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金属

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简介编辑本段回目录

金属 jīn shǔ 英语:metal(s) 

定义

通常把元素周期表中具有金属光泽、可塑性导电性及导热性良好的化学元素称为金属。在元素周期表中,金属元素有80多种,其它元素称为非金属。金属的分类是按历史上形成的工业分类法,这种分类法虽然没有严格的科学论证,但一直沿用到现代。
金属最突出的特性是它们的容易失去电子的倾向。因此,从化学角度看,金属是指在溶液中容易生成正离子的化学元素,其氧化物与水结合形成氢氧化物而不形成相应的酸。金属之间在化学上的差别主要表现在电子序方面,许多化学反应,特别是氧化还原反应,决定与其电极电位的正负及其数值大小。
从物理角度看,由于金属的原子的外层结构中都含有游离的或易激化的电子,因而具有一系列金属特性(金属性)。
其它
在自然界中,绝大多数金属以化合态存在,少数金属例如以游离态存在。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,这也是金属伸展性良好的原因。金属元素在化合物中通常只显正价。金属中延展性最好的是金(Au),常温下导电好的依次是银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)等。

金属元素在周期表中的位置 编辑本段回目录

   在元素周期表中被认为是金属的元素如下 :

 —所有2A和2A族元素;
 —3A族(Al、Ga、In、Tl)、4A族(Sn、Pb)和5A(Bi)中的较重元素;
 —所有过渡金属(B副族) ;
 —所有镧系和锕系元素。

在已发现的112种元素, 上述金属共占90种。位于“-分界线”的左下方,在s区、p区、d区、f区等5个区域都有金属元素,过渡元素全部是金属元素。
金属元素的原子结构特征: 
  除Sn、Sb、Bi等少数几种金属的原子最外层电子数大于或等于4以外,绝大多数金属原子的最外层电子数均小于4,主族金属原子的外围电子排布为ns1 或ns2 或ns2 np(1-4),过渡金属的外围电子排布可表示为(n-1)d(1-10) ns(1-2)。主族金属元素的原子半径均比同周期非金属元素(稀有气体除外)的原子半径大。

金属基本特性编辑本段回目录

金属的良导电性: 在外电场的影响下,金属通过其内部的电子运动而传导电流;金属的导电性一般比典型的非金属大几个数量级,金、银、铜、铝是最好的金属导体;汞是较差的导体,但也被应用在许多必须应用液态导体的电器装置中。

金属的良导热性: 在固体中,金属无疑都是最佳的导热体,铜、银、金、铝也都是导热性最好的金属。
金属光泽: 磨光的金属表面具有反射光线的性能,大多数金属能反射所有波长的光线,因而呈银白色,铜和金吸收光谱中蓝色区域的某些光线,因而呈黄色和红色。
金属的延展性: 大多数金属都有延性(能被拉长成丝)和展性(能被捶打成薄片)。
金属的非挥发性: 除汞外,所有金属在25℃时都是固体,金属的熔点范围很宽,熔点低的接近室温,如Cs为29℃,Ga30℃,而钨达3380℃ 。
金属不溶于水和有机溶剂: 没有金属能“真正溶解”于水和有机溶剂,只有液态汞能溶解某些金属生成汞齐。金属在失去电子后容易生成金属键,金属键的强度直接与占据晶格位置的正离子的电荷有关。

金属的分类  编辑本段回目录

有色金属有色金属
 1、冶金工业分类法:

现代工业上习惯把金属分为黑色金属和有色金属两大类,铁、铬、锰三种金属属于黑色金属,其余的所有金属都属于有色金属。有色金属大体上可以分成重有色金属、轻金属、贵金属、稀有金属和半金属等五类。

