Металлы. свойства, характеристики металлов

Биологическая роль металлов и неметаллов

В организмах содержится множество различных металлов и неметаллов. Различных химических элементов в организме может не хватать, поэтому приходится потреблять их извне.Химические элементы можно разделить на две большие группы – макроэлементы и микроэлементы.

К макроэлементам относятся вещества, содержание которых в организме превышает 0,005 %. Эта группа включает водород, углерод, кислород, азот, натрий, магний, фосфор, сера, хлор, калий, кальций.Микроэлементы – элементы, содержание которых не превышает 0,005%. К ним относятся железо, медь, селен, йод, хром, цинк, фтор, марганец, кобальт, молибден, кремний, бром, ванадий, бор. Каждый макро- и микроэлемент в организме выполняет определенную функцию.

Феномен интерференции

Феномен интерференции – одна из физических причин, почему металлы блестят. Он объясняет явление отражения света от металлической поверхности с большей интенсивностью, и, как результат, создает эффект блеска.

Интерференция – это процесс сложения волн с разными фазами и амплитудами. Когда свет падает на металлическую поверхность, он отражается от нее под определенным углом. Затем отраженные лучи взаимодействуют, и происходит интерференция, из-за которой свет так мерцающе отражается от металла.

Для объяснения явления интерференции используется модель свободных электронов в металле. Свободные электроны колеблются внутри металла под воздействием внешнего электромагнитного поля света, и синхронно излучают рассеянный свет. Когда выполняются определенные условия интерференции, в результате усиления определенных длин волн света, происходит яркое отражение.

Интерференция является ключевым фактором, определяющим светоотражающие свойства металлов. Благодаря этому феномену, металлы приобретают блеск и являются одним из ключевых материалов для создания отражающих поверхностей, зеркал и других предметов, которые нас окружают.

Химические свойства металлов

Металлы легко отдают электроны, т. е. являются восстановителями. Поэтому они легко реагируют с окислителями.

Вопросы

Какие атомы являются окислителями?
Как называются простые вещества, состоящие из атомов, которые способны принимать электроны?

Таким образом, металлы реагируют с неметаллами. В таких реакциях неметаллы, принимая электроны, приобретают обычно НИЗШУЮ степень окисления.

Рассмотрим пример. Пусть алюминий реагирует с серой:

Вопрос. Какой из этих химических элементов способен только отдавать электроны? Сколько электронов?

Алюминий — металл, имеющий на внешнем уровне 3 электрона (III группа!), поэтому он отдаёт 3 электрона:

Поскольку атом алюминия отдает электроны, атом серы принимает их.

Вопрос. Сколько электронов может принять атом серы до завершения внешнего уровня? Почему?

У атома серы на внешнем уровне 6 электронов (VI группа!), следовательно, этот атом принимает 2 электрона:

Таким образом, полученное соединение имеет состав:

В результате получаем уравнение реакции:

Задание 8.5. Составьте, рассуждая аналогично, уравнения реакций:

кальций + хлор (Cl₂);
магний + азот (N₂).

Составляя уравнения реакций, помните, что атом металла отдаёт все внешние электроны, а атом неметалла принимает столько электронов, сколько их не хватает до восьми.

Названия полученных в таких реакциях соединений всегда содержат суффикс ИД:

Корень слова в названии происходит от латинского названия неметалла (см. урок 2.4).

Металлы реагируют с растворами кислот (см. урок 2.2). При составлении уравнений подобных реакций и при определении возможности такой реакции следует пользоваться рядом напряжений (рядом активности) металлов:

Металлы, стоящие в этом ряду до водорода, способны вытеснять водород из растворов кислот:

Задание 8.6. Составьте уравнения возможных реакций:

магний + серная кислота;
никель + соляная кислота;
ртуть + соляная кислота.

Все эти металлы в полученных соединениях двухвалентны.

