).
◦ Катализаторы: платина, палладий, никель.
Повседневная жизнь: посуда, монеты,
украшения, батарейки.
Человеческое тело и организмы:
◦ Основные минералы: железо (гемоглобин),
кальций (кости, зубы), натрий/калий (нервная
система), магний (ферменты), цинк (иммунная
система).
Микроэлементы: необходимы в небольших
количествах

10. Коррозия металлов

Определение: постепенное разрушение
металла в результате химических или
электрохимических реакций с окружающей
средой.
Почему это проблема: Ослабляет
конструкции, приводит к экономическим
потерям и наносит вред окружающей среде

11. Виды коррозии

Химическая коррозия: прямая химическая
реакция между металлом и коррозионным агентом
(например, окисление в сухом воздухе при высоких
температурах).
Электрохимическая коррозия: возникает в
присутствии электролита (воды с растворёнными
ионами). Это электрохимический процесс с
анодными и катодными участками.
◦ Равномерная коррозия: равномерное разрушение по
всей поверхности.
◦ Точечная коррозия: локальное разрушение,
приводящее к образованию небольших отверстий.
◦ Гальваническая коррозия: возникает при
электрическом контакте двух разнородных металлов в
электролите. Более активный металл подвергается
коррозии в первую очередь.
Щелевая коррозия: возникает в замкнутых
пространствах

12. Пример: ржавление железа

13. Методы защиты металлов от коррозии

Защитные покрытия:
◦ Покраска/лакировка: создаёт физический барьер.
◦ Гальванизация: покрытие более активным металлом
(например, цинком), который подвергается коррозии в
первую очередь (жертвенная защита).
◦ Хромирование/никелирование: создаёт пассивный
оксидный слой или барьер.
◦ Анодирование: электролитическое создание более
толстого защитного оксидного слоя (обычно применяется
для алюминия).
Легирование: создание сплавов, более устойчивых к
коррозии (например, нержавеющая сталь содержит
хром).
Катодная защита:
◦ Соединение металла с более активным металлом
(жертвенным анодом), который подвергается коррозии.
Использование наложенного тока для превращения
металла в катод

14. Заключение — незаменимая роль металлов

1.
Металлы играют ключевую роль в нашем технологическом прогрессе и повседневной
жизни.
2.
Понимание свойств этих веществ, способов их получения и защиты от разрушения —
важнейшие области химии и инженерии