Proprietati generale ale metalelor

Proprietati generale ale metalelor

Proprietati periodice si proprietati neperiodice ale elementelor chimice

Proprietati neperiodice

- numar atomic;

- masa atomica;

- spectre de raze X.

Proprietati periodice

a) fizice: b) chimice:

- raze atomice; - caracter electropozitiv;

- raze ionice; - caracter electronegativ;

- volume atomice; - valenta.

- volume ionice;

- energii de ionizare;

- afinitati pentru electroni;

- spectre optice;

- puncte de topire si puncte de fierbere.

Valenta este capacitatea unui atom de a lega sau substitui prin reactii chimice un anumit numar de alti atomi. Valenta este determinata de numarul electronilor ce participa la legatura chimica. Numarul grupei (principale) indica valenta maxima a elementelor. Exemplu pentru Ca: valenta +2.

Valenta se poate raporta la hidrogen sau la oxigen. Valenta elementelor raportata la hidrogen creste in perioada de la grupa IA la grupa a IVA, apoi scade. Pentru elementele din grupele V-VII valenta fata de hidrogen se calculeaza cu formula:

8 - n

in care n este numarul grupei.

Valenta elementelor care se transforma usor in ioni se numeste electrovalenta si este egala cu numarul de electroni cedati sau acceptati.

Exemplu: Na: +1, Ca: +2, F: -1, O: -2. Valenta exprimata prin numarul de electroni pe care un atom ii pune in comun cu electronii altui atom se numeste covalenta. Covalenta se noteaza cu cifre romane scrise in paranteza in dreapta simbolului. Exemplu: S(II), S(IV), H(I), O(II).

Raza atomica scade in perioada de la stanga la dreapta, deoarece electronii nou intrati se aseaza in acelasi substrat, situat la aceeasi distanta fata de nucleu, in timp ce sarcina nucleara creste. Are dimensiuni de ordinul A⁰. Exemplu: Na are raza 1,86A.

Razele atomice ale metalelor sunt definite ca fiind jumatate din distanta interatomica in cristalele metalice cu structuri compacte.

Metalele alcaline au razele cele mai mari, iar elementele din mijlocul celor trei serii de metale tranzitionale au razele cele mai mici.

Cele mai rezistente la tractiune, indoire, forfecare sunt metalele cu raze atomice mici, iar cele mai ductile sunt cele cu raze atomice mari: sodiu, potasiu, aur , argint.

Volumul atomic este raportul dintre masa atomica si densitatea unui element. Volumul atomic descreste in perioade de la stanga la dreapta, iar in grupe creste de sus in jos, datorita cresterii numarului de straturi.

Raza ionica variaza similar razei atomice. Intre razele atomice si cele ionice exista relatia: R_cation < r_atom < r_anion.

Razele ionice cresc in grupe de sus in jos datorita cresterii numarului de straturi. Razele ionilor pozitivi si negativi scad in perioada de la stanga la dreapta.

Exemple:

Na⁺ : 1p + 10e^-

Mg²⁺ : 2p + 10e^-

Al³⁺ : 3p + 10e^-

As^3- : 3p + 36e^-

Se^2- : 4p + 36e^-

Be^- : 5p + 36e^-

Se observa ca un numar egal de electroni este atras de un numar din ce in ce mai mare de protoni, fapt care determina o micsorare a razei.

Energia de ionizare are valori minime pentru elementele grupei I. In perioada ea creste de la stanga la dreapta, iar in grupa creste de jos in sus. Cu cat energia de ionizare este mai mica cu atat elementul este mai electropozitiv.

Afinitatea pentru electroni creste in perioada de la stanga la dreapta, iar in grupa creste de jos in sus. Cu cat afinitatea pentru electroni a unui element este mai mare, cu atat elementul este mai electronegativ.

Spectrele optice ale elementelor chimice din aceeasi grupa se aseamana mult intre ele si se deosebesc de spectrele optice ale elementelor chimice din alte grupe.