Реакция металла с кислотой возможна, если в результате её получается растворимая соль. Например, магний практически не реагирует с фосфорной кислотой, поскольку его поверхность быстро покрывается слоем нерастворимого фосфата:

Металлы, стоящие после водорода, могут реагировать с некоторыми кислотами, но водород в этих реакциях не выделяется:

Задание 8.7. Какой из металлов — Ва, Mg, Fе, Рb, Сu — может реагировать с раствором серной кислоты? Почему? Составьте уравнения возможных реакций.

Металлы реагируют с водой, если они активнее железа (железо также может реагировать с водой). При этом очень активные металлы (Li – Al) реагируют с водой при нормальных условиях или при небольшом нагревании по схеме:

где х — валентность металла.

Задание 8.8. Составьте уравнения реакций по этой схеме для К, Nа, Са. Какие ещё металлы могут реагировать с водой подобным образом?

Возникает вопрос: почему алюминий практически не реагирует с водой? Действительно, мы кипятим воду в алюминиевой посуде, — и… ничего! Дело, в том, что поверхность алюминия защищена оксидной пленкой (условно — Al₂O₃). Если её разрушить, то начнётся реакция алюминия с водой, причём довольно активная. Полезно знать, что эту плёнку разрушают ионы хлора Cl–. А поскольку ионы алюминия небезопасны для здоровья, следует выполнять правило: в алюминиевой посуде нельзя хранить сильно солёные продукты!

Вопрос. Можно ли хранить в алюминиевой посуде кислые щи, компот?

Менее активные металлы, которые стоят в ряду напряжений после алюминия, реагируют с водой в сильно измельчённом состоянии и при сильном нагревании (выше 100 °C) по схеме:

Металлы, менее активные, чем железо, с водой не реагируют!

Металлы реагируют с растворами солей. При этом более активные металлы вытесняют менее активный металл из раствора его соли:

Задание 8.9. Какие из следующих реакций возможны и почему:

серебро + нитрат меди II;
никель + нитрат свинца II;
медь + нитрат ртути II;
цинк + нитрат никеля II.

Составьте уравнения возможных реакций. Для невозможных поясните, почему они невозможны.

Следует отметить (!), что очень активные металлы, которые при нормальных условиях реагируют с водой, не вытесняют другие металлы из растворов их солей, поскольку они реагируют с водой, а не с солью:

А затем полученная щёлочь реагирует с солью:

Поэтому реакция между сульфатом железа и натрием НЕ сопровождается вытеснением менее активного металла:

Причина 2. Особенности поверхности

Еще одной причиной блеска металлов является их особенность поверхности. В отличие от других материалов, у металлов поверхность может быть очень гладкой и ровной. Это связано с особенностью металлической структуры, состоящей из слоев атомов, которые плотно упакованы друг к другу.

Гладкая поверхность металла способствует отражению света. Когда свет падает на поверхность металла, он отражается под углом, который равен углу падения. Благодаря этому происходит отражение света в заданном направлении, что придает металлу свой характерный блеск.

Однако, не все металлы имеют одинаково гладкую поверхность. Некоторые металлы, такие как алюминий или железо, могут иметь микрошероховатость или микрорельеф на своей поверхности. Влияние этих микронеровностей на отражение света зависит от их размера и глубины. Они могут как усилить, так и ослабить блеск металла.

Также, на блеск металла может влиять его поверхностное состояние. Если поверхность металла покрыта оксидом или другими загрязнениями, это может снизить блеск и сделать его тусклым. Поэтому, чтобы сохранить яркий блеск металла, его поверхность нужно очищать и поддерживать в чистоте.

Физические свойства металлов

Металлы при нормальных условиях — твердые вещества (кроме франция и ртути). Металлы в кристаллическом состоянии хорошо отражают световые лучи и поэтому им характерен металлический блеск. Индий и серебро благодаря хорошему светоотражению используются при изготовлении прожекторов и рефлекторов. Все металлы, кроме алюминия и магния, в измельченном состоянии (порошкообразном) имеют темный и темно-серый цвет. Кроме золота и меди, все остальные металлы имеют белый или серый цвет.

