Какие физические свойства металлов используют в технике 9 класс химия кратко

Обновлено: 06.07.2024

Самый легкоплавкий металл — ртуть. Уже при комнатной температуре он является жидкостью. Температура плавления -39С.

2. Какие физические свойства металлов используют в технике?

В технике используются такие свойства металлов, как электропроводность, твердость, термоустойчивость.

3. Фотоэффект, т. е. свойство металлов испускать электроны под действием лучей света, характерен для щелочных металлов, например для цезия. Почему? Где это свойство находит применение?

Щелочные металлы имеют самую низкую энергию ионизации, т.е. они легко отдают электрон с последнего слоя. Для того, чтобы отнять этот электрон от металла, достаточно даже энергии света (фотона).

На явлении фотоэффекта основано действие фотоэлектрических приборов, получившие разнообразное применение в различных областях науки и техники — фотоэлементы, работающие на основе фотоэффекта, преобразуют энергию излучения в электрическую.

4. Какие физические свойства вольфрама лежат в основе его применения в лампах накаливания?

На тугоплавкости вольфрама основано его применение в лампах накаливания. Температура плавления 3422С.

Физические свойства металлов отличают их от неметаллов. Все металлы, кроме ртути, – твёрдые кристаллические вещества, являющиеся восстановителями в окислительно-восстановительных реакциях.

Положение в таблице Менделеева

Металлы занимают I-II группы и побочные подгруппы III-VIII групп. Металлические свойства, т.е. способность отдавать валентные электроны или окисляться, увеличиваются сверху вниз по мере увеличения количества энергетических уровней. Слева направо металлические свойства ослабевают, поэтому наиболее активные металлы находятся в I-II группах, главных подгруппах. Это щелочные и щелочноземельные металлы.

Определить степень активности металлов можно по электрохимическому ряду напряжений. Металлы, стоящие до водорода, наиболее активны. После водорода стоят слабоактивные металлы, не вступающие в реакцию с большинством веществ.

Строение

Вне зависимости от активности все металлы имеют общее строение. Атомы в простом металле расположены не хаотично, как в аморфных веществах, а упорядоченно – в виде кристаллической решётки. Удерживает атомы в одном положении металлическая связь.

Такой вид связи осуществляется за счёт положительно заряженных ионов, находящихся в узлах кристаллической ячейки (единицы решётки), и отрицательно заряженных свободных электронов, которые образуют так называемый электронный газ. Электроны отделились от атомов, превратив их в ионы, и стали перемещаться в решётке хаотично, скрепляя ионы вместе. Без электронов решётка бы распалась за счёт отторжения одинаково заряженных ионов.

Различают три типа кристаллической решётки. Кубическая объемно-центрированная состоит из 9 ионов и характерна хрому, железу, вольфраму. Кубическая гранецентрированная включает 14 ионов и свойственная свинцу, алюминию, серебру. Из 17 ионов состоит гексагональная плотноупакованная решётка цинка, титана, магния.

Свойства

Строение кристаллической решётки определяет основные физические и химические свойства металлов. Металлы блестят, плавятся, проводят тепло и электричество. Промышленность и металлургия нашли применение физическим свойствам металлов в изготовлении деталей, фольги, корпусов машин, зеркал, бытовой и промышленной химии. Особенности металлов и их использование представлены в таблице физических свойств металлов.

Свойства

Особенности

Примеры

Применение

Способность отражать солнечный свет

Наиболее блестящими металлами являются Hg, Ag, Pd

Лёгкие – имеют плотность меньше 5 г/см 3

Na, K, Ba, Mg, Al. Самый лёгкий металл – литий с плотностью 0,533 г/см 3

Изготовление облицовки, деталей самолётов

Тяжёлые – имеют плотность больше 5 г/см 3

Sn, Fe, Zn, Au, Pb, Hg. Самый тяжёлый – осмий с плотностью 22,5 г/см 3

Использование в сплавах

Способность изменять форму без разрушений (можно раскатать в тонкую фольгу)

Наиболее пластичные – Au, Cu, Ag. Хрупкие – Zn, Sn, Bi, Mn

Формовка, сгибание труб, изготовление проволоки

Мягкие – режутся ножом

Изготовление мыла, стекла, удобрений

Твёрдые – сравнимы по твёрдости с алмазом

Самый твёрдый – хром, режет стекло

Изготовление несущих конструкций

Легкоплавкие – температура плавления ниже 1000°С

Hg (38,9°С), Ga (29,78°С), Cs (28,5°С), Zn (419,5°C)

Производство радиотехники, жести

Тугоплавкие – температура плавления выше 1000°С

Cr (1890°С), Mo (2620°С), V (1900°С). Наиболее тугоплавкий – вольфрам (3420°С)

Изготовление ламп накаливания

Способность передавать тепло другим телам

Лучше всего проводят ток и тепло Ag, Cu, Au, Al

Приготовление пищи в металлической посуде

Способность проводить электрический ток за счёт свободных электронов

Передача электричества по проводам

Что мы узнали?