Punctele de topire si de fierbere. Se constata ca in perioade punctele de topire si de fierbere ale elementelor chimice cresc de la extremitati catre grupa IVA(14). In grupele IA, IIA, IIIA, IVA ele cresc de jos in sus. In grupele VA, VIA, VIIA, VIIIA punctele de topire si de fierbere cresc de sus in jos. In grupele secundare punctele de fierbere cresc de sus in jos, cu exceptia grupelor IB si IIB, unde scad. Variatia punctelor de topire in grupele secundare este neregulata.

La metale temperatura de topire variaza in limite foarte largi: mercurul la -38,84⁰ C si wolframul la 3410⁰ C.

Punctele de topire ale metalelor sunt mult mai mari decat ale nemetalelor.

Cele mai scazute puncte de topire au metalele alcaline si cele mai ridicate au metalele tranzitionale din grupa VI B.

Caldura de vaporizare

Este mult mai mare decat temperatura de topire si prezinta valori mult mai mari pentru metalele tranzitionale decat pentru cele de tip s si p.

Densitatea

Reprezinta masa unitatii de volum si se exprima in g/cm³ sau kg/m³. Variaza proportional cu masa atomica si invers proportional cu volumul atomic.

La metale densitatea creste in grupa de sus in jos si in perioade de la extremitati spre mijloc.

Variaza in limite foarte largi , de exemplu: litiul are 0,53 g/cm³ ,iar osmiul are 22,6 g/cm³; cele mai multe metale au densitatea cuprinsa intre 6 si 9 g/cm³.

Metalele grele au cele mai mari densitati dintre toate substantele cunoscute. Metalele tranzitionale au densitati mai mari decat metalele de tip s si p. Densitatea creste in perioada cu Z si in grupa cu n.

Densitatea mare se coreleaza cu o marea compactitate a retelelor cristaline.

Conductibilitatea electrica

Reprezinta curgerea electronilor sub actiunea unei diferente de potential si are loc cand banda de valenta este numai pe jumatate ocupata cu electroni. Acest lucru se intampla la metalele alcaline si la cupru, argint, aur. La metalele cu stratul de valenta s complet ocupat cu electroni conducerea curentului electric are loc mai greu si este asigurata de electronii care trec intr-o banda superioara de conductie.

Conductibilitatea termica

Se explica prin usurinta miscarii electronilor in stratul de valenta. Intr-un solid neconductor, incalzit la un capat, caldura se transmite spre capatul rece pana la egalizare, prin miscarile vibratorii ale electronilor. La metale, electronii isI maresc energia cinetica atunci cand se ciocnesc cu un atom cald si transmit apoi excesul de energie dobandit unor atomi reci.

Proprietatile mecanice ale metalelor

In timpul solicitarilor mecanice atomii isI schimba locul unii in raport cu altii dar raman legati prin norul comun de electroni ai benzilor de valenta. Deformarile sunt datorate alunecarii anumitor planuri de atomi fata de planuri similar paralele. Coeziunea dintre atomi face ca metalele sa fie materiale unice, cu intrebuintari unice ( organe de masini).

Aciditatea si bazicitatea.

Aciditatea variaza paralel cu electronegativitatea, in timp ce bazicitatea variaza paralel cu electropozitivitatea. In grupe caracterul acid al hidracizilor creste de sus in jos (HI este mai tare decat HCI) iar cel al oxiacizilor scade de sus in jos. In perioade aciditatea creste de la stanga la dreapta.

Exemple:

H₂S (acid slab)      HCI (acid tare)

In perioada bazicitatea hidroxizilor scade de la stanga la dreapta.

Exemple:

NaOH (baza tare); Mg(OH)₂ (baza slaba); Al(OH)₃ (amfoter)

Caracterul reducator

Metalele alcaline si alcalino-pamantoase prezinta o reactivitate ridicata. Metale ca: potasiul, calciul, sodiul se oxideaza direct la aer, la temperatura mediului ambiant, in timp ce magneziul, aluminiul, plumbul trebuie incalzite; argintul, platina si aurul nu se combina direct cu oxigenul la nici o temperatura.

Oxizii metalici sunt cu atat mai stabili cu cat oxidarea s-a facut cu consum mai mare de energie.Astfel,