金属

金属(Metal)

　　金属是一种具有光泽（即对可见光强烈反射）、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。金属的上述特质都跟金属晶体内含有自由电子有关。在自然界中，绝大多数金属以化合态存在，少数金属例如金、铂、银、铋以游离态存在。金属矿物多数是氧化物及硫化物。其他存在形式有氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐。金属之间的连结是金属键，因此随意更换位置都可再重新建立连结，这也是金属延展性良好的原因。金属元素在化合物中通常只显正价。相对分子质量较大的被称为重金属。

　　金属通常可分为黑色金属和有色金属两大类：

　　1.黑色金属。包括铁、锰和铬以及它们的合金，主要是铁碳合金(钢铁)。

　　2.有色金属。是指除去铁、铬、锰之外的所有金属。有色金属大致上按其密度、价格、在地壳中的储量和分布情况、被人们发现以及使用的早晚等分为五大类：

　　(1)轻有色金属：一般指密度在 4.5g/cm³以下的有色金属，如：铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡。

　　(2)重有色金属：一般指密度在 4.5g/cm³以上的有色金属，其中有铜、镍、铅、锌、钴、锡、汞、锡等。

　　(3)贵金属：这类金属包括金、银和铂族元素(铂、铱、俄、钌、钯、铑)，由于它们对氧和其它试剂的稳定性，而且在地壳中含量少，开采和提取比较困难故价格比一般金属贵，因而得名贵金属。它们的特点是密度大(10.4～22.48 g/cm³)；熔点高(1189—3273K)；化学性质稳定。

　　(4)准金属：一般指硅、铭、硒、砷、硼，其物理化学性质介于金属与非金属之间，如脆，是电和热的不良导体。

　　(5)希有金属：通常是指在自然界中含量很少，分布稀散、发现较晚，难以从原料中提取的或在工业上制备及应用较晚的金属。这类金属包括：锂、铷、铯、铍、钨、钼、钽、铌、钛、铪、钒、铼、镓、铟、铊、锗、希土元素及人造超铀元素等。

　　1.游离态：Au, Ag, Bi, Re (稀少)

　　2.游离态及化合态：较活泼金属：如铁，有单质、氧化物

　　3.化合态：活泼金属

　　（1）卤化物：ⅠA.ⅡA

　　（2）难溶盐矿石：ⅡA的、、、硅铝酸盐

　　（3）氧化物及硫化物：过渡金属

　　1.金属光泽

　　由于金属原子以最紧密堆积状态排列，内部存在自由电子，所以当光线投射到它的表面上时，自由电子吸收所有频率的光，然后很快放出各种频率的光，这就使绝大多数金属呈现钢灰色以至银白色光泽。此外金显黄色，铜显赤红色，铋为谈红色，铯为淡黄色以及铅是灰蓝色，这是因为它们较易吸收某一些频率的光之故。金属光泽只有在整块时才能表现出来，在粉末状时，一般金属都呈暗灰色或黑色。这是因为在粉末状时，金属晶面取向杂乱，晶格排列得不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以为黑色。

　　许多金属在光的照射下能放出电子。有一些能在短波辐射照射下放出电气这种现象称为光电效应。另一些在加热到高温时能放出电子，这种现象称为热电现象。

　　2.金属的导电性和导热性

　　根据金属键的概念，所有金属中都有自由电子，在没有外加电场作用时，自由电子没有一定运动方向，因此没有定向电流产生。当金属导线接到电源的正、负两极时，有了电势差、自由电子便沿着导线由负极移向正极，形成电流。这就显示出导电性。这与电解质的水溶液或熔融盐的导电原因是不同的，离子导电在两极上会发生化学反应。

　　3.金属的延展性

　　金属的延性，可以抽成丝。如最细的白金直径不过1/5000mm。

　　金属的展性，可以压成薄片。如最薄的金箔，只有1/10000mm厚。

　　4.金属的密度

　　锂、钠、钾比水轻，大多数金属密度较大。

　　5.金属的硬度

　　金属的硬度一般较低大，但它们之间有很大的差别较大。有的坚硬如铬、钨等。有些软可用小刀切割如钠、钾。

　　6.金属的熔点

　　金属的熔点一般较高，但高低差别较大。最难熔的是钨，最易熔的是汞，铯和镓。汞在常温下是液体，铯和镓在手上受热就能熔化。

　　(一)金属与非金属反应

　　位于金属活动顺序表前面的一些金属很与氧化合形成氧化物，钠、钾的氧化很快，铷、铯会发生自燃。位于金属活动顺序表后面的一些金属，如铜、汞等必须在加热情况下才能与氧化合，而银、金即使在炽热的情况下也很难与氧等非金属化合。如铝、铬形成致密的氧化膜，防止金属继续被氧化，即钝化。在空气中铁表面生成的氧化物结构疏松，因此，铁在空气中易被腐蚀。

　　(二)金属与水、酸的反应

　　在常温下纯水的[H ⁺ ] = 10 ^{− 7}mol·L ^{− 1}，其=-0.41V。因此,φ⁰<-0.41V的金属都可能与水反应。

　　钠、钾与水剧烈反应。钙与水的作用比较缓和，镁只能与沸水起反应，铁则须在炽热的状态下与水蒸气发生反应。如镁等与水反应生成的氢氧化物不溶于水,覆盖在金属表面,在常温时使反应难于继续进行。

　　一般φ⁰<0 的金属都可以与非氧化性酸反应放出氢气。有一些金属“钝化”。如铅与硫酸反应生成难溶物。φ⁰>0 的金属一般不容易被酸中的氢离子氧化，只能被氧化性的酸氧化，或在氧化剂的存在下，与非氧化性酸反应。如铜不和稀盐酸反应，而能与硝酸反应。

　　(三)金属与碱反应

　　金属除了少数显两性以外，一般都不与碱起作用。锌、铝与强碱反应，生成氢和锌酸盐或铝酸盐，反应如下：

　　Zn+2NaOH+2H₂O===Na₂[Zn(OH)₄] + H₂

　　2Al+2NaOH+6H₂O===2Na[Al(OH)₄] + 3H₂

　　铍、镓、铟、锡等也能与强碱反应。

　　(四)金属与配位剂的作用

　　由于配合物的形成，改变了金属的φ⁰值，从而影响元素的性质。如铜不能从水中置换出氢气，但在适当配位剂存在时，反应就能够进行：

　　2Cu+2H₂O + 4CN ⁻ ===2[Cu(CN)₂] ⁻ + 2OH ⁻ + H₂

　　如有氧参加，这类反应更易进行。

　　4M+2H₂O + 8CN ⁻ + O₂ = 4[M(CN)₂] ⁻ + 4OH ⁻ (M=Cu,Ag,Au)

　　这个反应是从矿石中提炼银和金的基本反应。王水与金、铂的反应都与形成配合物有关。

　　在这些反应中，金属都是还原剂，但是也有例外。例如，除了卤素以外，金的电子亲和势比任何其它元素都要高，故可以制得含Au ⁻ 的化合物，CsAu是一个含Au ⁻ 的离子化合物。