Металлы в природе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

Металлы в природе

по предмету: химия

Тульниковой Дарьи

г. Михайловск, 2022 года

Содержание

Введение

1. Металлы

1.1 Общие сведения

1.2 Химические свойства

1.3 Физические свойства

1.4 Микроскопическое строение

1.5 Применение металлов

2. Нахождение металлов в природе

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В природе имеется более 100 химических элементов, которые подразделяются на две группы: металлы и неметаллы (металлоиды). Металлами называются вещества, обладающие характерными признаками: хорошей проводимостью тепла и электричества, ковкостью, особым металлическим блеском.

Такие металлы, как золото, серебро и медь, известны человеку с доисторических времен. М.В. Ломоносов определял металл как «светлое тело, которое ковать можно» и относил к металлам золото, серебро, медь, олово, железо и свинец. А. Лавуазье в «Начальном курсе химии» (1789) упоминал уже 17 металлов. В начале XIX в. последовало открытие платиновых металлов, а затем щелочных, щелочноземельных и ряда других. Триумфом периодического закона было открытие металлов: галлия, скандия и германия. В середине XX в. с помощью ядерных реакций были получены трансурановые элементы - не существующие в природе радиоактивные металлы. Современная металлургия получает свыше 60 металлов и на их основе более 5000 сплавов.

В промышленности обычно используются не чистые металлы, а их сплавы. Металлы разделяются на черные и цветные. К черным относятся железо и его сплавы -- сталь и чугун; к цветным все остальные -- медь, алюминий, олово, свинец, цинк, никель, хром и др. Черные металлы в промышленности составляют более 90% всего металла, применяемого для изготовления: строительных металлоконструкций (мостов, балок, ферм, колонн, резервуаров); для изготовления различных машин и аппаратов, вагонов, рельсов и т.п. Цветные металлы употребляются в основном в качестве присадок для улучшения свойств черных металлов или придания им особых свойств. Чистые металлы используются только тогда, когда к материалу предъявляют высокие требования в отношении теплопроводности и электропроводности, высокой температуры плавления и т. д.

1. Металлы

1.1 Общие сведения

Металлы (название происходит от лат. metallum -- шахта) -- это вещества, которые, в отличие от неметаллов (и металлоидов), обладают характерными металлическими свойствами. Эти характерные свойства металла обусловлены наличием свободно перемещающихся электронов в его кристаллической решетке. Из известных в настоящее время 107 химических элементов 85 относятся к металлам. Последние весьма распространены в природе и встречаются в виде различных соединений в недрах земли, водах рек, озер, морей, океанов, составе тел животных, растений и даже в атмосфере. Самым распространённым металлом в земной коре является алюминий.

Причисляя тот или иной элемент к разряду металлов, мы имеем в виду наличие у него определенных характерных свойств: металлический блеск; хорошая электропроводность; возможность лёгкой механической обработки (пластичность); высокая плотность; высокая температура плавления; большая теплопроводность; способность к образованию сплавов.

Неметаллы не обладают перечисленными выше свойствами и резко отличаются по внешнему виду от металлов.

Деление всех химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева на металлы и неметаллы является условным. Если в периодической таблице провести диагональ через бор и астат, то в главных подгруппах, расположенных справа от диагонали, будут неметаллы, а в главных подгруппах слева от диагонали, побочных подгруппах и в восьмой группе (кроме инертных газов) -- металлы. Причем элементы рядом с разделительной линией являются так называемыми металлоидами, т.е. веществами с промежуточными свойствами (металлов и неметаллов). К ним относятся: бор В, кремний Si, германий Gе, мышьяк Аs, сурьма Sb, теллур Те, полоний Ро.

В соответствии с местом, занимаемым в периодической системе, различают переходные (элементы побочных подгрупп) и непереходные металлы (элементы главных подгрупп). Металлы главных подгрупп характеризуются тем, что в их атомах происходит последовательное заполнение электронных s- и р-подуровней. В атомах металлов побочных подгрупп происходит достраивание d- и f-подуровней.

1.2 Химические свойства

В химическом отношении все металлы характеризуются сравнительной легкостью отдачи валентных электронов и способностью образовывать положительно заряженные ионы. Следовательно, металлы в свободном состоянии являются восстановителями.

Восстановительная способность различных металлов неодинакова и определяется положением в электрохимическом ряду напряжения металлов: Li K Rb Cs Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb Cu Hg Ag Pt Ag Pt Au

Металлы размещены в порядке убывания их восстановительных свойств и усиления окислительных свойств их ионов. Этот ряд характеризует химическую активность металлов только в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих в водной среде.

