Metaller og nonmetals: Fysiske egenskaber, kemisk adfærd og anvendelser (med diagram)

På grund af deres generelle egenskaber er elementerne ofte opdelt i to klasser-metaller og nonmetals. Mere end 110 elementer er kendt i dag. Af disse er 24 ikke-metaller, og resten er metaller.

Fysiske egenskaber:

Vi søger generelt metal, når vi har brug for et stærkt materiale. Dette skyldes, at metaller generelt er hårde og stærke. Nogle eksempler på metaller er kalium (K), calcium (Ca), natrium (Na), magnesium (Mg), aluminium (Al), jern (Fe), zink (Zn), tin (Sn), kobber (Cu) kviksølv (Hg), sølv (Ag), guld (Au) og platin (Pt).

Metaller:

Metaller har følgende generelle egenskaber:

1. De er generelt hårde, stærke faste stoffer, for eksempel aluminium, jern, zink, tin og kobber. De er stærke nok til at bære tunge belastninger, dvs. de har en høj trækstyrke.

Undtagelser:

Natrium og kalium er bløde faste stoffer, der kan skæres med en kniv, og kviksølv er en væske under normale forhold.

2. De har en glans, kendt som metallisk glans. For eksempel er aluminium, jern, zink, kobber, sølv og guld alle skinnende. Sådanne metaller kan også poleres.

3. Metaller er sonorøse. Når de rammes, producerer de en lyd kaldet en metallisk lyd eller metallisk klink. Husk ringet af en klokke eller klinken af mønter.

4. Metaller er formbar. Med andre ord kan de blive slået eller rullet i ark. Aluminium, jern, kobber eller sølv kan slås eller rulles i tynde ark. Fælles eksempler er sølvfolien, der bruges til at dekorere slik og aluminiumsfolie, der bruges til at pakke levnedsmidler.

5. Metaller er duktile, dvs. de er fleksible og kan trækkes i ledninger. For eksempel kan jern, aluminium, kobber, sølv og guld nemt trækkes i ledninger.

Kan du tegne en wire fra et stykke træ eller kul? Nej, fordi træ og kul er skøre, ikke fleksible.

6. Metaller er gode ledere af varme, dvs. de tillader varme at passere gennem dem nemt. På grund af denne ejendom bruger vi metalredskaber i køkkener. Varme leveret på ét sted af redskabet udføres overalt.

Du kan ikke bruge en stegepande lavet af, sige pap, fordi det er en dårlig leder af varme. Ved placering over ild fordeler karton ikke varmen over panden. I stedet begynder det at brænde på grund af den lokaliserede varme.

7. Metaller er gode ledere af elektricitet, dvs. de tillader en elektrisk strøm at passere gennem dem nemt. Det er derfor, at elektricitet overføres fra et punkt til et andet gennem metaltråde, som f.eks. Kobber eller aluminium.

Sølv er den bedste dirigent af elektricitet; Det næstbedste er kobber og derefter aluminium. Du kan ikke bruge nylon eller jute reb til elektrisk transmission, da nylon og jute er dårlige ledere af elektricitet.

ikke-metaller:

I modsætning til metaller er ikke-metaller ikke kendt for styrke. De er

jeg. Normalt lystløs (kedelig), undtagen grafit og jod,

ii. Skør (hvis fast)

iii. Dårlige ledere af varme,

iv. Dårlige ledere af elektricitet (undtagen grafit) og

v. Ikke-sonorøse (dvs. de producerer ikke en metallisk klink).

Af de 24 nonmetals, der er kendt i dag,

vi. 12 er faste stoffer (fx carbon, silicium, fosfor, svovl, iod),

vii. 1 er en væske (brom) og

viii. 11 er gasser (fx hydrogen, nitrogen, oxygen, fluor, chlor, helium, neon, argon) under normale forhold.

Aktivitet:

Ved hjælp af et elektrisk kredsløb af den type, der er vist i figur 6.4, kan du nemt teste om noget fører strøm. Pæren vil gløde, når testmaterialet er metallisk, som en nøgle, men ikke når den er nonmetallic, som en blok af træ.

