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金屬

(常見物質)

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純金屬在常温下一般都是固體(汞除外),有金屬光澤(即對可見光強烈反射),大多數為電和熱的優良導體,有延展性,密度較大,熔點較高。 [1]  地球上的金屬資源廣泛地存在於地殼和海洋中,除少數很不活潑的金屬如金、銀等有單質形式存在外,其餘都以化合物的形式存在。 [1]  金屬在自然界中廣泛存在,在生活中應用極為普遍,在現代工業中是非常重要和應用最多的一類物質。
中文名
金屬
外文名
Metal
外    觀
有金屬光澤,大部分呈銀白色
導熱性
一般優良
導電性
一般優良
標準物態
常温下除汞是液體以外均為固體

金屬金屬簡介

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常見的金屬
常見的金屬(19張)
由於金屬的電子傾向脱離,因此具有良好的導電性,且金屬元素在化合物中通常帶正價電,但當温度越高時,因為受到了原子核的熱震盪阻礙,電阻將會變大。金屬分子之間的連結是金屬鍵,因此隨意更換位置都可再重新建立連結,這也是金屬伸展性良好的原因。
在自然界中,絕大多數金屬以化合態存在,少數金屬例如以遊離態存在。金屬礦物多數是氧化物及硫化物,其他存在形式有氯化物硫酸鹽碳酸鹽硅酸鹽
屬於金屬的物質有金、、錳、鋅等。在一大氣壓及25攝氏度的常温下,除汞(液態)外,其他金屬都是固體。大部分的純金屬是銀白(灰)色,只有少數不是,如金為黃赤色,銅為紫紅色。金屬大多帶“釒”旁。
通常將具有正的温度電阻係數的物質定義為金屬。金屬元素位於“硼-砹分界線”的左下方,在s區、p區、d區、f區等5個區域都有金屬元素,過渡元素全部是金屬元素。
在固態金屬導體內,有很多可移動的自由電子。雖然這些電子並不束縛於任何特定原子,但都束縛於金屬的晶格內;甚至於在沒有外電場作用下,因為熱能,這些電子仍舊會隨機地移動。但是,在導體內,平均淨電流是零。挑選導線內部任意截面,在任意時間間隔內,從截面一邊移到另一邊的電子數目,等於反方向移過截面的數目。

金屬金屬原子結構

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等少數幾種金屬的原子最外層電子數大於或等於4以外,絕大多數金屬原子的最外層電子數均小於4,主族金屬原子的外圍電子排布為ns1ns2ns2 np(1-4),過渡金屬的外圍電子排布可表示為(n-1)d(1-10) ns(1-2)。主族金屬元素的原子半徑均比同週期非金屬元素稀有氣體除外)的原子半徑大。

金屬有色金屬

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有色金屬 有色金屬
狹義的有色金屬又稱非鐵金屬,是鐵、錳、鉻以外的所有金屬的統稱。廣義的有色金屬還包括有色合金。有色合金是以一種有色金屬為基體(通常大於50%),加入一種或幾種其他元素而構成的合金。
中國在1958年,將鐵、鉻、錳列入黑色金屬,並將鐵、鉻、錳以外的64種金屬列入有色金屬。這64種有色金屬包括:鋁、鎂、鉀、鈉、鈣、鍶、鋇、銅、鉛、鋅、錫、鈷、鎳、銻、汞、鎘、鉍、金、銀、鉑、釕、銠、鈀、鋨、銥、鈹、鋰、銣、銫、鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鎢、鉬、鎵、銦、鉈、鍺、錸、鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥、鈧、釔、硅、硼、硒、碲、砷、釷。
有色合金的強度和硬度一般比純金屬高,電阻比純金屬大、電阻温度係數小,具有良好的綜合機械性能。常用的有色合金有鋁合金、銅合金、鎂合金、鎳合金、錫合金、鉭合金、鈦合金、鋅合金、鉬合金、鋯合金等。
有色金屬中的銅是人類最早使用的金屬材料之一。現代有色金屬及其合金已成為機械製造業、建築業、電子工業、航空航天、核能利用等領域不可缺少的結構材料和功能材料。 [2] 