Все металлы хорошо проводят электрический ток и тепло. Медь и серебро в этом отношении стоят на первом месте.

Металлы ковкие и пластичные. Пластичность — это свойства вещества изменять форму под воздействием внешних сил . Самым пластичным металлом считается золото. Оно раскатывается и в тонкую фольгу и вытягивается в тонкую нить.

Металлическая связь

Характерные свойства металлов объясняются особенностями их внутреннего строения. Узлы кристаллической решетки металлов заняты нейтрально заряженными атомами, положительно заряженными ионами, а в промежутке имеются свободные электроны, находящиеся в постоянном движении. В металлах постоянно происходит отделение электронов от атомов и присоединение их к ионам. Наличием этих свободных электронов и обусловливается хорошая электро- и теплопроводность металлов. Эти электроны считаются общими для всего кристалла.

Химическая связь, возникающая между положительными ионами и общими электронами в металле, называется металлической связью.

Металлическая связь характерна только для металлов, независимо от того, в твердом или в жидком состоянии они находятся.

Плотность, температура плавления и кипения, твердость являются особенностью атома и зависят от заряда ядра, массы и прочности металлической связи.

По общей плотности металлы делятся на легкие, плотность которых меньше 5000 кг/м3 (литий, натрий, магний, алюминий и др.), и тяжелые, плотность которых выше 5000 кг/м3 (цинк, железо, медь, ртуть, платина, золото, осмий и др.).

Если самая низкая температура плавления присуща ртути (-38,87°C), то самая высокая характерна вольфраму (3410°C). Если самые твердые металлы — хром и вольфрам, то самые мягкие — натрий, калий и индий.

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.

Рис. 1. Электрохимический ряд напряжений металлов.

Титан — прочный металл с серебристо-серым металлическим блеском

Титан — это химический элемент с атомным номером 22 и символом Ti. Он является серебристо-серого цвета и обладает высокой прочностью и легкостью. Титан обладает также ярким металлическим блеском, который делает его популярным материалом в различных отраслях, включая авиацию, промышленность, медицину и спортивную экипировку.

Титан имеет высокую коррозионную стойкость и хорошую устойчивость к агрессивным средам, что делает его идеальным материалом для использования в условиях высокой влажности или при контакте с химическими веществами. Он также обладает высокой термической стабильностью, что позволяет ему выдерживать высокие температуры без деформации или разрушения.

Благодаря своей прочности и легкости, титан широко используется в авиационной и космической промышленности. Он применяется в производстве самолетов, космических кораблей и других технических конструкций. Титан также используется в производстве спортивной экипировки, такой как ракетки для тенниса и гольф-клюшки, благодаря своей прочности и легкости.

В медицине титан широко применяется для изготовления имплантатов, таких как искусственные суставы, пластины и винты для фиксации костей. Биосовместимость титана позволяет ему взаимодействовать с организмом без вызывания отторжения и различных реакций.

Титан также используется в химической промышленности для производства катализаторов и различных химических реакций. Благодаря своей химической устойчивости, титан не реагирует с большинством веществ, что делает его незаменимым материалом в этой области.

Титан может быть сплавлен с другими металлами, такими как алюминий и ванадий, для улучшения его свойств или получения специальных свойств. Такие сплавы имеют практически такую же прочность, как у чистого титана, но обладают дополнительными свойствами, такими как устойчивость к высоким температурам или повышенная коррозионная стойкость.

Таким образом, титан — это прочный металл с ярким металлическим блеском, который находит множество применений в различных отраслях благодаря своей прочности, легкости и химической устойчивости.

Проявление металлического свойства проводимости

Одним из характерных свойств металлов является их способность проводить электрический ток. Металлы блестят благодаря этому свойству, которое объясняется их особой структурой и взаимодействием электронов.

