Најважније из лекције
Метална веза: Решетка позитивних јона окружена делокализованим валентним електронима. Јачина везе зависи од броја валентних електрона и величине атома.
Физичка својства: Метални сјај, електрична/топлотна проводљивост (најбољи: \(\text{Ag, Cu, Au}\)), ковност. Течан метал је жива (\(\text{Hg}\)), ниско топљиви су \(\text{Ga, Cs, Rb}\).
Густина метала: Лаки (\(\rho < 5\text{ g/cm}^3\), нпр. \(\text{Mg, Al}\)) и тешки (\(\rho \ge 5\text{ g/cm}^3\), нпр. \(\text{Pb, Au, Pt}\)).
Магнетизам: Изражен само код \(\text{Fe, Co, Ni}\).
Неметали: На собној температури се јављају у сва три агрегатна стања (гас: \(\text{O}_2, \text{N}_2, \text{Cl}_2\dots\); течно: само \(\text{Br}_2\); чврсто: \(\text{C, S, P, I}_2\)).
Физичка својства: Метални сјај, електрична/топлотна проводљивост (најбољи: \(\text{Ag, Cu, Au}\)), ковност. Течан метал је жива (\(\text{Hg}\)), ниско топљиви су \(\text{Ga, Cs, Rb}\).
Густина метала: Лаки (\(\rho < 5\text{ g/cm}^3\), нпр. \(\text{Mg, Al}\)) и тешки (\(\rho \ge 5\text{ g/cm}^3\), нпр. \(\text{Pb, Au, Pt}\)).
Магнетизам: Изражен само код \(\text{Fe, Co, Ni}\).
Неметали: На собној температури се јављају у сва три агрегатна стања (гас: \(\text{O}_2, \text{N}_2, \text{Cl}_2\dots\); течно: само \(\text{Br}_2\); чврсто: \(\text{C, S, P, I}_2\)).
Већина елемената у Периодном систему су метали. Обухватају 1. групу (алкални метали), 2. групу (земноалкални метали), цео d-блок (прелазни метали) и f-блок, као и део p-блока (алуминијум, калај, олово).
Општа физичка својства метала:
- Чврсто агрегатно стање на собној температури (изузетак је жива, \(\text{Hg}\), која је течна);
- Карактеристичан метални сјај и могућност полирања;
- Сива боја (изузеци: бакар – црвенкаст, злато – жуто);
- Добра електрична и топлотна проводљивост;
- Добра механичка обрадивост (ковање, ваљање, извлачење у жице);
- Углавном висока тврдоћа, висока густина и високе температуре топљења.
Који метали одступају од карактеристичне сиве боје и чврстог агрегатног стања на собној температури?
Жива (\(\text{Hg}\)) одступа по агрегатном стању јер је течна, док бакар (\(\text{Cu}\), црвенкасте боје) и злато (\(\text{Au}\), жуте боје) одступају по боји.
Метална веза се заснива на привлачењу позитивних јона метала, распоређених у правилну кристалну решетку, и слободно покретљивих (делокализованих) валентних електрона („електронски гас”).
Јачина металне везе расте са повећањем броја валентних електрона и са смањењем полупречника атома. Јача веза доводи до виших температура топљења и веће тврдоће.
Алкални метали (1. група) имају само 1 валентни електрон и релативно велики атомски полупречник, па формирају слабију металну везу и меки су. Земноалкални метали (2. група) дају по 2 делокализована електрона, те имају знатно чвршћу решетку и више температуре топљења од суседних алкалних метала.
Зашто калцијум (\(_{20}\text{Ca}\)) има јачу металну везу од калијума (\(_{19}\text{K}\))?
Калцијум има два валентна електрона која учествују у металној вези и мањи атомски полупречник у односу на калијум, који има само један валентни електрон.
Температура топљења (\(T_{\text{т}}\)):
- Алкални метали: имају најниже температуре топљења међу чврстим металима; \(T_{\text{т}}\) опада дуж групе (\(\text{Li: } 186\ ^\circ\text{C} \rightarrow \text{Cs: } 28{,}5\ ^\circ\text{C}\)).
- Прелазни метали (d-блок): захваљујући учешћу d-електрона имају веома јаке везе и високе температуре топљења (нпр. \(\text{Fe: } 1535\ ^\circ\text{C}\), волфрам \(\text{W: } 3422\ ^\circ\text{C}\)).
- Метали ниске температуре топљења: \(\text{Cs}\) (\(28{,}5\ ^\circ\text{C}\)), \(\text{Rb}\) (\(38{,}5\ ^\circ\text{C}\)) и \(\text{Ga}\) (\(29{,}8\ ^\circ\text{C}\)) могу се растопити на топлоти људске шаке.
Подела метала према густини (\(\rho\)):
- Лаки метали (\(\rho < 5{,}0\text{ g/cm}^3\)): магнезијум (\(1{,}7\text{ g/cm}^3\)), алуминијум (\(2{,}7\text{ g/cm}^3\)).
- Тешки метали (\(\rho \ge 5{,}0\text{ g/cm}^3\)): бакар (\(8{,}3\text{ g/cm}^3\)), сребро (\(10{,}5\text{ g/cm}^3\)), олово (\(11{,}3\text{ g/cm}^3\)), злато (\(19{,}3\text{ g/cm}^3\)), платина (\(21{,}4\text{ g/cm}^3\)).
Који метал има највишу температуру топљења, а који се убраја у најлакше метале међу наведенима: \(\text{Al}\), \(\text{W}\), \(\text{Mg}\), \(\text{Pb}\)?
Највишу температуру топљења има волфрам (\(\text{W}\), \(3422\ ^\circ\text{C}\)), а најмању густину има магнезијум (\(\text{Mg}\), \(\rho = 1{,}7\text{ g/cm}^3\)).