Из урока 9 класса узнали о физических свойствах металлов. Кратко рассмотрели положение металлов в периодической таблице и особенности строения кристаллической решётки. Благодаря строению металлы обладают пластичностью, твёрдостью, способностью плавиться, проводить электрический ток и тепло. Свойства металлов неоднородны. Различают лёгкие и тяжёлые металлы, лёгкоплавкие и тугоплавкие, мягкие и твёрдые. Физические свойства используются для изготовления сплавов, электрических проводов, посуды, мыла, стекла, конструкций различной формы.

Упражнение: 1

Назовите самый легкоплавкий металл.

Самый легкоплавкий металл - ртуть Hg (Тпл. = -39 0 C). При комнатной температуре он находится в жидком состоянии.

Упражнение: 2

Какие физические свойства металлов используют в технике?

Электропроводность для передачи электроэнергии по проводам.
Теплопроводность из металлов создают теплообменники в химической промышленности. В быту для обогрева помещений.
Металлический блеск применяют при создании зеркал, которые используют в микроскопах, телескопах и др. оптических приборах.
Пластичность (ковкость) применяют для производства проволоки, создания кузовов автомобилей и т.д.

Упражнение: 3

Фотоэффект, т.е. свойство металлов испускать электроны под действием лучей света, характерен для щелочных металлов, например цезия. Почему? Где это свойство находит применение?

Фотоэффект, характерен для щелочных металлов, потому что они имеют большое число электронных оболочек и один внешний электрон расположенный далеко от положительно заряженного ядра. Он слабо притягивается к ядру и под действием фотонов его легко оторвать от атома.
Так например у цезия 1 внешний электрон находится на шестой электронной оболочке.

Фотоэффект, применяется в приборах, позволяющих автоматизировать производственные процессы и наш быт. Солнечные элементы используют фотоэффект для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую.

Упражнение: 4

Какие физические свойства вольфрама лежат в основе его применения в лампах накаливания?

Вольфрам обладает наибольшей температурой плавления (3380 0 С) - это свойство вольфрама используют для изготовления ламп накаливания.

Упражнение: 5

Какие свойства металлов лежат в основе образных выражений: "серебряный иней", "золотая заря", свинцовые тучи"?

В основе этих образных выражений лежит общее физическое свойство металлов - металлический блеск. Для разных металлов он имеет свой цветовой оттенок.

Какие физические свойства металлов используют в технике: краткий обзор свойств группы металлов + 5 главных свойств.

Пара слов о группе металлов и ее свойствах

Металлические металлы подразделяются на 2 категории – черные и цветные. К первым относят различные сплавы и чистые вариации с железом, а остальные – это цвет металл. В чистом виде группа металлических элементов имеет низкие показатели механических свойств , из-за чего при 98% случаев в технике и промышленности используются разнообразные сплавы.

Обратите внимание: практическая значимость различных типов металлов сильно варьируется. Наибольшее значение имеет железо. На базе данного материала изготавливается более 88% всей металлургической продукции в мире.

Группа цветных металлов хоть и применяется реже, но ее физические и химические свойства являются более уникальными, и заменить их более доступным аналогом бывает просто невозможно. Среди промышленно значимых цвет металлов наибольшее значение имеет алюминий, медь, магний и титан.

О базовых свойствах металлов расскажу отдельной таблицей.

Категория	Свойство	Описание
Механика	Прочность	Потенциал металлического элемента в сопротивлении к разрушительным действиям из вне.
	Твердость	Потенциал сопротивляться прониканию другого металлического элемента под силой тяжести или под внешней нагрузкой.
	Вязкость	Сопротивление металлического элемента в отношении нагрузок динамического характера.
	Упругость	Уровень восстановления формы + изначальных физических параметров формы после окончания приложения усилия на элемент из вне.
	Пластичность	Уровень пиковых изменений формы без существенных разрушений общей структуры металлического элемента.
	Хрупкость	Разрушение металла в результате воздействия внешних сил при отсутствии деформаций остаточного типа.
Технология	Ковкость	Способность металлического материала выдерживать внешнее воздействие (обработку) под давлением не разрушаясь структурно.
	Свариваемость	На сколько качественные швы способен образовывать выбранный металл в процессе сварочных работ.
	Резка	На сколько хорошо металл обрабатывается инструментами режущего типа (ножницы по металлу и прочее).
Химия	Жаростойкость	Потенциал металла в оказании сопротивления окислительным процессам под воздействием газовой среды в комбинации с высоким температурным воздействием.
	Жаропрочность	Потенциал сохранения механических свойств элемента в условия влияния высокого температурного режима.
	Износостойкость	Предельно допустимые значения сопротивляемости верхнего слоя металла в отношении разрушающего воздействия силы трения.
	Стойкость к радиации	На сколько хорошо внешняя и внутренняя структура материала способна оказывать сопротивление воздействию ядерного облучения.

