Общие свойства металлов. Сплавы

Общая характеристика физических и химических свойств метал- лов. Особенности строения атомов. Положение металлов в Периодиче- ской системе. Типы упаковок в кристаллических решетках металлов. Соотношения между структурами металлов, «полуметаллов» и неме-

таллов. Металлическая связь и электронные теории металлов. Зонная модель металлов. Особенности электронных зон s -, p -, d - и f -металлов. Проводники, полупроводники и диэлектрики. «Провалы» электронов у некоторых металлов. Структура металлов с точки зрения теории поля лигандов. Дефекты в структуре металлов: точечные, линейные, пла- нарные и объемные дефекты. Формы нахождения металлов в природе. Руды. Полиметаллические руды. Редкие и рассеянные металлы. Прин- ципы обогащения руд. Общие методы получения металлов. Пироме- таллургия. Гидрометаллургия. Электрометаллургия. Пироэлектроме- таллургия. Гидроэлектрометаллургия. Термическое разложение соеди- нений металлов. Получение металлов высокой чистоты.

Сплавы. Общие свойства сплавов. Типы сплавов. Смеси. Эвтек- тики. Твердые растворы. Состав, структура и свойства интерметалли- ческих соединений. Исследование сплавов методом физико- химического анализа. Термический анализ. Кривые охлаждения. Диа- граммы плавкости. Типы диаграмм состояния металлических систем. Диаграммы состояния для сплавов, образующих механические смеси компонентов. Диаграммы состояния для сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии. Диаграммы состояния для спла- вов с ограниченной взаимной растворимостью в твердом состоянии. Диаграммы состояния для сплавов, образующих химические соедине- ния. Коррозия металлов. Химическая и электрохимическая коррозия. Механизмы коррозии. Факторы, определяющие интенсивность корро- зии. Методы защиты металлов от коррозии. Электрохимические мето- ды защиты от коррозии. Ингибиторы коррозии.

 

Вопросы

9.1.1. Какие физические свойства характерны для металлов?

9.1.2. С какими свойствами атомов связано понятие «металлич- ность»? Атомы каких групп периодической системы являются наиболее «металличными»? Какие металлы относят к тяже- лым и легким?

9.1.3. Какие координационные числа типичны для металлов в твер- дом состоянии?

9.1.4. Охарактеризуйте три типа упаковок атомов в кристаллах ме- таллов (кубическая плотнейшая, гексагональная плотнейшая и кубическая объемоцентрированная упаковка). В чем состоят особенности атомных упаковок в случае цинка, кадмия и рту- ти?

9.1.5. Какой элемент занимает пограничное положение между ме- таллами с высокими координационными числами и «полуме-

таллами» с низкими координационными числами? Каковы особенности структурных модификаций этого элемента?

9.1.6. Как изменяется электропроводность металлов при их плавле- нии?

9.1.7. На чем основаны понятия зонной теории, валентной зоны и зоны проводимости?

9.1.8. Какие вещества относят к проводникам, полупроводникам, диэлектрикам?

9.1.9. Каковы особенности электронных зон s -, p -, d - и f -металлов?

9.1.10. В чем состоят причины «провала» электронов у некоторых металлов?

9.1.11. Как теория поля лигандов объясняет строение металлов? При- ведите примеры.

9.1.12. В чем сходство и различие между металлической, ковалентной и ионной связью?

9.1.13. Каковы возможные валентные состояния, наиболее устойчи- вые степени окисления металлов разных групп Периодической системы?

9.1.14. Что представляют собой четыре типа дефектов в кристаллах?

9.1.15. Что такое дислокация?

9.1.16. Как дефекты в структуре металлов влияют на их физические и химические свойства?

9.1.17. В каких формах находятся металлы в природе? Какие металлы относятся к редким и рассеянным?

9.1.18. В чем состоят принципы обогащения руд?

9.1.19. Что представляют собой пирометаллургические и гидроме- таллургические методы добывания металлов из руд?

9.1.20. Что лежит в основе методов получения металлов восстановле- нием оксидов металлов водородом, оксидом углерода или ме- таллами (металлотермия)? Приведите примеры.

9.1.21. В чем состоят особенности получения металлов восстановле- нием галогенидов или сульфидов водородом или металлами? Приведите примеры.

9.1.22. Каковы преимущества методов получения металлов термиче- ским разложением галогенидов и карбонилов? Какие «хими- ческие транспортные реакции» чаще всего используются для получения металлов?

9.1.23. В каких случаях используются электрохимические методы по- лучения металлов?

9.1.24. Каковы основные методы очистки металлов?

9.1.25. Как и для чего проводится фракционная перегонка металлов?

9.1.26. В чем состоит зонная плавка и каковы ее преимущества?

9.1.27. Что представляют собой сплавы, каковы их типы и свойства?

9.1.28. Что такое амальгамы и каковы их свойства?

9.1.29. Что представляют собой диаграммы состояния металлических систем? Какую информацию получают из кривых охлажде- ния?

9.1.30. Каковы три основных типа кристаллизации расплавов не- скольких металлов?

9.1.31. Что представляют собой твердые растворы, эвтектики, интер- металлические соединения?

9.1.32. Что представляют собой жаростойкие сплавы? Как они защи- щаются от газовой коррозии?

9.1.33. Что такое электрохимическая коррозия?

9.1.34. Что представляет собой атмосферная коррозия и коррозия в грунте?

9.1.35. Что такое местная коррозия?

9.1.36. Что представляет собой контактная коррозия?

9.1.37. На чем основаны метод протекторов и катодная защита метал- лов от коррозии?

9.1.38. Как меняются в пределах групп и периодов атомные радиусы, потенциалы ионизации, валентности и степени окисления ме- таллов?

9.1.39. Какие свойства проявляют металлы при взаимодействии с во- дой, кислотами, щелочами, солями? Как и при каких условиях металлы взаимодействуют с водородом, углеродом, азотом, кислородом, серой, галогенами? Как называются продукты их взаимодействия, как они относятся к воде, кислотам, щело- чам? Почему некоторые из этих соединений не подчиняются закону постоянства состава?

9.1.40. Металлы каких групп периодической системы проявляют по- стоянные степени окисления? Какие элементы IIIA – VIA групп относятся к металлам? Как меняется устойчивость со- единений p -элементов различных степеней окисления в груп- пах? Как при этом изменяется характер оксидов и гидрокси- дов?

9.1.41. Какие металлы называют переходными? Каковы особенности химии d -элементов? Как связаны кислотно-основные свойства соединений d -элементов со степенью окисления металла?

9.1.42. Каково строение атомов f -элементов и какова их валентность? В каких свойствах f -элементов проявляется внутренняя перио- дичность? В чем проявляется сходство и различие в свойствах 4 f - и 5 f -элементов? Как относятся f -металлы к кислороду, воде и кислотам?

9.1.43. Какова роль металлов и сплавов в промышленности?

9.1.44. Какова токсичность металлов? Какие металлы являются за- грязнителями окружающей среды?