Металлическая проводимость основана на наличии свободных заряженных электронов в металлической структуре. Атомы металла образуют кристаллическую решетку, в которой электроны могут свободно двигаться. Эти свободные электроны называются проводимыми электронами.

Проводимость металлов можно представить себе как поток электронов. Когда внешнее электрическое поле приложено к металлу, проводимые электроны начинают двигаться. Они представляют собой носители заряда, которые переносят электрический ток через металл.

Проявление этой металлической свойства проводимости связано с особыми свойствами электронов в металлической структуре. В отличие от электронов в других веществах, проводимые электроны в металлах обладают высокой подвижностью и могут передвигаться значительные расстояния между атомами металла.

Нужно отметить, что блеск металлов не является прямым результатом проводимости, но является следствием взаимодействия света с металлической поверхностью. При попадании световых волн на поверхность металла, электроны в металлической структуре начинают колебаться в такт световым волнам, излучая свет. Это и создает эффект блеска и отражения света, который мы ассоциируем с металлами.

Формирование зеркальной поверхности

Металлы имеют способность отражать свет, создавая эффект блеска и зеркальности. Этот эффект обусловлен особым строением поверхности металла.

Внешняя поверхность металла обладает высокой рефлективностью благодаря специфическому расположению атомов. Атомы металлов формируют кристаллическую решетку, где они могут свободно двигаться и перемещаться. Это позволяет электронам металла свободно перемещаться по всей поверхности.

При попадании света на поверхность металла электроны начинают взаимодействовать с электромагнитным полем световых волн. В процессе взаимодействия электроны поглощают энергию света и переходят на более высокие энергетические уровни. Затем электроны, находясь в возбужденном состоянии, возвращаются обратно на нижний энергетический уровень и излучают энергию в виде света.

В результате этого процесса металл начинает излучать свет, который мы наблюдаем как блеск. Такие свойства металлов, как высокая рефлективность и возможность свободного перемещения электронов, позволяют им формировать зеркальную поверхность и отражать свет без значительных потерь энергии.

Сообщение 2

В химии все вещества делятся на 2 вида: они либо металлы, либо неметаллы. У каждой группы свои свойства и строение

Металлов гораздо больше, чем неметаллов, и их функции имеют такую же важность. Так что же представляют собой металлы, какие свойства имеют и какую роль на нашей планете играют?

Краткие сведения о металлах.

Металлы – это химические элементы, обладающие определенными металлическими свойствами. Металлы находятся практически везде. От зданий, машин и мебели до шахт – металлы вокруг нас. Разве что в Антарктиде данных веществ не имеется, и то, может это под вопросом.

Металлы тоже делятся на группы. Например, существуют щелочные и щелочно-земельные металлы. Принято считать, что в периодической таблице Менделеева металлы размещены согласно диагонали, начинающаяся бором и заканчивающаяся астатом. На внешнем уровне от 1 до 3 электронов. У металлов сравнительно большой радиус атома.

Свойства металлов

Опять же, надо обратиться к таблице элементов. Зачем? А чтобы кое – что уточнить. В химии есть правило: металлические свойства уменьшаются по периоду (слева направо) и увеличиваются по группе (сверху вниз). А теперь к физическим свойствам. Их на самом деле много, но перечислить надо все.

Металлы – твердые вещества, если в нормальном состоянии, но ртуть – исключение, так как она жидкой формы. Отлично проводят электричество и тепло, а также блестят. Обладают пластичностью, а золото – лучший в этом плане. Все металлы звенят. Цвет, как правило, либо серебристо – серый, либо серебристо – белый. Однако, то же золото ярко – желтого оттенка. Имеют разную плотность, твердость (самый твердый – хром) и температуру плавления (самый тугоплавкий – вольфрам).

Кроме физических свойств есть же еще и химические. И вторых в разы больше, все точно не назвать. Но привести несколько примеров возможно. Из простых веществ металлы реагируют с водородом, кислородом, серой и галогенами. Теперь пара реакций со сложными веществами:

Металл реагирует с кислотой, если получится соль и металл находится в таблице электроотрицательности до водорода. Результатом будет соль и выделяющийся водород. У реакции 2 исключения – серная и азотная кислоты.