В твердом состоянии подавляющее большинство металлов имеет кристаллическое строение решетки. Форма может быть одной из трех – кубическая объёмно-центрическая, гранецентрическая или гексагональная с плотной упаковкой атомов.

Какие физические свойства металлов используют в технике?

Техническая сторона вопроса в отношении металлов имеет четкий ответ – используются абсолютно все физические свойства . Меняется только степень влияния определенных свойств. В одном направлении делается упор на плотность, а в другом температуру плавления. Далее я детально остановлюсь на каждом из свойств по физике металлов.

1) Плотность

Базовая физическая величина, которая важна в 95% технических вопросов использования. Обращаясь к терминологии, плотность вещества – отношение массы к значению объема металлического тела . Выражается физическое свойство через граммы, деленные на сантиметры кубические. Реже используются килограммы на метры кубические.

Картинка выше, взятая их технической литературы дает возможность узнать плотность большинства популярных марок сталей, чугуна и прочих черных или цветных сплавов. Для измерения значения плотности нестандартных сплавов, которые не указаны в шаблонных таблицах, в 95%+ случаев используется гидростатический метод. В остальных 5% применяется пикнометрический метод.

ГОСТы по гидростатическому методу измерения плотности:

В основе измерений лежат хорошо смачивающие материалы, которые не вступают в реакции с металлом + не улетучиваются в процессе проведения самих измерений. Обычно используется наиболее простой вариант – дистиллированная вода.

Важно: значение плотности является решающим при изготовлении деталей в авиационной и ракетной технике. Получаемые конструкции просто обязаны сочетать в себе прочность и легкость.

Вопрос оптимизации веса и прочности – одна из главных проблем современного конструирования . Именно плотность в данном вопросе несет решающее значение, а потому данный факт ставит физический параметр металлов в топ-3 по важности из всего прилагаемого списка свойств группы элементов.

2) Температура плавления

Большинство металлов располагают рядом оригинальных свойств, присущих исключительно им. У каждого имеется собственная критическая точка, при которой наступает разрушение кристаллической решетки и переход из твердой формы в жидкую с сохранением объема металлического элемента. Описанный процесс называется плавлением металлов и в металлургической промышленности он является основой производства.

Важно: в технике используются сплавы из чистых металлов и легирующих добавок. Получить нужные свойства без применения процесса плавления невозможно.

Новые соединения образуются в процессе смешивания кристаллических решеток чистых элементов. Температура плавления – величина непостоянная, зависящая от концентрации входящих в сплав компонентов.

В зависимости от температуры плавления, металлы подразделяют на 3 категории – легкоплавкие, среднеплавкие и тугоплавкие. Первые имеют верхний порог расплавки менее 1 000 по Цельсию, а последние более 1500 градусов.

О применении тугоплавких и легкоплавких металлов в технике ниже.

Тугоплавкие металлы	Легкоплавкие металлы
Применение в сварке. Все мы знаем об электродах из вольфрамового сплава. В данном случае металл выступает в качестве основы для расходника.	Жидкометаллические тепловые носители нашли применение в энергетической промышленности и машиностроении.
Элементы в электронике.	Изготовление моделей выплавляемого типа.
Космос и авиация. Некоторые сплавы используются в сверхзвуковой авиации и производстве космических кораблей.	Вакуумная техника. Применение в уплотнениях, пайке швов и прочем подобном.
Военная промышленность. Как правило, конструктивно важные элементы, которые обязаны быть защищены от высоких температур и расплавки, упаковывают в оболочки из тугоплавкого металла.	Микроэлектроника, а именно покрытие различных датчиков, предохранителей и конечно же использование в качестве припоев.
Применяются при разработке техники вакуумного типа.	Используются как основа для расплавляемой смазки для металлов.

Наиболее популярным и наглядным применением тугоплавких металлов является нити накалывания в лампах. Из металлопроката можно выделить полосы вытяжки, фольгу, трубы и проволоку.

3) Электропроводимость

Обратите внимание: любой из сплавов имеет намного меньшую электрическую проводимость нежели чистое вещество.

Причиной тому служит слияние структурной сетки элементов, из-за чего прекращается нормальная работа электронов внутри нового металлического вещества. Формирование базы знаний вокруг рассматриваемого свойства происходило за счет теории электропроводимости металлов.