(1)重有色金属。简称重金属,包括铜、铅、锌、锡、镍、钴、锑、汞、镉、铋、铬和锰12种金属。锑有时被划归半金属类,铬和锰有时也被列为黑色金属。这类金属的共同特点是密度较大,都在6600kg/m3以上。
(2)轻金属。包括铝、镁、钙、锶、钡、钾、钠7种金属。这类金属的共同特点是密度较小,都在4000kg/m3以下;化学性质活泼,易与氧、卤素、水等作用。
(3)贵金属。包括金、银及铂族金属中的铂、锇、铱、钌、铑、钯8种金属。这类金属的共同特点是化学性质稳定,密度大(10000~22000kg/m3),熔点较高(1189~3273K)。
(4)稀有金属。这个名称并不全是由于它们在地壳中丰度低的原因,而是某些稀有金属在地壳中的贮存状态比较分散,或发现比较晚,或制取较困难,因而其生产和应用都较晚。在历史上给人以“稀有”的概念,遂被称为稀有金属而沿用至今。稀有金属根据其物理化学性质或其在矿物中的共生情况,又分为五类。
第一类是稀有轻金属,包括锂、铷、铯和铍,共4种金属。共同特点是密度小(在0.53-1.859g/cm3之间),化学活性强,氧化物和氯化物都很稳定,难以还原成金属,一般都用熔盐电解法和金属热还原制取。其性质及生产方法与轻金属铝、镁等相似。
第二类是稀有高熔点金属,包括钛、锆、铪、钒、铌、钽、钨、钼和铼,共9种金属。其共同特点是熔点高,钨的熔点达3680K;耐腐蚀性能好。具有多种原子价,它们的碳、氮、硼、硅化合物熔点也很高,硬度大,生产工艺上一般都是先制取纯氧化物或卤化物,再用金属热还原法或熔盐电解法制取,钛由于密度小,也有将它划归轻金属类的;铼由于无独立的矿床,主要分散在某些金属(特别是钼)的硫化矿中,因而也有人将它划归稀散金属类。
第三类是稀土金属,包括镧系元素镧、铈、镨、钕、钜、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥及钪、钇,共17个金属。其共同特点是最外两层电子结构相同,钇与钪也与之相似,因而它们的物理化学性质非常相近,在矿物**生,分离困难。在冶炼过程中的行为也大体相似。
第四类是稀散金属,包括镓、铟、铊、锗、硒、碲,共6种金属。其共同特点是只有极少的独立矿物,一般都是以类质同象形态存在于其他矿物中。锗、硒、碲具有典型的半金属性质,因此也有把它们划归入半金属类的。
第五类是放射性金属,包括天然放射性金属钋、钫、镭、锕、钍、镤和铀,以及人造放射性金属锝、镎、钚、镅、锔、锫、锎、锿、镄、钔、锘、铹和104~109号元素,共25种金属。其共同特点是能自发放射出具有某种能量的射线(α、β、γ射线)。
(5)半金属。又称似金属或类金属(metalliods)。包括硅、砷、硼、碳和砹共4种。其特点是它们的导电率介于金属和非金属之间,并且都具有一种或几种同质异构体,其中一些具有金属性质,一些具有非金属性质。半金属大都是半导体材料。硒、碲、锗、锑、钋也具有半金属的属性,按中国惯例已划归入其他类别中。2、其它:
常见金属:如铁、铝、铜、锌等; 
稀有金属:如锆、铪、铌、钽等;     

1.轻金属。密度小于4500千克/立方米,如铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡等。    
2.重金属。密度大于4500千克/米3,如铜、镍、钴、铅、锌、锡、锑、铋、镉、汞等。    
3.贵金属。价格比一般常用金属昂贵,地壳丰度低,提纯困难,如金、银及铂族金属。    
4.准金属元素。性质价于金属和非金属之间,如硅、硒、碲、砷、硼等。    
5.稀有金属。包括稀有轻金属,如锂、铷、铯等; 
6.稀有难熔金属,如钛、锆、钼、钨等;    
7.稀有分散金属,如镓、铟、锗、铊等;    
8.稀土金属,如钪、钇、镧系金属;    
9.放射性金属,如镭、钫、钋及阿系元素中的铀、钍等。