Skær en lille blyant i begge ender, og forbind de to nøgne ender af "bly" til kredsløbet. Pæren vil glødende, hvilket viser, at blyantenes bly fører elektricitet. "Bly" af en blyant er lavet af en blanding af ler og grafit, og grafit (en form for kulstof) er en god leder af elektricitet.

Kemisk adfærd af metaller:

Selv om de fleste metaller gennemgår lignende slags reaktioner, er den "kraft", som de reagerer på, ikke den samme. Nogle er mere aktive end andre. Metaller sammen med hydrogen (en nonmetal) er arrangeret i rækkefølge af deres aktivitet i en serie kaldet aktivitetsserien vist i figur 6.5. Denne serie hjælper os med at forstå reaktionerne af metaller.

Luftaktion på metaller:

Den ilt, der er til stede i luften, virker på metaller for at danne deres oxider. Metaller som kalium (K) og natrium (Na), placeret højt op i serien, er så aktive, at de reagerer meget hurtigt med luft og danner deres oxider. Så kalium og natrium opbevares under parafin.

Magnesium, aluminium og jern reagerer langsommere med luft. Når de bliver udsat, bliver de tarnished (taber deres glans), fordi en tynd film af oxid danner over deres overflade. Ved opvarmning i luft (eller ilt) reagerer disse metaller hurtigere. For eksempel brænder et stykke magnesium, når det antændes, i luft med et blændende hvidt lys. Når magnesium brændes i en åben gaskande, aflejres hvide faste partikler af MgO på krukkens indre væg.

Som du ved, ruster jern langsomt i fugtig luft. Rust er et hydratiseret jernoxid Fe ₂ 0 ₃ xH ₂ 0 (antallet af H20 molekyler varierer).

Metaller længere ned i serien bevarer deres glans i længere tid, fordi de ikke reagerer med luft så let. Når stærkt opvarmet i luften, udgør kobber et sort oxid (CuO), men sølv (Ag) og guld (Au) gør det ikke.

Når luftens kemiske virkning forlænges ud over tarnishing, spiser de dannede forbindelser langsomt metal væk. Dette kaldes korrosion. Rustning (af jern) er et almindeligt eksempel på korrosion. Andre metaller, som magnesium, aluminium, zink og kobber, bliver også korroderet af luftens forlængede virkning. Kobber danner et grønt fast stof på overfladen, mens de andre (undtagen jern) danner gråhvidestoffer.

Forskydning af et metal af en anden:

Et mere aktivt metal forskyder et mindre aktivt metal fra forbindelser af sidstnævnte i opløsning. For eksempel forbyder aluminium og jern kobber fra en opløsning af kobbersulfat.

Aktivitet:

Opløs nogle krystaller af kobber (II) sulfat (CuSO ₄ 5H ₂ O, som også kaldes blå vitriol) i vand. Anbring en jernspik i opløsningen. I et stykke tid bliver den del af neglen, der er inde i opløsningen, rød. Dette skyldes, at et lag af kobber bliver deponeret over sømfladen. Farven på opløsningen vil langsomt skifte fra blå til grøn på grund af dannelsen af jern (II) sulfat.

Du kan gentage denne aktivitet ved hjælp af et stykke magnesium eller aluminium i stedet for søm. Kobber vil blive deponeret, men den resulterende opløsning vil være farveløs, fordi magnesiumsulfat og aluminiumsulfat er farveløse.

Fordrivelse af hydrogen fra vand:

Metaller højere end hydrogen i aktivitetsserien fortrænger hydrogen fra vand. Dem under hydrogen gør det ikke. Desuden er jo mere aktiv metallet, jo mere kraftigt reagerer det med vand. Således reagerer kalium og natrium kraftigt selv med koldt vand, mens magnesium reagerer kun med damp. Et brændende stykke magnesium fortsætter med at forbrænde kraftigt, når det bringes i kontakt med damp.

Aktivitet:

Du kan udføre følgende aktivitet ved hjælp af din lærer. Skær et lille stykke natrium og fjern petroleumet ved at trykke stykket mellem folderne på et filterpapir. Drop metalstykket i et vandtrug.

Det smelter til at danne en sølvfarvet hvid kugle, der dart om vandets overflade, med en sissende lyd. Du vil også observere en gul flamme over kuglen og høre intermitterende 'pops'. Dette skyldes, at den varme, der udvikles i reaktionen, smelter metalet, og den producerede brint fanger brand.