Отношение металлов к кислороду воздуха. Наиболее активные металлы (литий, натрий, калий, цезий, барий, кальций) очень легко реагируют с кислородом воздуха на холоде. Менее активные металлы (алюминий, хром, марганец и др.) при окислении на воздухе покрываются плотной оксидной пленкой, которая предохраняет их от дальнейшего взаимодействия с кислородом. При высокой температуре эти металлы сгорают, а иридий, золото в прямую реакцию с кислородом не вступают.

Отношение металлов к воде. Металл в виде простого вещества является восстановителем, причем восстановительные свойства его выражаются тем сильнее, чем меньше стандартный потенциал металла (Е^о).

Для восстановления молекул воды в нейтральной среде (концентрация ионов водорода при 25^о С равна 10^-7 моль/л) надо приложить потенциал, равный -0,414 В (рассчитывается по уравнению Нернста). Следовательно, теоретически металлы, имеющие потенциал более отрицательный, чем -0,414 В, должны вытеснять водород из воды. Практически же из всех металлов при обыкновенной температуре легко реагируют с водой лишь щелочные (литий, натрий, калий, рубидий, цезий) и щелочноземельные (кальций, стронций, барий) металлы, поскольку их оксидные пленки и продукты взаимодействия - гидроксиды - растворимы в воде. Они не предохраняют металл от её действия. Роль окислителя в этих реакциях выполняет вода, о чем свидетельствует выделение водорода.

Менее активные металлы - магний, алюминий, цинк, железо - окисляются труднее. Для разложения ими воды требуется более или менее высокая температура. Отсутствие видимого взаимодействия других активных металлов с водой при обычной температуре объясняется, главным образом, нерастворимостью естественных оксидных пленок или получающихся продуктов. Это обусловлено наличием на поверхности алюминия очень плотного тонкого слоя химически инертной оксидной пленки, которая ни при каких условиях не взаимодействует с водой.

Однако при нагревании некоторые из активных металлов (Mg, Mn, Ti, Zn, Cr, Fe) могут взаимодействовать с водой. Но реакция взаимодействия этих металлов при нагревании протекает также по - разному. Это зависит от активности металла и растворимости их оксидов и гидроксидов. Так, магний и марганец при нагревании энергично взаимодействуют с водой, а титан реагирует лишь с кипящей водой и то медленно. Цинк взаимодействует лишь с перегретым паром, а хром и железо вступают в реакцию с водяными парами только при температуре красного каления.

Таким образом, для растворения металла в воде необходимо три условия:

чтобы естественная оксидная пленка металла растворялась в воде;

чтобы Е^о металла был меньше, чем 0,414 В;

чтобы продукт взаимодействия металла с водой растворялся в воде.

Отношение металлов к растворам кислот. Характер взаимодействия металлов с кислотами зависит от активности окисляемого металла, природы и концентрации кислоты. При этом роль окислителя могут играть ионы кислот или основной элемент, образующий кислородосодержащую кислоту. В первом случае кислоты (соляная, разбавленная серная, уксусная и некоторые другие) растворяют почти все металлы, имеющие отрицательные значения стандартного электродного потенциала (алюминий, железо, цинк, никель и др.). Металлы, имеющие положительное значение Е^о, окисляются за счет кислотных остатков азотной и концентрированной серной кислот. С этими кислотами реагируют также почти все металлы, имеющие меньшее значение электродного потенциала, чем потенциал водорода, т.е. меньше 0. Во всех случаях продуктами взаимодействия металлов с азотной и концентрированной серной кислотами являются соль, продукт восстановления кислоты и вода.

При соответствующих условиях (природа металла и кислоты, её температура) металлы в кислотах практически не растворяются вследствие пассирования. В общем случае термин «пассивность» металлов применяется для характеристики такого состояния металлов, когда они утрачивают способность вступать в некоторые реакции, свойственные им в нормальных состояниях. Пассирование связано с образованием на поверхности металла плотных практически не растворимых пленок оксидов, солей или иных соединений. Так, за счет образования на поверхности оксидной пленки алюминий, хром, железо, кобальт, никель не взаимодействуют на холоде с концентрированной (и особенно дымящей) азотной и серной кислотами. Нерастворимые соли чаще всего образуются при взаимодействии металлов с несильными кислотами типа H₃PO₄, H₂CO₃, HF. Пассирование металлов широко используется в промышленности. Например, алюминий применяется в качестве конструкционного материала в производстве концентрированной азотной кислоты, нержавеющая сталь - в производстве серной кислоты, свинец - в производстве разбавленной серной кислоты, хром добавляют в сплавы для придания им кислотности.

