Металлы: строение и физические свойства

Из 118 известных элементов больше девяноста — металлы. В Периодической системе они занимают левую и нижнюю часть, ниже диагонали от бора к астату, и все побочные подгруппы (тема 2.1). Металлы окружают нас повсюду: железо и сталь, алюминий, медь в проводах, золото и серебро в украшениях. Что делает их такими похожими друг на друга?

Металлы — восстановители

У атомов большинства металлов на внешнем слое немного электронов, от одного до трёх, а радиус атомов сравнительно велик. Поэтому ядро удерживает внешние электроны слабо, и атом металла легко их отдаёт, превращаясь в положительно заряженный ион:

\[ \ce{M^0 - $n$e- -> M^{$n$+}} \]

Отдавать электроны — значит быть восстановителем (тема 5.3). Поэтому металлы — восстановители: в реакциях они только отдают электроны, и в соединениях их степени окисления всегда положительны. Чем легче атом отдаёт электроны, тем активнее металл.

Общие физические свойства металлов

В куске металла атомы и ионы связаны металлической связью: между ними свободно движутся общие электроны (темы 3.1 и 3.2). Этим объясняются общие физические свойства металлов. Все металлы, кроме ртути, при комнатной температуре твёрдые. Они имеют металлический блеск, хорошо проводят электрический ток и тепло; лучшие проводники — серебро, медь, золото и алюминий. Металлы пластичны: их можно ковать, прокатывать в листы и вытягивать в проволоку. Золото можно раскатать в листок толщиной в десятитысячную долю миллиметра, через который просвечивает свет.

Другие свойства у металлов очень разные. Литий, натрий и калий легче воды, а самые тяжёлые металлы, осмий и иридий, почти в 23 раза тяжелее её. Ртуть плавится при −39 °C, цезий и галлий плавятся от тепла руки, а вольфрам — только при 3422 °C. Натрий и калий режутся ножом, а хром — самый твёрдый из металлов.

Металлы в природе

Только малоактивные металлы — золото, платина, иногда серебро и медь — встречаются в природе в самородном виде. Остальные находятся в составе соединений: оксидов (красный железняк \(\ce{Fe2O3}\), магнитный железняк \(\ce{Fe3O4}\), боксит, содержащий \(\ce{Al2O3}\)), сульфидов (цинковая обманка \(\ce{ZnS}\), свинцовый блеск \(\ce{PbS}\)), карбонатов (известняк \(\ce{CaCO3}\)) и хлоридов (каменная соль \(\ce{NaCl}\), сильвин \(\ce{KCl}\)). Минералы и горные породы, из которых выгодно получать металлы, называют рудами.