金屬 金屬 (Metal)是一種具有光澤(即對(duì)可見(jiàn)光強(qiáng)烈反射)、具有高電導(dǎo)率、高熱導(dǎo)率以及可塑性、延展性和高反光性的物質(zhì)。
金屬通常質(zhì)地堅(jiān)硬,呈結(jié)晶狀固體,能產(chǎn)生多種化學(xué)反應(yīng),并能同別的金屬一起被制成合金。金屬資源廣泛分布于地殼和海洋中,絕大多數(shù)以化合態(tài)存在,極少數(shù)不活潑金屬如金、銀以單質(zhì)形式存在 。
金屬在人類生活中也被廣泛應(yīng)用。在人類社會(huì)發(fā)展史上,繼石器時(shí)代 之后出現(xiàn)的銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代,都以金屬材料的應(yīng)用為其時(shí)代的顯著標(biāo)志。
發(fā)展歷史
第一階段原始鋼鐵的冶煉 距今約300萬(wàn)年,人們以石頭作為工具,稱舊石器時(shí)代;1萬(wàn)年以前,人類對(duì)石器進(jìn)行加工,從而進(jìn)入新石器時(shí)代; 在公元4300年前,人類就開(kāi)始使用自然中金屬金和銅,并進(jìn)行鍛打和熱加工等工藝;而對(duì)于鐵,人們最早使用的是隕鐵,在篝火中發(fā)現(xiàn)。鐵的熔煉大約發(fā)生在公元前2800年,最初的鋼是利用 熟鐵 滲碳得到的。 中國(guó)在六千多年前已經(jīng)冶煉出 黃銅 ,在四千多年前已有簡(jiǎn)單的青銅工具,在三千多年前已用隕鐵制造兵器;春秋時(shí)期已會(huì)冶煉生鐵,比歐洲要早一千八百多年以上; 明朝 時(shí)期 宋應(yīng)星 所著《 天工開(kāi)物 》一書(shū),內(nèi)有冶鐵、煉鋼、鑄鐘、 鍛鐵 、淬火等各種金屬加工方法,是世界上有關(guān)金屬加工工藝最早的科學(xué)著作之一;
第二階段金屬材料大發(fā)展 英國(guó) 18世紀(jì)出現(xiàn)“高爐”;鋼鐵工業(yè)的發(fā)展,成為產(chǎn)業(yè)革命 的重要內(nèi)容和物質(zhì)基礎(chǔ); 人類逐漸掌握大規(guī)模煉鋼的方法,隨后發(fā)現(xiàn)在鋼材的煉制過(guò)程中添加其他元素,可以改變其性能。 19世紀(jì)中葉,現(xiàn)代平爐和轉(zhuǎn)爐 鎳管 煉鋼技術(shù)的出現(xiàn),使人類真正進(jìn)入了鋼鐵時(shí)代。與此同時(shí),銅、鉛、鋅也大量得到應(yīng)用,鋁、鎂、鈦等金屬相繼問(wèn)世并得到應(yīng)用,直到20世紀(jì)中葉,金屬材料在材料工業(yè)中一直占有主導(dǎo)地位。
電子排布 金屬原子 最外層電子數(shù) 較少,一般為1~2個(gè)。這些電子與 原子核 的結(jié)合力較弱,所以容易脫離原子核的束縛變?yōu)椤白杂呻娮印薄!白杂呻娮印痹陔妶?chǎng)中的定向移動(dòng)使金屬具備導(dǎo)電性,在導(dǎo)電的過(guò)程中自身不發(fā)生化學(xué)變化 ;金屬導(dǎo)熱主要依靠自由電子的遷移和晶格振動(dòng),從而使金屬表現(xiàn)出導(dǎo)熱性。 