Отношение металлов к растворам щелочей. Для растворения металла в водных растворах щелочей необходимо три условия:

чтобы естественная оксидная пленка металла растворялась в щелочи;

чтобы потенциал процесса окисления металла был меньше -0,826 В;

чтобы продукт взаимодействия металла с водой, т.е. гидроксид металла, обладал амфотерными свойствами.

В щелочной среде металлы, образующие амфотерные гидроксиды, оксиды, образуют гидроокиси соли

Отношение металлов к растворам солей. Каждый металл ряда стандартных электродных потенциалов вытесняет (восстанавливает) все следующие за ним металлы из растворов их солей. Однако возможны случаи, когда менее активные металлы взаимодействуют в водной среде с солями, образованными активными металлами. Так, протекание реакции между железом и хлоридом цинка обусловлено гидролизом соли в водном растворе и дальнейшем взаимодействии металла с продуктами гидролиза (HCl).

1.3 Физические свойства

Для металлов наиболее характерны следующие свойства: металлический блеск, твердость, пластичность, ковкость и хорошая проводимость тепла и электричества. Очень важным свойством металлов является их сравнительно легкая механическая деформируемость. Металлы пластичны, они хорошо куются, вытягиваются в проволоку, прокатываются в листы и т.п. Эти типичные для металлов свойства обусловлены их электронным строением.

Для всех металлов характерна металлическая кристаллическая решетка: в ее узлах находятся положительно заряженные ионы, а между ними свободно перемещаются электроны. Наличие последних объясняет высокую электропроводность и теплопроводность, а также способность поддаваться механической обработке.

Теплопроводность и электропроводность уменьшается в ряду металлов: Аg Сu Аu Аl Мg Zn Fе РЬ Hg

Все металлы делятся на две большие группы:

Черные металлы. Имеют темно-серый цвет, большую плотность, высокую температуру плавления и относительно высокую твердость. Типичным представителем черных металлов является железо и его сплавы -- сталь и чугун.

Черные металлы в промышленности составляют по весу более 90% всего металла, применяемого для различных целей. Употребляются для изготовления строительных металлоконструкций (мостов, балок, ферм, колонн, резервуаров), для изготовления различных машин и аппаратов, вагонов, рельсов и т.п. Причина столь широкого применения черных металлов заключается в их относительной дешевизне и большой прочности.

Цветные металлы. Имеют характерную окраску: красную, желтую, белую; обладают большой пластичностью, малой твердостью, относительно низкой температурой плавления. Типичным представителем цветных металлов является медь.

Цветные металлы употребляются в основном в качестве присадок (добавок) для улучшения свойств черных металлов или придания им особых свойств (например, для изготовления нержавеющих сталей, для получения твердых режущих сплавов и т. п.).

Таким образом, под термином «металлы» понимают всю группу металлических материалов -- чистые металлы и сплавы.

Чистые металлы используются только в тех случаях, когда к материалу предъявляют высокие требования в отношении теплопроводности и электропроводности, высокой температуры плавления и т. д. Так, например, провода, кабели, обмотки электрических машин почти всегда делают из меди, так как медь лучше всех других металлов, за исключением серебра, проводит электрический ток. Чистый вольфрам как самый тугоплавкий металл используется для изготовления нитей электрических лампочек.

Металлам присущи магнитные свойства. Так, переходные металлы с недостроенными f- и d- электронными облачками являются парамагнетиками. Некоторые из них при определенных температурах переходят в магнитоупорядоченное состояние.

Наряду с черными и цветными металлами выделяют еще группу - благородных металлов: серебро, золото, платину, рутений и некоторые другие. Звания «благородных» эти металлы удостоились благодаря своей высокой химической стойкости (практически не окисляются на воздухе даже при повышенной температуре и не разрушаются при действии на них растворов кислот и щелочей) и красивому внешнему виду в изделиях, в том числе ювелирных. Кроме того, золото, серебро и платина обладают высокой пластичностью (можно прокатывать листы толщиной до 0,0001 мм, благодаря чему благородные металлы точно передает и сохраняет приданную им форму), а металлы платиновой группы -- тугоплавкостью.

Отличаясь химической стойкостью, все эти металлы встречаются в природе почти исключительно в чистом - самородном - виде и, в отличие от остальных металлов, почти не вступают в химические реакции и не образуют соединений с другими элементами, мало поддаются коррозии.

