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钢铁lol外围平台百科-基本知识-金属
发布时间:2023-01-09 12:30 来源:网络

  是一种具有光泽、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。金属的上述特质大多跟金属晶体内含有自由电子有关。在自然界中,绝大多数金属元素以化合态存在。这是因为多数金属的化学性质比较活泼,只有极少数的金属如金、铂、银、铋等以游离态存在。

  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、碳酸盐及硅酸盐。

  属于金属的物质有金、银、铜、铁、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。金属大多带“钅”旁。

  通常将具有正的温度电阻系数的物质定义为金属。使用的含112种元素的元素周期表中,金属元素共90种。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;在没有外电场作用下,因为热能,这些电子会随机地移动。金属原子容易失去外层电子,因此在其晶体外面有一层电子云,这也是金属是电和热的良导体的原因。当电子移动时,金属的固体特性是来自电子云和原子之间的静电力,这种键结称为金属键。[1]

  金属晶体中的原子紧密排列,排列方式可分为以下的三种:第一种是体心立方堆积,每个原子排在八个原子之间,另二种是面心立方堆积,每个原子排在六个原子之间,第三种则为六方最密堆积,每个原子排在六个原子之间。这些原子的排列会形成晶体,有些金属会依温度不同,其晶体也随之不同。

  位于金属活动顺序表前面的一些金属很与氧化合形成氧化物,钠、钾的氧化很快,铷、铯会发生自燃。位于金属活动顺序表后面的一些金属,如铜、汞等必须在加热情况下才能与氧化合,而银、金即使在炽热的情况下也很难与氧等非金属化合。如铝、铬形成致密的氧化膜,防止金属继续被氧化,即钝化。在空气中铁表面生成的氧化物结构疏松,因此,铁在空气中易被腐蚀。

  钠、钾与水剧烈反应。钙与水的作用比较缓和,镁只能与沸水起反应,铁则须在炽热的状态下与水蒸气发生反应。如镁等与水反应生成的氢氧化物不溶于水,覆盖在金属表面,在常温时使反应难于继续进行。

  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。

  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、硝酸强氧化性强酸与金属反应不生成氢气)。有一些金属会发生“钝化”,如铅与硫酸反应生成难溶物。

  金属除了少数显两性以外,一般都不与碱起作用。锌、铝与强碱反应,生成氢和锌酸盐或铝酸盐,反应如下:

  由于金属原子以最紧密堆积状态排列,内部存在自由电子,所以当光线投射到它的表面上时,自由电子吸收所有频率的光,然后很快放出各种频率的光,这就使绝大多数金属呈现钢灰色以至银白色光泽。此外金显黄色,铜显赤红色,铋为谈红色,铯为淡黄色以及铅是灰蓝色,这是因为它们较易吸收某一些频率的光之故。金属光泽只有在整块时才能表现出来,在粉末状时,一般金属都呈暗灰色或黑色。这是因为在粉末状时,金属晶面取向杂乱,晶格排列得不规则,吸收可见光后辐射不出去,所以为黑色。

  许多金属在光的照射下能放出电子。有一些能在短波辐射照射下放出电气这种现象称为光电效应。另一些在加热到高温时能放出电子,这种现象称为热电现象。

  根据金属键的概念,所有金属中都有自由电子,在没有外加电场作用时,自由电子没有一定运动方向,因此没有定向电流产生lol外围平台。当金属导线接到电源的正、负两极时,有了电势差、自由电子便沿着导线由负极移向正极,形成电流。这就显示出导电性。这与电解质的水溶液或熔融盐的导电原因是不同的,离子导电在两极上会发生化学反应。

  金属受外力时,金属晶体内某一层金属原子及离子与另一层的金属原子及离子发生相对滑动,由于自由电子的运动,各层间仍保持着金属键的作用力,但这并非金属具延展性的主要原因。金属的延展性主要是来自差排的滑移造成的,同时也可借由双晶来变形,没有差排的完美金属单晶并不具备延展性。

  金属的硬度一般较低大,但它们之间有很大的差别较大。有的坚硬如铬、钨等。有些软可用小刀切割如钠、钾。

  金属的熔点一般较高,但高低差别较大。最难熔的是钨,最易熔的是汞,铯和镓。汞在常温下是液体,铯和镓在手上受热就能熔化。

  镧系元素:如镧、铈、镨、钕、钷等,共15个,电子填充到4f轨道上的过渡金属。

  锕系元素:如锕、钍、镤、铀、镎等,共15个,电子填充到5f轨道上的过渡金属。

  工业界对金属的分类有很多种,依颜色分类为黑色金属和有色金属,按密度分类为重金属和轻金属,按抗腐蚀程度、价格、地壳丰度分为贵金属和卑金属等。

  有色金属中的铜是人类最早使用的金属材料之一。现代有色金属及其合金已成为机械制造业、建筑业、电子工业、航空航天、核能利用等领域不可缺少的结构材料和功能材料。

  轻金属的密度小于4500千克/立方米,如钛、铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡等。

  重金属的密度大于4500千克/立方米,如铜、镍、钴、铅、锌、锡、锑、铋、镉、汞等。

  重金属有很多不同的定义,有依密度、原子序或原子量,也有依照化学特性或毒性来定义。在日常生活中提到的重金属多半是以环境污染领域的定义为准,对生物有明显毒性的金属或类金属元素就视为重金属。

  贵金属的价格比一般常用金属昂贵,地壳丰度低(又称克拉克值,一种表示地壳中化学元素平均含量的数值),提纯困难,如金、银及铂族金属。一般而言,贵金属的活性也比其他金属要低、有显著光泽及高导电性。以前的贵金属是货币,而现在主要是用在投资及工业的产品上。

  在炼金术中,卑金属是指常见而廉价的金属,和贵金属(例如金、银等)相对。在化学上,卑金属是指容易氧化或腐蚀的金属,而且可以和稀盐酸反应产生氢气。像铁、镍、铅及锌都是卑金属。铜虽然不和稀盐酸反应,但因为容易氧化,也称为卑金属。

  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。

  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。

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  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。[3]

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  [2]汤彬、叶桐、徐伟国、王晓强、卢达溶.工业系统概论.清华大学出版社有限公司,2005,

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