Efter reaktionen vil trugets "vand" omdanne et rødt litmuspapirblåt på grund af dannelsen af natriumhydroxidet (en alkali).

Fordrivelse af hydrogen fra syrer:

Metaller over brint i aktivitetsserien fortrænger hydrogen fra fortyndede saltsyre og svovlsyrer, men dem under hydrogen gør det ikke. Endvidere falder metalets reaktivitet ned i serien.

Vil kobber eller sølv frigøre hydrogen fra fortyndede syrer? Nej, fordi de er mindre aktive end brint.

Reaktioner med baser:

Kun nogle metaller (f.eks. Aluminium og zink) opløses i alkalier som natriumhydroxid og kaliumhydroxid, danner salte og frigørende hydrogen. Husk at disse reaktioner ikke forekommer med ammoniumhydroxid, som også er en alkali.

Aluminium + kaliumhydroxid → kaliumaluminat + hydrogen

Zink + natriumhydroxid → natriumzinkat + hydrogen

Kemisk adfærd af nonmetals:

Nonmetals er mere reaktive med metaller end med andre nonmetals. Klor virker for eksempel på natriumdannende natriumchlorid, og oxygen virker på natriumdannende natriumoxid, men chlor reagerer ikke med oxygen. Generelt reagerer nonmetals kun med hinanden ved høje temperaturer.

Luftaktion:

Bortset fra hvidt fosfor (fosfor har mange sorter-hvid, rød, sort), reagerer ikke-metaller med luft ved stuetemperatur. Hvidt fosfor forbrænder i luft (eller ilt) ved almindelige temperaturer for at danne dets oxider. Derfor lagres det under vand.

Brint, når det tændes i luften (eller ilt), brænder med en 'pop' for at danne vand.

Ved antænding i luft (eller ilt) forbrændes kulstof og svovl for at danne henholdsvis carbondioxid (CO ₂ ) og svovldioxid (SO ₂ ). Ved utilstrækkelig tilførsel af luft danner kul også carbonmonoxid (CO).

Vands handling:

Generelt reagerer nonmetals ikke med vand. Klor opløses imidlertid i vand for at danne en sur opløsning. Når opløsningen sættes i sollys eller opvarmes, frigives ilt og saltsyre efterlades.

Når damp passeres over rød-varm koks (kulstof), dannes en gasformig blanding af carbonmonoxid og hydrogen. Denne blanding, kaldet vandgas, har mange industrielle anvendelser.

Fordeling af en nonmetal af en anden fra en saltopløsning:

Ligesom metaller varierer ikke-metaller i deres genaktiviteter. Dette er bedre observeret blandt elementer med lignende egenskaber, som siges at danne en familie. For eksempel udgør fluor (F), chlor (Cl), brom (Br) og iod (I) halogenfamilien.

Blandt de fælles halogener (CI, Br og I) er chlor det mest aktive, brom mindre end klor og mindst iod. Klor fortrænger derfor brom og jod fra opløsningerne af natriumbromid og natriumiodid.

Generelt virker syrer og baser ikke på nonmetals under normale forhold.

Anvendelser af metaller:

Fra sikkerhedsnål til broer bruges metaller til at lave en lang række ting, som er en integreret del af vores liv.

1. Kobberledninger anvendes generelt til kabelføring og aluminiumskabler til fjerntransmission. Aluminium er lettere og billigere end kobber.

2. Jern er et meget nyttigt metal, da det er hårdt, stærkt og billigt. Det bruges til at lave værktøjer, maskiner og landbrugsudstyr, og også i husbyggeri.

For at forhindre rustning bliver jern ofte galvaniseret. I denne proces nedsænkes en jernartikel i smeltet zink og lades derefter afkøle. Zink danner en fast belægning over jern og forhindrer rustning. Galvaniseret jern bruges til at lave trunks, vandrør, pigtråd og trådnet. Jern belagt med tin bruges til at gøre dåser.

3. Jern, aluminium og kobber bruges til at lave redskaber.

4. Som du ved, brænder magnesium i luft med et blændende hvidt lys, når det antændes. Derfor bruges den i fyrværkeri.

5. Kviksølv holder sig ikke til glas. Samtidig er det en god leder af varme. Så det bruges til fremstilling af termometre.