В зависимости от своей плотности металлы делятся на:

Легкие (плотность не более 5 г/см). К легким металлам относятся: литий, натрий, калий, магний, кальций, цезий, алюминий, барий. Самый легкий металл -- литий 1л, плотность 0.534 г/см3.

Тяжелые (плотность больше 5 г/см3). К тяжелым металлам относятся: цинк, медь, железо, олово, свинец, серебро, золото, ртуть и др. Самый тяжелый металл -- осмий, плотность 22,5 г/см3.

Металлы различаются по своей твердости:

-- мягкие: режутся даже ножом (натрий, калий, индий);

-- твердые: металлы сравниваются по твердости с алмазом, твердость которого равна 10. Хром -- самый твердый металл, режет стекло.

В зависимости от температуры плавления металлы условно делятся на:

1. Легкоплавкие (температура плавления до 1539°С).

К легкоплавким металлам относятся: ртуть -- температура плавления --38,9°С; галлий -- температура плавления 29,78°С; цезий -- температура плавления 28,5°С; и другие металлы.

2. Тугоплавкие (температура плавления выше 1539 С).

К тугоплавким металлам относятся: хром -- температура плавления 1890°С; молибден -- температура плавления 2620°С; ванадий -- температура плавления 1900°С; тантал -- температура плавления 3015°С; и многие другие металлы.

Самый тугоплавкий металл вольфрам -- температура плавления 3420°С.

1.4 Микроскопическое строение

Характерные свойства металлов можно понять, исходя из их внутреннего строения. Все они имеют слабую связь электронов внешнего энергетического уровня (другими словами, валентных электронов) с ядром. Благодаря этому созданная разность потенциалов в проводнике приводит к лавинообразному движению электронов (называемых электронами проводимости) в кристаллической решётке. Совокупность таких электронов часто называют электронным газом. Вклад в теплопроводность, помимо электронов, дают фононы (колебания решётки). Пластичность обусловлена малым энергетическим барьером для движения дислокаций и сдвига кристаллографических плоскостей. Твёрдость можно объяснить большим числом структурных дефектов (междоузельные атомы, вакансии и др.).

Из-за лёгкой отдачи электронов возможно окисление металлов, что может приводить к коррозии и дальнейшей деградации свойств. Способность к окислению можно узнать по стандартному ряду активности металлов. Этот факт подтверждает необходимость использования металлов в комбинации с другими элементами (сплав, важнейшим из которых является сталь), их легирование и применение различных покрытий.

Для более корректного описания электронных свойств металлов необходимо использовать квантовую механику. Во всех твёрдых телах с достаточной симметрией уровни энергии электронов отдельных атомов перекрываются и образуют разрешённые зоны, причём зона, образованная валентными электронами, называется валентной зоной. Слабая связь валентных электронов в металлах приводит к тому, что валентная зона в металлах получается очень широкой, и всех валентных электронов не хватает для её полного заполнения.

Принципиальная особенность такой частично заполненной зоны состоит в том, что даже при минимальном приложенном напряжении в образце начинается перестройка валентных электронов, т. е. течёт электрический ток.

Та же высокая подвижность электронов приводит и к высокой теплопроводности, а также к способности зеркально отражать электромагнитное излучение (что и придаёт металлам характерный блеск).

1.5 Применение металлов

Конструкционные материалы. Металлы и их сплавы -- один их главных конструкционных материалов современной цивилизации. Это определяется прежде всего их высокой прочностью, однородностью и непроницаемостью для жидкостей и газов. Кроме того, меняя рецептуру сплавов, можно менять их свойства в очень широких пределах.

Электротехнические материалы. Металлы используются как в качестве хороших проводников электричества (медь, алюминий), так и в качестве материалов с повышенным сопротивлением для резисторов и электронагревательных элементов (нихром и т. п.).

Инструментальные материалы. Металлы и их сплавы широко применяются для изготовления инструментов (их рабочей части). В основном это инструментальные стали и твёрдые сплавы. В качестве инструментальных материалов применяются также алмаз, нитрид бора, керамика.

2. Нахождение металлов в природе

Металлы малой химической активности (Cu, Ag, Au, Pt, Hg) встречаются в свободном виде или в виде вкраплений в горные породы. Большая часть металлов присутствует в природе в виде руд и соединений. Они образуют оксиды, сульфиды, карбонаты и другие химические вещества. Для получения чистых металлов и дальнейшего их применения необходимо выделить их из руд и провести очистку. При необходимости проводят легирование и другую обработку металлов. Изучением этого занимается наука металлургия, которая различает руды чёрных металлов (на основе железа) и цветных (в их состав не входит железо, всего около 70 элементов). Исключением можно назвать около 16 элементов: т.н. благородные металлы (золото серебро и др.), и некоторые другие (например, ртуть, медь), которые присутствуют без примесей.