金属材料基本特性 编辑本段回目录

       金属材料性能为更合理使用金属材料,充分发挥其作用,必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能(使用性能)及其在冷热加工过程中材料应具备的性能(工艺性能)。   
       材料的使用性能包括物理性能(如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等)、化学性能(耐用腐蚀性、抗氧化性),力学性能也叫机械性能。  
       材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。金属材料比表面积研究是非常重要的。

(一)、机械性能
金属锶金属锶

 机械性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的特性。
1、强度:材料在外力(载荷)作用下,抵抗变形和断裂的能力。材料单位面积受载荷称应力。
2、屈服点(бs):称屈服强度,指材料在拉抻过程中,材料所受应力达到某一临界值时,载荷不再增加变形却继续增加或产生0.2%L。时应力值,单位用牛顿/毫米2(N/mm2)表示。
3、抗拉强度(бb)也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。单位用牛顿/毫米2(N/mm2)表示。
4、延伸率(δ):材料在拉伸断裂后,总伸长与原始标距长度的百分比。
5、断面收缩率(Ψ)材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。
6、硬度:即材料软硬程度,指材料抵抗其它更硬物压力其表面的能力,常用硬度按其范围测定分布氏硬度(HBS、HBW)和洛氏硬度(HKA、HKB、HRC)。
测定硬度试验的方法很多,大体上可以分为弹性回条法(肖氏硬度)压入法(布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度)和划痕法(莫氏硬度)等三大类,生产上应用最广泛的是压入法。它是将一定形状、尺寸的硬质压头在一定大小载荷作用下压入被测材料表层,以留下的压痕表面面积大小或深度计算材料的硬度值。
由于硬度测定时的测定规范,所用仪器设备等不同,用压入法井台测定材料的硬度的方法也有多种。常用的方法是布氏硬度法(HB),维氏硬度法(HV),洛氏硬度法(HR)。
7、冲击韧性(Ak):常用冲击吸收功 Ak 表示,指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的力。是材料抵抗冲击载荷的能力,单位为焦耳/厘米2(J/cm2)。

拉伸的应力及阶段
1、弹性:εe=σe/E, 指标σe,E
2、刚性:△L=P·l/E·F 抵抗弹性变形的能力强度
3、强度: σs---屈服强度,σb---抗拉强度
4、韧性:冲击吸收功Ak
5、疲劳强度: 交变负荷σ-1<σs
6、硬度 HR、HV、HB

1、Ⅰ阶段 线弹性阶段 拉伸初期 应力—应变曲线为一直线,

金属金属饰品

此阶段应力最高限称为材料的比例极限σe.
2、Ⅱ阶段 屈服阶段 当应力增加至一定值时,应力—应变曲线出现水平线段(有微小波动),在此阶段内,应力几乎不变,而变形却急剧增长,材料失去抵抗变形的能力,这种现象称屈服,相应的应力称为屈服应力或屈服极限,并用σs表示。
3、Ⅲ阶段 为强化阶段,经过屈服后,材料又增强了抵抗变形的能力。强化阶段的最高点所对应的应力,称材料的强度极限。用σb表示,强度极限是材料所能承受的最大应力。
4、Ⅳ阶段 为颈缩阶段。当应力增至最大值σb后,试件的某一局部显著收缩,最后在缩颈处断裂。
对低碳钢σs与σb为衡量其强度的主要指标。   
刚性:△L=P·l/E·F,抵抗弹性变形的能力。   
P---拉力,l---材料原长,E---弹性模量,F---截面面积   
塑性变形:外力去处后,不能恢复的变形,即残余变形称塑性变形。   
材料能经受较大塑性变形而不破坏的能力,称为材料的塑性或延伸性。衡量材料塑性的两个指标是延伸率和断面收缩率。   
延伸率δ=(△l0/l)×100% 断面收缩率ψ=((A-A1)/A)×100%    
疲劳强度:材料抵抗无限次应力(107)循环也不疲劳断裂的强度指标,交变负荷σ-1<σs为设计标准。  