6. Sølv, guld og platin kaldes ædelmetaller, da de ikke let reagerer med andre stoffer. Når de er poleret, holder de deres glans i lang tid. De bruges derfor til at lave smykker. Guld blandes med små mængder sølv og kobber for at gøre det hårdt.

7. Legeringer er homogene faste blandinger af metaller eller af metaller og nonmetals. Alloying er gjort for at gøre forældremetallet stærkere. Nogle almindelige eksempler på legeringer er stål (en blanding af jern, meget små mængder kulstof og mangan), messing (en blanding af kobber og zink) og bronze (en blanding af kobber og tin).

8. Aluminiumsfolie, som er meget lys, bruges til at pakke mad, medicin osv. Aluminium bruges også til fremstilling af elektriske ledninger og redskaber.

9. Kunstige tænder blev tidligere normalt lavet af sølv eller guld. Tandhulrum er fyldt med de såkaldte dental amalgams-legeringer af sølv eller figur 6.12 Anvendelse af aluminiumtin med kviksølv.

Anvendelser af nonmetals:

Lad os studere brugen af nogle almindelige nonmetals.

Ilt:

Oxygen er måske den vigtigste nonmetal i vores liv. Vi og de fleste andre levende væsener har brug for det til åndedræt.

Nogle af dens andre anvendelser er som følger:

jeg. Alle forbrændingsprocesser har brug for ilt.

ii. Med acetylen anvendes ilt i oxyacetylen fakler til at skære og svejses metaller.

iii. Det er nødvendigt for udvinding af metaller fra deres malme og til fremstilling af stål fra jern.

iv. Det anvendes til fremstilling af svovlsyre og salpetersyre.

v. Flydende ilt bruges til at brænde raketbrændstof.

Kvælstof:

jeg. Planter bruger nitrogen til fremstilling af proteiner.

ii. Flydende kvælstof bruges til at bevare blod, hornhinder eller andre donerede organer.

iii. På grund af dets inertitet (ikke-reaktivitet) anvendes den til at fylde madpakker. (Fødevarer går ikke dårligt i et inert medium.)

iv. Det bruges til fremstilling af ammoniak og urinstof.

Kulstof:

Trækul og lampeblå er ikke-krystallinske former for kulstof. Carbon findes i to krystallinske former-diamant og grafit, som har følgende anvendelser.

jeg. Diamant bruges som perle som også til skæring af sten eller glas.

ii. Grafit er en god ledere af elektricitet og bruges derfor som en elektrode.

iii. Grafit er et godt smøremiddel. Da smeltepunktet er højt, kan det bruges som smøremiddel i maskiner, der erhverver høje temperaturer, mens de betjenes.

iv. Grafit bruges også til fremstilling af blyanter.

Svovl:

Dette gule faststof har flere anvendelser.

jeg. Det bruges til fremstilling af farvestoffer, kampe, fyrværkeri og krydderier.

ii. Det bruges i mange lægemidler og som fungicid til at dræbe skadelige svampe.

iii. Det bruges også til at behandle gummi og til fremstilling af svovlsyre.

Klor:

Denne grønlige gule gas har følgende anvendelser.

jeg. Det bruges til fremstilling af den nyttige plastik, polyvinylchlorid (PVC).

ii. Det bruges til at desinficere vand, da det dræber bakterier. Dette gøres enten ved at passere klorgas gennem vand eller ved at behandle vand med blegemiddel.

iii. Det bruges som et blegemiddel i papir- og tekstilindustrien. Husholdningsblekemidler indeholder også chlorforbindelser.

iv. Klor anvendes til fremstilling af saltsyre.

v. Det anvendes også til fremstilling af pesticider, som Gammexane.

Jod:

Selv om en nonmetal, jod er et lustøst sort fast stof. Det sublimerer langsomt for at danne en violet damp over det faste stof inde i en proppet flaske.

jeg. Jod er et antiseptisk middel. En opløsning af jod i alkohol (med noget kaliumiodid) er kendt som tinktur af jod. Tinktur af jod er rødbrun og påføres på udskæringer. En pasta af jod i oliepulver giver lindring fra smerte.

ii. I form af en forbindelse anvendes den i iodiseret salt for at forhindre sygdomme som goitre.