Кроме того, в малых количествах они присутствуют в морской воде (1,05%, -- 0,12%), растениях, живых организмах (играя при этом важную роль).

Так, содержание некоторых металлов в земной коре следующее: алюминия -- 8,2%, железа -- 4,1%, кальция -- 4,1%, натрия -- 2,3%, магния -- 2,3%, калия - 2,1 %, титана -- 0,56%.

В природе металлы встречаются:

-- в самородном состоянии: серебро, золото, платина, медь, иногда ртуть;

-- в виде оксидов: магнетит Fe₃O₄, гематит Fe₂О₃ и др.

-- в виде смешанных оксидов: каолин Аl₂O₃ * 2SiO₂ * 2Н₂О, алунит (Na,K)₂O * АlО₃ * 2SiO₂ и др.

-- различных солей: сульфидов: галенит PbS, киноварь НgS, хлоридов: сильвин КС1, галит NaCl, сильвинит КСl* NаСl, карналлит КСl * МgСl₂ * 6Н₂О, сульфатов: барит ВаSO₄, ангидрид Са₈О₄ фосфатов: апатит Са₃(РО₄)₂, карбонатов: мел, мрамор СаСО₃, магнезит МgСО₃.

Так, основная масса алюминия сосредоточена в алюмосиликатах, из которых наиболее распространены полевые шпаты. Главные их представители - минералы ортоклаз K[AlSi₃O₁₀], альбит Na[AlSi₃O₁₀] и анорит Са [Al₂Si₂O₁₀]. Очень распространены минералы группы слюд, например, мусковит Kal₂[AlSi₃O₁₀][OH]₂ , большое практическое применение имеет минерал нефелин (Na, K)₂[Al₂Si₂O₈] (используется для получения глинозема, содовых продуктов и цемента). Из других минералов наибольшее практическое распространение находят боксит Al₂O₃*nH₂O и криолит Na₃AlF₆. Распространенным продуктом разрушения горных пород является каолин, состоящий в основном из глинистого минерала каолинита Al₂O₃*2SiO₂*2H₂O.

Большая часть кальция встречается в природе в виде отложений известняков и мела, состоящих в основном из минерала кальцита CaCO₃, а также мрамора. Из других пород наиболее распространены доломит CaCO₃*MgCO₃, ангидрит CaSO₄ и гипс CaSO₄*2H₂O, флюорит CaF₂ и апатит 3Ca₃(PO₄)₂*Ca(F, Cl)₂. В немалых количествах встречается кальций в различных силикатах, например CfO*3MgO*4SiO₂ (асбест), и алюмосиликатах.

Магний распространен в природе в виде магнезита MgCO₃ и доломита, силиката Mg₂SiO₄ (оливин), каинита KCl*MgSO₄*3H₂O и карналлита KCl*MgCl₂*6H₂O. Природными соединениями щелочных металлов являются сильвинит NaCl*KCl, галит NaCl, мирабилит Na₂SO₄*10H₂O.

Железо - самый распространенный после алюминия металл на земном шаре. Оно входит в состав многочисленных минералов, образующих скопления железных руд: гематита Fe₂O₃, магнетита Fe₃O₄, гидрогетита HFeO₂*nH₂O, сидерита FeCO₃ и др.

Изредка встречаются и самородное железо метеорного или земного происхождения.

Многие металлы часто сопутствуют основным природным минералам: скандий входит в состав оловянных, вольфрамовых руд, кадмий -- в качестве примеси в цинковые руды, ниобий и тантал -- в оловянные. Железным рудам всегда сопутствуют марганец, никель, кобальт, молибден, титан, германий, ванадий.

Среди свойств сплавов наиболее важными для практического применения являются жаропрочность, коррозионная стойкость, механическая прочность и др. Для авиации большое значение имеют легкие сплавы на основе магния, титана или алюминия, для металлообрабатывающей промышленности - специальные сплавы, содержащие вольфрам, кобальт, никель. В электронной технике применяют сплавы, основным компонентом которых является медь. Сверхмощные магниты удалось получить, используя продукты взаимодействия кобальта, самария и других редкоземельных элементов, а сверхпроводящие при низких температурах сплавы - на основе интерметаллидов, образуемых ниобием с оловом и др.