(二)、工艺性能
金属铸件金属铸件

 指材料承受各种加工、处理的能力的那些性能。
铸造性能:指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能,主要包括流性能、充满铸模能力;收缩性、铸件凝固时体积收缩的能力;偏析指化学成分不均性。
焊接性能:指金属材料通过加热或加热和加压焊接方法,把两个或两个以上金属材料焊接到一起,接口处能满足使用目的的特性。
顶气段性能:指金属材料能承授予顶锻而不破裂的性能。
冷弯性能:指金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂性能。弯曲程度一般用弯曲角度α(外角)或弯心直径d对材料厚度a的比值表示,a愈大或d/a愈小,则材料的冷弯性愈好。
冲压性能:金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。在常温进行冲压叫冷冲压。检验方法用杯突试验进行检验。
锻造性能:金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力。

(三)、化学性能
有色金属有色金属

 指金属材料与周围介质扫触时抵抗发生化学或电化学反应的性能。
耐腐蚀性:指金属材料抵抗各种介质侵蚀的能力。
抗氧化性:指金属材料在高温下,抵抗产生氧化皮能力。   
金属的氧化 
  金属的氧化有两种含义,狭义的含义是指金属与环境介质中的氧化合而生成金属氧化物的过程;广义金属氧化就是金属与介质作用失去电子的过程,氧化反应产物不一定是氧化物也可以是硫化物、卤化物、或其他化合物。 
金属的钝性 
  处于钝态下的金属性质 。

金属粉基本特性编辑本段回目录

常用的金属粉有铝粉、锌粉、铅粉,合金形式的金属粉有铜锌粉(俗称金粉)、锌铝粉、不锈钢粉等。

有色金属有色金属

 一、与其他颜料相比较,金属颜料有它的特殊性。由于粉末状的金属颜料以金属合金组成,故有明亮的金属光泽和颜色。困此,许多金属颜料用做装饰性颜料,如铜锌粉,它的色相从淡金直至赤金,使被涂装的物品绚丽多彩;铝粉色相银白,也用于装饰。近年来铝粉的新品种闪光铝粉与透明颜料配合使用,涂装面不仅有金属亮点,而且五彩缤纷,装饰效果非常好;鳞片状的锌粉略呈淡色的金属光,能使涂装物与周围景物混为一体,有伪装效果。

二、大多数金属颜料都是鳞片状粉末,它调入成膜物而且涂装成膜时,像落叶铺地一样与被涂物平行,互相连结,互相遮掩,多层排列,形成屏障,金属鳞片阻断了成膜物的微细孔,阻止外界有害气体或液体在涂膜中的渗透,保护了涂膜及被涂装物品,这是它物理屏蔽的防腐能力,而锌粉除了有屏蔽能力

之外,还有阴极保护作用,大量的锌粉在涂膜内互相连成导电层,当涂层遇到电化学腐蚀时,由于锌比铁具有负的电极电位差,首先被腐蚀,从而保护了钢铁底材。不锈钢粉具有良好的化学稳定性,能阻止化学腐蚀。

三、色浅、高光泽的金属粉还有保温能力,这类金属粉几乎不吸收光线,能反射可见光、紫外光,对于热辐射也是如此,因此,可用于需要保温、防止光和热辐射的物品上,如贮存油品、气体的罐、塔上,金属粉能反射日光紫外线的60%以上,故又能防止涂膜因紫外光照射老化,有利于延长涂膜的寿命。

黑色金属黑色金属

四、金属颜料是极微细的粉末,且多属鳞片状,但也有球形、水滴形、树枝形的,都与其制造方法有关。金属粉末须经过表面处理才具有颜料特性,如分散性、遮盖力等,不同的表面处理可使金属亲油或亲水,以适应不同涂料的要求。

五、大多数金属颜料通过物理加式方式进行生产,使纯金属或合金成为特定的粉,如从固态液态气态金属转化为粉末。一、由金属的气相状态转化为粉末如升华法制取锌粉、超细铝粉粉。二、由金属的液相状态转化为粉末如气动雾化法制取铝粉、锌粉及铜金粉。三、由金属的固相状态转化为粉末的如切削法、球磨法制造镁粉、铝粉、不锈钢粉及钛粉。