金屬合成金屬

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鈦合金 鈦合金
由兩種或兩種以上化學元素,且其中至少有一種是金屬元素所組成具有金屬特性的物質稱為合金。由兩種元素組成的合金統稱為“二元合金”,由三種以上元素組成的合金通稱為“多元合金”。合金的結構和性質,決定於組成合金的組分間相互作用的特性。
合金的晶體由不同類的原子組成,根據組成元素的相互作用不同,具有不同的晶體結構和性質。鎳鉻合金具有較高的電阻率和耐熱性(1000℃~1200℃),常用作電爐絲。鋁合金單位重量的強度高的接近於優質鋼鈹青銅具有極高的硬度和強度,且有較好的彈性,抗腐蝕性強,可焊性和切削加工性良好,常用於製造特殊軸承、彈性元件、不發生火花的工具。由於合金的機械性、物理和化學性能往往優於純金屬,因此,工業上應用的金屬材料幾乎都是合金。

金屬金屬分類

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黑色金屬:鐵、鉻、錳三種。
有色金屬:鋁、鎂、鉀、鈉、鈣、鍶、鋇、銅、鉛、鋅、錫、鈷、鎳、銻、汞、鎘、鉍、金、銀、鉑、釕、銠、鈀、鋨、銥、鈹、鋰、銣、銫、鈦、鋯、釩、鈮、鉭、鎢、鉬、鎵、銦、鉈、鍺、錸、鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥、鈧、釔、釷。
常見金屬:如鐵、鋁、銅、鋅等。
稀有金屬:如鋯、鉿、鈮、鉭等。
輕金屬:密度小於4500kg/m3,如鈦、鋁、鎂、鉀、鈉、鈣、鍶、鋇等。
重金屬:密度大於4500kg/m3,如銅、鎳、鈷、鉛、鋅、錫、銻、鉍、鎘、汞等。
貴金屬:價格比一般常用金屬昂貴,地殼丰度低(又稱克拉克值(CLARKE value),一種表示地殼中化學元素平均含量的數值),提純困難,如金、銀及鉑族金屬。
準金屬元素:性質價於金屬和非金屬之間,如硅、硒、碲、砷、硼等。
稀有金屬:包括稀有輕金屬,如鋰、銣、銫等;稀有難熔金屬:如鋯、鉬、鎢等;稀有分散金屬:如鎵、銦、鍺、鉈等;稀土金屬:如鈧、釔、鑭系金屬;放射性金屬:如鐳、鈁、釙及錒系元素中的鈾、釷等。

金屬化學性質

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金屬分為活性金屬和鈍性金屬兩種。 根據金屬活動性順序,氫前金屬稱為活性金屬,氫後金屬就是鈍性金屬。
鉀 鈣 鈉 鎂 鋁 鋅 鐵 錫 鉛 (氫) 銅 汞 銀 鉑 金
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
1、氫前面的金屬能與弱氧化性強酸反應,置換出酸中的氫(濃硫酸硝酸等強氧化性強酸與金屬反應不生成氫氣),如:Fe + 2HCl ═ FeCl2 + H2
2、活動性強的金屬能與活動性弱的金屬鹽溶液反應。
3、大多數金屬能與氧氣反應。
4、排在H前面的金屬,理論上講都能與水發生化學反應。在常温下,鉀,鈣,鈉等能與水發生劇烈反應,鎂、鋁等能與熱水反應,鐵等金屬在高温下能與水蒸氣反應。
5、金屬均無氧化性,但金屬離子有氧化性,活動性越弱的金屬形成的離子氧化性越強。
6、金屬都有還原性,活動性越弱的金屬還原性越弱。