Активный металл вытеснит неактивный. Вот наглядное пособие: Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu. От лития до алюминия металлы брать нельзя, так как они – самые активные.

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
Металлический блеск	Способность отражать солнечный свет	Наиболее блестящими металлами являются Hg, Ag, Pd	Изготовление зеркал
Плотность	Лёгкие – имеют плотность меньше 5 г/см3	Na, K, Ba, Mg, Al. Самый лёгкий металл – литий с плотностью 0,533 г/см3	Изготовление облицовки, деталей самолётов
Тяжёлые – имеют плотность больше 5 г/см3	Sn, Fe, Zn, Au, Pb, Hg. Самый тяжёлый – осмий с плотностью 22,5 г/см3	Использование в сплавах
Пластичность	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
Твёрдость	Мягкие – режутся ножом	Na, K, In	Изготовление мыла, стекла, удобрений
Твёрдые – сравнимы по твёрдости с алмазом	Самый твёрдый – хром, режет стекло	Изготовление несущих конструкций
Температура плавления	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
Теплопроводность	Способность передавать тепло другим телам	Лучше всего проводят ток и тепло Ag, Cu, Au, Al	Приготовление пищи в металлической посуде
Электропроводность	Способность проводить электрический ток за счёт свободных электронов	Передача электричества по проводам

Рис. 3. Примеры применения металлов.

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.

/10

Вопрос 1 из 10

Какие группы периодической таблицы занимают металлы?
- I-II, главные подгруппы III-VIII групп
- I-II, побочные подгруппы III-VIII групп
- Главные подгруппы I-II групп, III-VIII
- Побочные подгруппы I-II групп, III-VIII

Серебро — благородный металл, имеющий серебристый металлический блеск

Серебро — это благородный металл с атомным номером 47 в периодической таблице. Он широко известен своим серебристым, ярким и отражающим свет металлическим оттенком.

Серебро имеет высокую теплопроводность и электропроводность, что делает его очень полезным в таких областях, как электроника и живопись. Однако, его блеск и красота также делают его популярным материалом для украшений и декоративных изделий.

Серебристый оттенок серебра происходит от его способности отражать большую часть видимого света. Такой металлический блеск делает его легко различимым среди других металлов.

Серебро долгое время использовалось для изготовления драгоценностей, монет и посуды. В настоящее время оно также применяется в различных отраслях, включая производство фотоэлементов, зеркал, фармакологию и многое другое.

Основные характеристики серебра
Атомный номер
47

Символ
Ag

Плотность
10,49 г/см³

Температура плавления
962 °C

Температура кипения
2212 °C

Серебро — это не только красивый металл, но и один из самых универсальных. Его характеристики и блеск делают его ценным материалом во многих отраслях и предметами повседневного использования.

Оптическое явление отражения света

Одно из фундаментальных оптических явлений, которое играет важную роль в объяснении блеска металлов, — это отражение света. При попадании световой волны на поверхность металла происходит отражение, то есть изменение направления распространения света. Отражение света осуществляется благодаря ряду физических процессов, таких как взаимодействие световой волны с электронами в поверхностном слое металла.

В процессе отражения света происходит обратное отражение входящей волны, сохраняя ее интенсивность и частоту. Ключевую роль в этом процессе играют электроны в поверхностном слое металла. Они некоторое время взаимодействуют с входящей световой волной, поглощая ее энергию, а затем излучая световые волны с той же частотой. Именно этот процесс отражения света создает впечатление блеска и яркости металлической поверхности.

Отражение света от металла можно объяснить моделью свободных электронов. Согласно этой модели, световая волна взаимодействует с электронами, которые свободно движутся в поверхностном слое металла. Под действием входящей волны электроны начинают колебаться и излучать световые волны той же частоты, что и входящая волна. Это приводит к обратному отражению света и созданию эффекта блеска.

Таким образом, оптическое явление отражения света играет важную роль в объяснении блеска металлов. За счет взаимодействия световой волны с электронами в поверхностном слое металла возникает яркость и отражение света, создавая эффект блеска и привлекательности металлической поверхности.

Как образуется блеск металлов?

Блеск металлов обусловлен их особым строением и соединением атомов в кристаллической решетке. В кристаллической решетке металлов атомы находятся в ближайшей упаковке друг к другу, образуя регулярную структуру. Это создает особенные условия для отражения света.

Основными факторами блеска металлов являются отражение и ломление света. Оптические свойства металлов возникают из-за свободных электронов в их структуре, которые свободно движутся по металлической решетке.

При попадании света на поверхность металла электроны начинают колебаться под его воздействием. Это вызывает их резонансное колебание на определенной частоте, что приводит к испусканию света той же частоты. Таким образом, свет, падающий на поверхность металла, получает энергию от колебаний электронов и отражается обратно в пространство.

Блеск металлов также объясняется положением энергетических уровней в структуре атомов металлов. Атомы металлов имеют внешние энергетические уровни, на которых находятся свободные электроны. Эти уровни энергии позволяют электронам атома легко взаимодействовать с фотонами света и обеспечивают большую способность отражать свет, т.е. блеск.

Физические свойства неметаллов

Неметаллы – химические элементы, атомы которых стремятся принять чужие электроны. Для них характерны атомные и молекулярные кристаллические решетки. Для атомов неметаллов не характерны общие физические свойства. На данный момент существует 22 неметалла.

Для неметаллов характерен ряд свойств:

хрупкость (неметаллы нельзя ковать);
отсутствие блеска;
непроводимость электрического тока и тепла.

Расположение металлов и неметаллов в периодической таблице Д.И. Менделеева

Определить, является простое вещество металлом или неметаллом, можно с помощью периодической таблицы Менделеева. Металлы располагаются ниже диагонали «водород-бор- кремний-мышьяк-теллур-астат», а неметаллы выше.

Красные ячейки – неметаллы, синие – металлы

Элементы, расположенные вблизи диагонали, обладают смешанными свойствами: проявляют как металлические, так и неметаллические свойства. Они называются полуметаллами.

Красные ячейки – полуметаллы

Полуметаллы имеют ковалентную кристаллическую решетку при наличии металлической проводимости (электропроводности). Валентных электронов у них либо недостаточно для образования полноценной ковалентной связи, либо они не удерживаются достаточно прочно из-за больших размеров атома. Поэтому связь в ковалентных кристаллах этих элементов имеет частично металлический характер.

Закономерности в таблице Д.И. Менделеева

Каждый атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны находятся в ядре, который несет положительный заряд. Вокруг ядра движутся отрицательно заряженные электроны. Атомный номер указывает на количество протонов.

Чем больше заряд ядра, тем сильнее к нему притягиваются электроны. Т.о., атому сложнее отдавать электроны. Поэтому в периоде слева направо, с увеличением порядкового номера металлические свойства ослабевают, а неметаллические – усиливаются.

Неметаллы стремятся принять электроны от других атомов. Период в таблице указывает на количество электронных уровней. По мере увеличения числа орбиталей электроны отдаляются от ядра и атому сложнее удерживать электроны на последних уровнях. Т.о., в группе сверху вниз количество орбиталей возрастает, поэтому металлические свойства усиливаются, а неметаллические – уменьшаются.

Оптические свойства металлов

Оптические свойства металлов неразрывно связаны с их металлическим блеском. Этот блеск обусловлен их способностью отражать свет с высокой эффективностью. Когда свет падает на поверхность металла, он взаимодействует с электронами периодической решетки металла.

Одной из ключевых особенностей оптических свойств металлов является их высокий коэффициент отражения. Металлы способны отражать большую часть падающего на них света, в результате чего создается блестящая поверхность. Более того, именно высокий коэффициент отражения металлов позволяет использовать их в качестве зеркал и поверхностей для отражения света в различных оптических приборах и системах.