В нее входит 6 пунктов:

Высокая проводимость повязана на количестве свободных электронов;
Возникновение тока происходит за счет внешнего воздействия на металл, в результате чего происходит упорядочивание движения электронов внутри элемента.
Сила тока, проходящего через металл, рассчитывается на основании закона Ома.
Разное число элементарных частиц влияет на значение сопротивления.
Ток в цепи возникает сразу же после воздействия на электроны.
При повышении температурного режима увеличивается и сопротивление металла.

Наибольшей электропроводимостью могут похвастаться металлы из щелочной группы, но из-за их ограничений по другим свойствам (температура плавления и химическая активность), их применение в технике и промышленности крайне ограничено.

Где используются электроповодимые металлы:

при заземлении электроустановок;
с целью выравнивания потенциалов;
как громоотводы.

Ну и основная функция проводников – это доставка электричества. Обход наукой стороной данного свойства не позволил бы развиваться техническому прогрессу как таковому в принципе.

4) Какие еще физические свойства металлов используют в технике: теплопроводимость

Теплопроводимость веществ – неотъемлемая часть термодинамики. В отношении металла данное свойство показывает на сколько хорошо материал способен распределять тепло по всей плоскости металлического объекта . Транспортировка тепловой энергии происходит за счет движения элементарных частиц внутри элемента – атомы, электроны и так далее.

Справочные значения тепловой проводимости для популярных металлов и сплавов представленный на картинке выше. Более детальные таблицы представлены в специализированной литературе по материаловедению.

Обратите внимание: значения теплопроводимости подают на промежутке от 0 до 600 по Цельсию.

Сказать о тотальном преимуществе металлов с высокой или низкой теплопроводиомстью нельзя. Все зависит от сферы применения материала.

В каких областях важен рассматриваемый параметр:

строительство. Приоритет на низкую проводимость материалов. В таких помещениях температура будет сохранять оптимальные показатели как летом, так и зимой;
отопительные системы. Актуально в производстве радиаторов и труб для транспортировки тепла;
техника. В определенных направлениях приборостроения важна защита от перегрева. При таких требованиях выбор материала-оболочки осуществляется на основании теплопроводимости материала.

Важно понимать, что при образовании новых типов сплавов параметр проводимости тепла изменяется. Чтобы узнать актуальные значения, используются опытные методы определения. Частный выбор зависит от особенностей исследуемого металла.

Базовые физические свойства металлов:

5) Магнетизм

Способность металлов намагничиваться или притягиваться магнитами стоит на втором месте по важности для ниши техники. Существует 2 способа определения уровня магнетизма металлов – магнитно-металлографический метод и магнитная металлография. Второй реализовать проще, ибо в основе лежат проявления магнитных свойств на поверхности исследуемого образца металлического элемента.

О классификации металлических элементов в чистом виде по отношению к магнитным полям расскажу отдельной таблицей.

Группа	Отношение	Представители
Ферромагниты	Могут набирать магнитное поле при воздействии слабых магнитных полей.	Кобальт, железо, никель, гадолиний.
Парамагниты	Практически не набирают магнитное поле вне зависимости от его силы воздействия.	Хром, титан, алюминий, лантан, лютеций и другие лантаноиды.
Диамагниты	Совсем не притягиваются к магнитам + некоторые могут даже отталкиваться.	Олово, висмут, медь.

По факту, магнитными свойствами обладает очень мало металлов, но в повседневности использование магнита указывает нам на противоположный факт. Причина тому 90% промышленности, которая в основе сплавов использует железо, проявляющее крайне сильные ферромагнитные свойства по отношению к магнитным полям.

Где нужны магнитные свойства металлов:

в акустических системах, при производстве реле и бесконтактных датчиков;
при изготовлении бытовой техники – сепараторы и холодильники;
электромашины;
элементы узлов в кодовых замках и охранных сигнализациях;
техногенераторы;
датчики расположения;
приборы для измерения электричества;
периферия на ПК;
узлы в телефонах, видеокамерах и фотоаппаратах;
узлы устройств для обработки воды, топлива и масел. Иными словами – магнитные фильтры.

В дополнение, металлы с магнетизмом – это источник прогресса в медицине и автоматизированных транспортных системах. Ну и не будем забывать о магнитных устройствах, что используются в рекламе, реализациях, выставках и прочих мероприятиях по всему миру.

Некоторые специалисты к физическим свойствам относят также коэффициенты линейного и объемного расширений. Данные параметры характеризуют способность металлов расширяться в процессе нагревания. Особо важно учитывать данный параметр в строительной сфере – мосты, железные дороги, трамвайные пути и тому подобное. Так как свойство является составляющей теплопроводимости, рассматривать отдельно его я не вижу смысла.

На этом разбор вопроса считаю исчерпанным. Теперь вы в полной мере знаете, какие физические свойства металлов используют в технике и прочих сферах деятельности человека. При возникновении вопросов, можете изложить их в комментариях.

Читайте также: