Металлы

Металлы извлекают из земли в процессе добычи полезных ископаемых. Добытые руды служат относительно богатым источником необходимых элементов. Из добытой и обогащенной руды металлы извлекаются, как правило, с помощью химического или электролитического восстановления. В пирометаллургии для преобразования руды в металлическое сырье используются высокие температуры, в гидрометаллургии применяют для тех же целей водную химию. Используемые методы зависят от вида металла и типа загрязнения.

Уникальными свойствами обладает металл, крайне ядовитый для человека, — ртуть. При нормальных условиях она представляет собой жидкость. Титан же является одним из самых твердых металлов; им можно с легкостью писать на стекле. Самым тугоплавким металлом является вольфрам: температура его плавления составляет 3 422 °C. А вот у франция сразу несколько «титулов»: франций является самым редким металлом, он существует как промежуточный продукт распада урана-235 и тория-232, общее содержание франция в земной коре оценивается в 340 г; франций имеет самую низкую электроотрицательность из всех элементов (т. е. франций хуже всех способен «оттягивать» на себя электронную плотность).

Комбинируя различные металлы, можно получать сплавы, обладающие разными полезными в быту свойствами. По числу компонентов сплавы делятся на двухкомпонентные (двойные), трехкомпонентные (тройные) и многокомпонентные. Компонент, который содержится в сплаве больше всего, называется основным, а компонент, вводимый в сплав для наделения ему нужных свойств, — легирующим.

В целом совокупность компонентов сплава можно назвать системой. Изменяя компоненты и их пропорции, получают множество всевозможных сплавов с разнообразными физическими, механическими или химическими свойствами. Сплавы тоже располагают всеми характерными свойствами металлов, однако их качественные характеристики обычно заметно отличаются от самородков. Так, например, сплав, содержащий 40 % кадмия и 60 % висмута, имеет температуру плавления 144 °C, а температура плавления составляющих его компонентов — соответственно 321 °C и 271 °C, т. е. намного выше.

Наиболее широко применяемыми сплавами являются чугуны и стали. Чугуны — сплавы, содержащие железо и углерод более 2 % (в некоторых чугунах — до 6 %). Стали — сплавы железа с углеродом при содержании углерода менее 2,14 %. Стали также бывают низкоуглеродистые (содержание углерода менее 0,25 %), углеродистые (0,25−0,6 %), высокоуглеродистые (более 0,6 %). Низкоуглеродистые стали легко свариваемы и весьма пластичны; высокоуглеродистые, напротив, очень твердые, благодаря чему применяются в агрегатах режущих инструментов.

Самую важную информацию, касающуюся химических свойств металлов, можно узнать, посмотрев на так называемый ряд активности металлов. Слева в этом ряду расположены самые активные металлы, справа — самые неактивные. В этом ряду «зашифрованы» некоторые закономерности, касающиеся химических свойств металлов. Так, например, металлы, находящиеся в ряду правее водорода, не растворяются в кислотах-неокислителях при нормальных условиях (к числу таких кислот относится соляная).