金屬部分金屬用途

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金屬元素是化學元素的主體,是人們生產和生活的主要物質資源。
鎢(W):在各種金屬元素中,鎢是最難熔化和最難揮發的金屬元素。鎢主要用於製造合金鋼;純鎢則主要用於製造燈炮中的鎢絲,也用於電子儀器、光學儀器等。
鉻(Cr):鉻是銀白色金屬,硬度極高,具有抗腐蝕性,用於電鍍和製造特殊鋼材。本世紀,當人們致力於研究鉻的堅硬性質時,無意中發現了它的耐腐蝕性,從而誕生了不鏽鋼。現在,不鏽鋼及鍍鉻製品已在醫療器械、飲具、餐具等領域得到廣泛應用。
錳(Mn):純淨的錳性堅而脆,難以在生產和生活中應用,但錳的合金則有廣泛的用途。錳鋼既堅硬、又堅韌,是製造鐵軌、軸承、裝甲板的理想材料。
鋰(Li):鋰是最輕而比熱最大的金屬元素。鋰不僅用於製造超輕合金和鋰電池,而且是尖端技術的重要材料。鋰合金在航天工業上可大大減輕重量而降低能耗,在原子能工業上有重要作用;在冶金工業中,鋰常用作脱氧劑和脱氣劑,以消除金屬鑄件中的孔隙和氣泡。
鈦(Ti):鈦的比強度(強度與比重的比值)在所有金屬元素中最高。鈦及鈦為主體的合金是新型的結構材料,質硬而輕,主要用於製造飛機、潛艇、耐腐蝕化工設備及各種機械零件。鈦合金在-253~ 500°C的温度範圍內都可保持高強度,是理想的航天材料。在鍊鋼中,少量的鈦還是良好的脱氧、除氮及脱硫劑。 [3] 

金屬金屬之最

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地殼中含量最高的金屬元素:鋁(含量為7.73%)
人體中含量最高的金屬元素:鈣(含量為1.5%)
目前世界年產量最高的金屬:鐵
密度最小的金屬:氫(2016年1月英國科學家在愛丁堡大學首次製成金屬態氫,氫成為密度最小的金屬)
密度最大的金屬:鋨(22.48×10³㎏/m³)
最硬的金屬:鉻(莫氏硬度約為9)
最軟的金屬:銫(莫氏硬度約0.5)
導電性最強的金屬:銀
導熱性最強的金屬:銀
製造新型高速飛機最重要的金屬:鈦(被科學家稱為“二十一世紀的金屬”或“未來的鋼鐵”)
海水中儲量最大的放射性元素:鈾(陸地鈾礦的總儲量約200萬噸,海洋裏含鈾的總量高達40萬萬噸)
含同位素最多的元素:錫(有10種穩定的同位素)
含同位素最少的元素:鈉(只有Na-23穩定)
展性最強的金屬:金(最薄的金厚度只有1/10000mm)
延性最好的金屬:鉑(最細的鉑絲直徑只有1/5000mm)
熔點最高的金屬:鎢(熔點:3410℃)
熔點最低的金屬:汞(熔點:-38.8℃)
熔沸點相差最大的元素是鎵(熔點30℃,沸點2403℃)
地殼中含量最少的金屬是鈁(即使是在含量最高的礦石中,每噸也只有37×10-13g;地殼中的含量約為1×10-21 %)
光照下最易產生電流的金屬元素:銫(當其表面受到光線照射時,電子便能獲得能量從表面逸出,產生光電流)
金屬性最強的金屬:銫
世界上最貴的金屬:鐦(每克1千萬美元,比金貴50多萬倍)
世界上最便宜的金屬:鐵
最易應用的超導元素:鈮(把它冷卻到-263.9℃的超低温時,會變成一個幾乎沒有電阻的超導體)
最能吸收氣體的金屬元素:鈀(1體積膠狀鈀能吸收氫氣1200體積)
參考資料