Еще одним важным оптическим свойством металлов является их способность поглощать свет на определенных длинах волн. Это свойство объясняет цветность различных металлов. Например, золото обладает характерным желтым цветом, а медь – красноватым. Они поглощают определенные длины волн и отражают оставшийся свет, что приводит к появлению определенного цвета.

Кроме того, оптическим свойствам металлов доступно еще одно интересное явление – плазмонные резонансы. Плазмоны – это коллективные колебания электронной плотности в металле. Когда свет падает на поверхность металла, группы электронов могут колебаться с совпадающей частотой, что приводит к усилению электромагнитного поля вблизи поверхности. Это явление может использоваться, например, в оптических резонаторах или наноструктурах для усиления света и создания новых оптических эффектов.

Сплавы

Металлы легко образуют сплавы — материалы, имеющие металлические свойства и состоящие из двух или большего числа химических элементов (простых веществ), из которых хотя бы один является металлом. Многие металлические сплавы имеют один металл в качестве основы с малыми добавками других компонентов. В принципе, чёткую границу между металлами и сплавами трудно провести, так как даже в самых чистых металлах имеются «следовые» примеси других химических элементов.

Все перечисленные выше предметы — станки, самолёты, автомобили, сковородки, вилки, ложки, ювелирные изделия — делают из сплавов. Металлы-примеси (легирующие компоненты) очень часто изменяют свойства основного металла в лучшую, с точки зрения человека, сторону. Например, и железо и алюминий — довольно мягкие металлы. Но, соединяясь друг с другом или с другими компонентами, они превращаются в сталь, дуралюмин и другие прочные конструкционные материалы. Рассмотрим свойства самых распространённых сплавов.

Сталь — это сплавы железа с углеродом, содержащие последнего до 2 %. В состав легированных сталей входят и другие химические элементы — хром, ванадий, никель. Сталей производится гораздо больше, чем каких-либо других металлов и сплавов, и все виды их возможных применений трудно перечислить. Малоуглеродистая сталь (менее 0,25 % углерода) в больших количествах потребляется в качестве конструкционного материала, а сталь с более высоким содержанием углерода (более 0,55 %) идет на изготовление режущих инструментов: бритвенные лезвия, сверла и др.

Железо составляет основу чугуна. Чугуном называется сплав железа с 2–4 % углерода. Важным компонентом чугуна является также кремний. Из чугуна можно отливать самые разнообразные и очень полезные изделия, например крышки для люков, трубопроводную арматуру, блоки цилиндров двигателей и др.

Бронза — сплав меди, обычно с оловом как основным легирующим компонентом, а также с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка. Оловянные бронзы знали и широко использовали ещё в древности. Большинство античных изделий из бронзы содержат 75–90 % меди и 25–10 % олова, что делает их внешне похожими на золотые, однако они более тугоплавкие. Это очень прочный сплав. Из него делали оружие до тех пор, пока не научились получать железные сплавы. С применением бронзы связана целая эпоха в истории человечества: Бронзовый век.

Латунь — это сплавы меди с Zn, Al, Mg. Это цветные сплавы с невысокой температурой плавления, их легко обрабатывать: резать, сваривать и паять.

Мельхиор — является сплавом меди с никелем, иногда с добавками железа и марганца. По внешним характеристикам мельхиор похож на серебро, но обладает большей механической прочностью. Сплав широко применяют для изготовления посуды и недорогих ювелирных изделий. Большинство современных монет серебристого цвета изготавливают из мельхиора (обычно 75 % меди и 25 % никеля с незначительными добавками марганца).

Дюралюминий, или дюраль — это сплав на основе алюминия с добавлением легирующих элементов — медь, марганец, магний и железо. Он характеризуется своей стальной прочностью и устойчивостью к возможным перегрузкам. Это основной конструкционный материал в авиации и космонавтике.