Електрична и топлотна проводљивост: Постојање покретљивих електрона омогућава лак пренос наелектрисања и кинетичке енергије кроз кристал.
Најбољи проводник топлоте и електричне струје је сребро (\(\text{Ag}\)), а за њим следе бакар (\(\text{Cu}\)), злато (\(\text{Au}\)) и алуминијум (\(\text{Al}\)). Бакар и алуминијум се масовно користе за електричне проводнике.
Магнетна својства: Изразита магнетна (феромагнетна) својства показују само гвожђе (\(\text{Fe}\)), кобалт (\(\text{Co}\)) и никал (\(\text{Ni}\)). Метали попут бакра и алуминијума немају магнетна својства.
Већина металних предмета у пракси се не прави од чистих метала, већ од легура, чиме се побољшавају механичка својства и отпорност према корозији.
Неметали су смештени у горњем десном делу Периодног система (уз водоник у 1. групи). Бројчано их је мање него метала, али су изузетно заступљени у природи.
За разлику од метала, неметали се на собној температури и атмосферском притиску јављају у сва три агрегатна стања:
- Гасовито: племенити гасови (\(\text{He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn}\)), водоник (\(\text{H}_2\)), азот (\(\text{N}_2\)), кисеоник (\(\text{O}_2\)), флуор (\(\text{F}_2\)), хлор (\(\text{Cl}_2\));
- Течно: само бром (\(\text{Br}_2\));
- Чврсто: угљеник (\(\text{C}\)), фосфор (\(\text{P}\)), сумпор (\(\text{S}\)), селен (\(\text{Se}\)), јод (\(\text{I}_2\)).
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Навести три метала који показују изразита магнетна својства и једини течни неметал на собној температури.
Метали са изразитим магнетним својствима су: гвожђе (\(\text{Fe}\)), кобалт (\(\text{Co}\)) и никал (\(\text{Ni}\)).
Једини неметал у течном агрегатном стању на собној температури је бром (\(\text{Br}_2\)).
Једини неметал у течном агрегатном стању на собној температури је бром (\(\text{Br}_2\)).
Задатак 2 (средњи): Разврстати следеће метале на лаке и тешке: магнезијум (\(\text{Mg}\)), олово (\(\text{Pb}\)), алуминијум (\(\text{Al}\)), платина (\(\text{Pt}\)), бакар (\(\text{Cu}\)). Као граничну вредност користити густину од \(5{,}0\text{ g/cm}^3\).
- Лаки метали (\(\rho < 5{,}0\text{ g/cm}^3\)): магнезијум (\(\rho = 1{,}7\text{ g/cm}^3\)), алуминијум (\(\rho = 2{,}7\text{ g/cm}^3\)).
- Тешки метали (\(\rho \ge 5{,}0\text{ g/cm}^3\)): бакар (\(\rho = 8{,}3\text{ g/cm}^3\)), олово (\(\rho = 11{,}3\text{ g/cm}^3\)), платина (\(\rho = 21{,}4\text{ g/cm}^3\)).
Задатак 3 (средњи): Објаснити због чега натријум (\(_{11}\text{Na}\)) има ниску температуру топљења (\(97{,}5\ ^\circ\text{C}\)) и малу тврдоћу (може се сећи ножем), док гвожђе (\(_{26}\text{Fe}\)) има знатно вишу температуру топљења (\(1535\ ^\circ\text{C}\)) и велику тврдоћу.
Натријум је алкални метал (s-блок) и у стварању металне везе учествује само 1 валентни електрон по атому, због чега је метална веза слаба. Гвожђе је прелазни метал (d-блок) код кога у грађењу металне везе учествују и електрони из d-поднивоа, стварајући знатно јаче међуатомске везе и стабилнију кристалну решетку.
Задатак 4 (тежак): Израчунати разлику у маси између две плочице једнаких запремина од по \(V = 20\text{ cm}^3\), ако је једна направљена од алуминијума (\(\rho_{\text{Al}} = 2{,}7\text{ g/cm}^3\)), а друга од олова (\(\rho_{\text{Pb}} = 11{,}3\text{ g/cm}^3\)).
Користимо везу између масе, густине и запремине: \(m = \rho \cdot V\).
1. Маса алуминијумске плочице: \[ m_{\text{Al}} = \rho_{\text{Al}} \cdot V = 2{,}7\text{ g/cm}^3 \cdot 20\text{ cm}^3 = 54\text{ g} \] 2. Маса оловне плочице: \[ m_{\text{Pb}} = \rho_{\text{Pb}} \cdot V = 11{,}3\text{ g/cm}^3 \cdot 20\text{ cm}^3 = 226\text{ g} \] 3. Разлика у маси: \[ \Delta m = m_{\text{Pb}} - m_{\text{Al}} = 226\text{ g} - 54\text{ g} = 172\text{ g} \] Одговор: Разлика у њиховој маси износи \(172\text{ g}\).
1. Маса алуминијумске плочице: \[ m_{\text{Al}} = \rho_{\text{Al}} \cdot V = 2{,}7\text{ g/cm}^3 \cdot 20\text{ cm}^3 = 54\text{ g} \] 2. Маса оловне плочице: \[ m_{\text{Pb}} = \rho_{\text{Pb}} \cdot V = 11{,}3\text{ g/cm}^3 \cdot 20\text{ cm}^3 = 226\text{ g} \] 3. Разлика у маси: \[ \Delta m = m_{\text{Pb}} - m_{\text{Al}} = 226\text{ g} - 54\text{ g} = 172\text{ g} \] Одговор: Разлика у њиховој маси износи \(172\text{ g}\).