Современная техника использует огромное число сплавов, причем в подавляющем большинстве случаев они состоят не из двух, а из трех, четырех и большего числа металлов. Интересно, что свойства сплавов часто резко отличаются от свойств индивидуальных металлов, которыми они образованы. Так, сплав, содержащий 50% висмута, 25% свинца, 12,5% олова и 12,5% кадмия, плавится всего при 60,5 градусах Цельсия, в то время как компоненты сплава имеют соответственно температуры плавления 271, 327, 232 и 321 градус Цельсия. Твердость оловянной бронзы (90% меди и 10% олова) втрое больше, чем у чистой меди, а коэффициент линейного расширения сплавов железа и никеля в 10 раз меньше, чем у чистых компонентов.

Na₂CO₃ - карбонат натрия, образует кристаллогидрат Na₂CO₃ * 10H₂O, известный под названием кристаллическая сода, которая применяется в производстве стекла, бумаги, мыла. Это средняя соль.

В быту более известна кислая соль - гидрокарбонат натрия NaHCO3, она применяется в пищевой промышленности (пищевая сода) и в медицине (питьевая сода).

K₂CO₃ - карбонат калия, техническое название - поташ, и используется в производстве жидкого мыла и для приготовления тугоплавкого стекла, а также в качестве удобрения.

Магний и кальций применяют для производства редких металлов и легких сплавов. Например, магний входит в состав дюралюминия, а кальций - одним из компонентов свинцовых сплавов, необходимых для изготовления подшипников и оболочек кабелей.

В технике оксид кальция CaO называют негашеной известью, а MgO - жженой магнезией. Оба эти оксида используются в производстве строительных материалов.

Если порошок алюминия или тонкую алюминиевую фольгу сильно нагреть, то они воспламеняются и сгорают ослепительным пламенем:

4Al⁰ + 3O₂⁰ = 2Al₂⁺³O₃^-2

Это реакция используется для изготовления бенгальских огней и фейерверков.

Алюминий широко используется в металлургии для получения металлов - хрома, марганца, ванадия, титана, циркония из их оксидов. Этот способ носит название алюминотермии. На практике часто применяется термит - смесь Fe₃O₄ с порошком алюминия. Если эту смесь поджечь, например, с помощью магниевой ленты, то происходит энергичная реакция с выделением большого количества теплоты:

8Al + 3Fe₃O₄ = 4Al₂O₃ + 9Fe

Железо - это основа современной техники и сельскохозяйственного машиностроения, транспорта и средств связи, космических кораблей и вообще всей современной промышленности и цивилизации. Большинство изделий, начиная от швейной иглы и кончая космическими аппаратами, не может быть изготовлено без применения железа.

Сульфиды щелочноземельных металлов, содержащие в малых количествах примесей тяжелых металлов, после предварительного освещения начинают светиться различным цветом - красным, оранжевым, голубым, зеленым. Они входят в состав специальных светящихся красок, которые называют фосфорами. Их используют для изготовления светящихся дорожных знаков, циферблатов и т.п.

CaCO₃ - карбонат кальция - одно из самых распространенных на Земле соединений. Нам широко известны такие содержащие его минералы, как мел, мрамор, известняк. Также его применяют для изготовления побелки.

Самый важный из этих минералов - известняк, без которого не обходится ни одно строительство. Во-первых, он сам является прекрасным строительным камнем (вспомним знаменитые одесские катакомбы - бывшие каменоломни, в которых добывали камень для строительства города), во-вторых, это сырье для получения других материалов: цемента, гашеной и негашеной извести, стекла и др.

Известняковой щебенкой укрепляют дороги, а порошком - уменьшают кислотность почв.

Природный мел представляет собой остатки раковин древних животных (рисунок на странице 15 (слева)[5]). Один из примеров использования мела мы хорошо знаем - это школьные мелки, зубные пасты. Мел используют в производстве бумаги, а также резины.

Мрамор - это минерал скульпторов, архитекторов и облицовщиков. Из мрамора создавал свои прекрасные творения Микеланджело (рисунок на странице 15(справа)[6]), стены всемирно- известного индийского мавзолея Тадж-Махал выложены из мрамора, мрамором облицованы многие станции московского метро.

MgCO₃ - карбонат магния, широко применяется в производстве стекла, цемента, кирпича, а также в металлургии для перевода пустой породы, т.е. не содержащей соединения металла, в шлак.

CaSO₄ - сульфат кальция, встречается в природе в виде минерала гипса CaSO₄ * 2H₂O, представляющего собой кристаллогидрат. Используется в строительстве, в медицине для наложения неподвижных гипсовых повязок, для получения слепков. Для этого применяют полуводный гипс 2CaSO₄ * H₂O - алебастр, который при взаимодействии с водой образует двуводный гипс:

2CaSO₄ * H₂O + H₂O = 2CaSO₄ * H₂O

Эта реакция идет с выделением теплоты.

