Чем примечательны металлы?

Кроме железа, образующего вместе со сплавами группу черных металлов, остальные 84 относятся к цветным. Однако 84 элемента — это достаточно много для того, чтобы, в свою очередь, разделить цветные металлы на легкие, тяжелые, благородные, редкие, радиоактивные. Выделяют также группы щелочных, щелочноземельных, редкоземельных, переходных и др.

К металлам относятся все элементы с внешними d- и f- электронными оболочками, а также входящие в главные подгруппы с первой по четвертую группу Периодической системы. Что это означает? Да не забивайте себе этим голову. Считайте, что это магическое заклинание, в обыденной жизни совершенно не применимое. Как неприменимо многое из того, что мы годами учили. Например, формулы тригонометрии.

Что же касается таких элементов, как углерод, фосфор, мышьяк, сурьма, селен, теллур и др., то металлические свойства проявляют только некоторые их модификации. Причем устойчивость неметаллов в большой степени зависит от внешних условий, например, от давления. Доказано, что, применяя сверхвысокие давления, можно перевести в металлическое состояние любое вещество.

Сверхвысокие давления и сверхнизкие температуры, достижимые в наше время, позволяют настолько сильно влиять на вещество, что типичный диэлектрик становится проводником или даже сверхпроводником. Так в условиях сверхвысокого давления было зафиксировано появление сверхпроводимости даже у ксенона.

Кристаллическая решетка металлов состоит из положительно заряженного атомного остова, скрепленного связью металлического типа; вокруг и внутри него распределено «облако» делокализованных электронов, так называемый электронный газ. Такой характер химической связи обусловливает не только электропроводность, но и высокую теплопроводность металлов. Отвод тепла из областей с более высокой температурой в менее нагретые может осуществляться электронами вследствие их высокой подвижности.

В сверхчистых металлах при криогенных температурах длина свободного пробега электронов в десятки тысяч раз больше, чем у металлов технической чистоты. Это открывает возможность использовать принципиально новые физические эффекты. Поскольку в металлах количество электронов, которыми можно оперировать, т. е. ускорять, тормозить или изменять их траекторию, в миллионы раз больше, чем в полупроводниках, то ожидается, что переход электроники на новую материальную основу будет равнозначен скачку, который произошел в свое время при переходе от электронно-вакуумных устройств к полупроводниковым.

Ненаправленность межатомных связей и плотноупакованная кристаллическая структура металлов обусловливает их способность легко деформироваться под действием механических усилий,

т. е. проявлять свойство пластичности.

Внедренные в структуру небольшие по размеру атомы являются препятствиями для перемещения линейных дефектов кристаллической структуры металлов — дислокаций, тем самым препятствуя механической деформации сплава. Эта особенность позволяет существенно повысить твердость сплавов. Более пластичны чистые металлы, поскольку в них слои атомов могут легче смещаться относительно друг друга. Тем не менее и они обладают существенной прочностью.

С химической точки зрения металлы, как правило, неустойчивы, легко окисляются при нагревании, вступают в химическое взаимодействие с неметаллами — углеродом, азотом, серой и др., а также образуют сплавы с другими металлами и неметаллами.

Но о сплавах мы поговорим позже.