作用及应用编辑本段回目录

       通常用于粉末涂料的金属颜料主要是粉和粉、珠光粉。由于粉末涂料所选用的树脂或固化剂不是含有碱性就是有一定的酸性,对于这些金属及金属氧化物都会产生一定程度的影响,因此对金属颜料的表面处理就显得尤为重要。虽然大多数金属颜料在出厂前都已尼过表面处理,但是能否经受粉末涂料施工条件(200度10 分钟)的考验是很成问题的。铜粉可采用苯并三氮唑等进行表面保护,对耐化学不稳定的铝粉就无计可施了,所以银色的美术型粉末涂层往往在使用一个阶段后会出现发黑现象。 
       镍粉在无色透明的树脂中呈黄色,如果将它和其他颜色透明树脂配合,可制成金色、橙色、黄绿色的涂层。在含有金属颜料的粉末涂料中如果要制造彩色涂层,其遮盖力应依靠金属颜料而不应依靠着色颜料。最好选用遮盖力较低的着色颜料或透明颜料,尤其要少用或不用钛白炭黑等。因为高遮盖力颜料的存在将使金属颜料黯然失色。 
      金属材料性能为更合理使用金属材料,充分发挥其作用,必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能(使用性能)及其在冷热加工过程中材料应具备的性能(工艺性能)。材料的使用性能包括物理性能(如比重、熔点、导电性导热性、热膨胀性、磁性等)、化学性能(耐用腐蚀性、抗氧化性),力学性能也叫机械性

从植物中收获金属编辑本段回目录

金属金属

1995年,俄罗斯奥尔登堡大学的生物学家梅格列特在研究一种叫蓼的一年生草本植物时,意外地发现蓼的叶子中含有异常高的锌、铅、镉等金属。在一些被锌、铅、镉之类金属污染过的土地上种了大量的蓼。这些蓼长得非常茂盛,叶子又大又厚,结果在1 公顷的土地上,一个季节就收获了大量的蓼。梅格列特将蓼草放入800 ℃的炉子里烧,草化为灰烬,结果从中得到了1.3千克镉、23千克铅、322千克锌。
德国奥尔登大学的一个试验小组已在一处废金属堆放场引种俄罗斯大蓼获得成功。该试验小组已从德国各地尤其是环保组织接到了大量订单,同时还为推广这项研究成果专门成立了一家商业性公司。它的业务活动已引起德国军事部门的很大兴趣,因为历史上的各种军事演习场包括二战时期用作化学武器仓库的地方都有待改造,消除污染,以净化环境,回收有害金属。
美国加利福尼亚的专家们通过研究发现,野生芥菜有从土壤中蓄积镍的功能,他们把种植的半公顷的野生芥菜杆割下来,晒干再烧成灰,每100克芥菜灰中获得了15-20克镍。他们正着手培育蓄积金属能力更强的芥菜新品种,预计可以从每平方米的土地上获取12克。尽管通过这种方式获取镍的效果远不及其它办法,但对环境无任何污染。 
科学研究证明,植物在千百万年漫长的进化演变过程中,已经练就了一身非凡绝招,许多植物有累积某些金属元素的能力。如堇菜好锌、香薷含铜比较丰富、烟草含铀特别多,还有紫云英含硒、苜蓿含钽、石松含锰格外丰富。生长在含黄金特别多的土壤中的玉米或木贼草,烧成灰,每吨竟可以提取到10克黄金。有些植物能累积稀有金属,如等,被称为“绿色稀有金属库”。它们对稀有金属的聚集能力要比一般植物高出几十倍、成百倍,甚至上千倍。比如铬,在一般植物中用光谱检测也很难发现,而凤眼兰却能在根上累积铬,其含量可达到0.13%。
这一系列的发现引起了科学家们的极大兴趣,被人们称为“绿色冶金”技术。专家预言如果这一成果取得突破性的进展,人类将有可能通过种植植物来获得所需的金属,同时还可以改善遭受人类破坏的环境。[1]

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