MgSO₄ - сульфат магния, известный под названием горькая или английская соль, используемый в медицине в качестве слабительно средства. Содержится в морской воде и придает ей горький вкус.

BaSO₄ - сульфат бария благодаря нерастворимости и способности задерживать рентгеновские лучи применяется в рентгенодиагностике («баритовая каша») при заболеваниях желудочно-кишечного тракта.

Ca₃(PO₄)₂ - фосфат кальция, входит в состав фосфоритов (горная порода) и апатитов (минералов), а также в состав костей и зубов в организме взрослого человека содержится более 1 кг. кальция в виде соединения Ca₃(PO₄)₂.

Корунд - минерал состава Al₂O₃, обладает очень высокой твердостью, его мелкозернистая разновидность, содержащая примеси, - наждак, применяется как абразивный (шлифовочный) материал.

Хорошо известны прозрачные окрашенные примесями кристаллы корунда: красный - рубины и синие - сапфиры, которые используют как драгоценные камни. В настоящее время их получают искусственно и применяют не только для украшений, но и для технических целей, например, для изготовления деталей часов и других точных приборов. Кристаллы рубинов применяют в лазерах.

FeS₂ - не служит железной рудой для получения металлов, но применяется для производства серной кислоты.

Кристаллогидрат сульфата железа (II) FeSO * 7H₂O, известны под названием железный купорос, применяют для борьбы с вредителями растений, для приготовления минеральных красок и в других целях.

Хлорид железа (III) FeCl₃ используют в качестве протравы при крашении тканей.

Сульфат железа (III) Fe₂(SO₄)₃ * 9H₂O применяется для очистки воды и в других целях.

Нитрат серебра AgNO₃, называемый также ляписом. Образует бесцветные прозрачные кристаллы, хорошо растворимые в воде. Применяется в производстве фотоматериалов, при изготовлении зеркал, в гальванотехнике и в медицине.

Тяжелые металлы (свинец, медь, цинк, мышьяк, ртуть, кадмий, хром, алюминий и др.) в микроколичествах необходимы организму и в основном они находятся в активных центрах коферментов (Л.Р. Ноздрюхина,1977, J.R.Glaister,1986).

При превышении допустимых концентраций они нарушают многие процессы в организме, начиная с клеточных мембран, т.к. многовалентные ионы металлов могут связываться со специфическими участками фосфолипидных полярных частей (В.А.Тутельян и др.,1987, F.W.Oehme,1978, L.J.Casaret et al.,1975). В результате этого взаимодействия происходит расширение или сжатие поверхности мембраны и, следовательно, изменение её обычных свойств (В.Калоус, З.Павличек,1985). Особенно опасны металлорганические соединения, т.к. они гораздо лучше проходят барьеры внутри организма. Некоторые металлы, например- свинец, стронций, иттрий, кадмий замещают в организме кальций, а это приводит к хрупкости костей.

Количество биологически активных химических элементов в организмах животных и тканях в основном зависит от их места обитания и особенностей потребления кормов (С.Ф. Тютиков и др., 1997). В большинстве случаях сельскохозяйственные животные страдают от дефицита и несбалансированности микроэлементов (К.К.Заневский, 1992). При содержании тяжелых металлов в почве выше допустимых норм отмечают повышение поступления указанных металлов в рационы и соответственно в продукцию животноводства, ухудшение качества сельскохозяйственной продукции. Например, в пригородных хозяйствах при содержании в рационе тяжелых металлов- свинца, никеля, хрома и фтора в 2-7 раз выше ПДК содержание их в молоке оказалось в 1,25-2 раза выше допустимых (Н.И.Морозова, 1998). В Вологодской области из-за нехватки селена при избытке железа, марганца, кадмия отмечено поступление молока на молокозаводы с низкой титруемой кислотностью (В.И.Иванов,1995). Основной причиной являются выбросы предприятий Череповецкой промышленной зоны. Наличие тяжелых металлов влияет на качество сыра, при этом нарушается технология производства. В частности, ухудшается его вкус и запах становится нечистым, сыр легко крошится, творог становится мажущим (О.Ф.Сорокина и др., 1995). У овец, разводимых в промышленной зоне Ирака, отмечается депонирование в организме ртути, кадмия и свинца (Аббас,1991). У пятилетних овец содержание ртути и кадмия в мускулатуре выше МДУ (максимально допустимого уровня). На ингаляционное поступление этих тяжелых металлов указывали повышенные содержания кадмия и свинца в легких. Этот же автор указывает, что у овец, разводимых в сельскохозяйственных районах Ирака, содержание тяжелых металлов в тканях и органах оказались в 2-7 раз меньше, чем у животных, разводимых в промышленной зоне.

Авторы указывают, что поступление тяжелых металлов из почвы в растения возрастает параллельно с увлечением кислотности почвы. Это происходит потому, что их соединения лучше растворяются в кислой среде (Ge Y., Murray P., Hendershot W.H, 2000, Planquart P., Bonin G., Prone A., Massiani C., 1999). Доказано, что всасывание тяжелых металлов из тонкого отдела кишечника зависит от их растворимости в воде (C.A.Kan,1994). Известно, что длительное использование высоких доз азотных удобрений приводит к снижению микроэлементов в рационе (В.Т.Самохин и др., 1996). При техногенном загрязнении почвы тяжелыми металлами одновременно в ней возрастает доля их подвижных форм (В.А.Вострокнутов и др., 1998). Однако, с ростом доз азотных удобрений в почве отмечено небольшое увеличение концентрации Hg, Mn, Zn (А.А.Григорьев, В.В.Окороков, 1995). Почвенные микроорганизмы могут переводить нерастворимые формы солей в растворимые.

Таким образом, ещё многие и многие годы человечество будет использовать металлы, которые продолжают играть ведущую роль в развитии всех областей его жизнедеятельности.

Начавшаяся примерно 100 лет назад научно-техническая революция, затронувшая и промышленность, и социальную сферу, также тесно связана с производством металлов. На основе вольфрама, молибдена, титана и других металлов начали создавать коррозионностойкие, сверхтвердые, тугоплавкие сплавы, применение которых сильно расширило возможности машиностроения. В ядерной и космической технике из сплавов вольфрама и рения делают детали, работающие при температурах до 3000°С, в медицине используют хирургические инструменты из сплавов тантала и платины, уникальной керамики на основе оксидов титана и циркония.

Заключение

В заключение отметим, что, все химические элементы делятся на металлы и неметаллы, а также выделяют группу благородных металлов: серебро, золото, платину, рутений и другие.

Металлы весьма распространены в природе и встречаются в виде различных соединений в недрах земли, водах рек, озер, морей, океанов, составе тел животных, растений и даже в атмосфере. Самый распространенный металл на земном шаре - алюминий, затем железо.

Металлы обладают определенными характерными свойствами: металлический блеск; хорошая электропроводность; возможность лёгкой механической обработки (пластичность); высокая плотность; высокая температура плавления; большая теплопроводность; способность к образованию сплавов -- это объясняется общностью строения их кристаллических решёток.

Химические свойства металлов определяются слабой связью валентных электронов с ядром атома. Атомы сравнительно легко отдают их, превращаясь при этом в положительно заряженные ионы. Поэтому металлы являются хорошими восстановителями. В этом их главная и наиболее общее химическое свойство. химический металл микроскопический электрон

У атомов металлов радиус больше, чем у атомов неметаллов, поэтому атомы металлов легче отдают валентные электроны. А, следовательно, они обладают способностью образовывать положительно заряженные ионы, и в соединениях проявляют только положительную степень окисления.

Так как атомы металлов легко отдают валентные электроны, то в свободном состоянии они являются восстановителями. Очевидно, как восстановители металлы должны вступать в реакции с различными окислителями, среди которых могут быть простые вещества (неметаллы), кислоты, соли менее активных металлов и некоторые другие вещества. Соединения металлов с кислородом называются оксидами, с галогенами - галогенидами, с серой - сульфидами, с азотом - нитридами, с фосфором - фосфидами, с углеродом - боридами, с водородом - гидридами и т. Д.

Список использованной литературы

1. Ерохин Ю.М. Химия. Учебник / Ю.М. Ерохин. - М.: Издательство: Академия, 2004. - 384 с.

2. Иванова Р.Г. Химия: Учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений. - 5-е изд. / Р.Г. Иванова, А.А. Каверина - М.: Просвещение, 2004. - 174 с.

3. Коровин Н.В. Общая химия / Н.В. Коровин. - М.: Издательство: Высшая школа, 2003. - 322 с.

4. Реутов О.А. Органическая химия. В 4-х частях / О.А. Реутов, А.Л. Курц, К.П. Бутин - М.: Высшая школа, 2004. - 728 с.

5. Савинкина М.А. Химия. 10 класс. Учебник / М.А. Савинкина. - М.: Издательство: АСТ, 2001. - 128 с.

Приложение

Размещено на Allbest.ru