過(guò)渡金屬原子不僅容易失去最外層電子,次外層電子也容易失去,這就導(dǎo)致過(guò)渡原子 化合價(jià) 可變,當(dāng)過(guò)度金屬原子之間進(jìn)行結(jié)合,不僅最外層電子參與結(jié)合,次外層電子也可參與結(jié)合,因此,過(guò)渡金屬原子間結(jié)合能力較強(qiáng),表現(xiàn)為熔點(diǎn)高、強(qiáng)度高。由此可知價(jià)電子決定著金屬的主要性能; 過(guò)渡金屬不同的電學(xué)性能起源于其原子的電子對(duì)非成鍵 d 能帶的填充狀態(tài),當(dāng)d軌道部分填充的時(shí)候,具有(半)金屬導(dǎo)電性,當(dāng) d 軌道完全填滿的時(shí)候,具有絕緣性或半導(dǎo)體性。
晶體結(jié)構(gòu) 金屬和合金在固態(tài)下通常是晶體。在固態(tài)金屬中,眾多原子依靠金屬鍵結(jié)合在一起。固態(tài)金屬兩原子之間的相互作用力為 正離子 與周圍電子的吸引力,正離子與正離子,以及電子與電子之間的排斥力。結(jié)合能是吸引力和排斥力的相互作用效果,不同金屬具備不同的結(jié)合能。當(dāng)大量金屬原子結(jié)合位固體時(shí),為使固態(tài)金屬具有最低能量,以保持其穩(wěn)定狀態(tài),原子之間也保持著一定的平衡距離,這便是固態(tài)金屬中的原子緊密規(guī)則排列的重要原因。 液態(tài)金屬 水銀 的電子結(jié)構(gòu),其最外側(cè)的軌道是‘充滿’的,雖然能放出電子,但卻沒(méi)有接受電子的空閑軌道,所以電子一個(gè)也進(jìn)不了。由于只能用能量高的空閑軌道進(jìn)行結(jié)合,所以成了弱結(jié)合。
分布情況 金屬在自然界中的分布很廣。由于各種金屬的化學(xué)活性相差很大,因而它們?cè)谧匀唤缰写嬖诘男问礁鞑幌嗤?少數(shù)化學(xué)性質(zhì)不太活潑的金屬元素,在自然界中以游離單質(zhì)存在,其余大多數(shù)金屬以化合物狀態(tài)存在。一般輕金屬以氧化物( 赤鐵礦 主要成分為Fe 2 O 3 、 磁鐵礦 主要成分為Fe 3 O 4 )、氟化物(如CaF 2 )、硫酸鹽(MgSO 4 )、磷酸鹽、碳酸鹽(如CaCO 3 )等形式存在,重金屬則多以氧化物、硫化物成礦,還有許多以硅酸鹽形式存在。這些礦物大多埋藏在地下,成為地殼巖石圈的組成部分。也有些溶解度較大的礦物被雨水或地下水帶入海洋。此外海底巖層中原本就含有各種礦藏,所以在海洋中也有大量金屬資源。 地殼中豐度最高的5種元素是“氧、硅、鋁、鐵、鈣”。部分金屬豐度如下表。
金屬
豐度
鋁
0.081
鐵
0.063
鈣
0.05
銅
2.5×10
錫
2.0×10
鉛
1.7×10
銀
5.0×10
金
1.6×10
鉑
0.5×10
金屬分類 根據(jù)金屬的顏色和性質(zhì)等特征,可以分為兩大類: 黑色金屬 和有色金屬。
黑色金屬 工業(yè)上對(duì)鐵、鉻和錳的統(tǒng)稱,亦包括這三種金屬的合金。如:鋼、生鐵、鐵合金、鑄鐵等。純凈的鐵和鉻是銀白色的,而錳是銀灰色。由于鋼鐵表面通常覆蓋一層黑色的四氧化三鐵,而錳和鉻主要應(yīng)用于冶煉黑色的合金鋼,所以才會(huì)被誤以為是“黑色”金屬。
有色金屬 泛指除去鐵(有時(shí)也除去錳和鉻)和鐵基合金以外的所有金屬。有色金屬由于種類眾多,其礦產(chǎn)地的數(shù)量也就比黑色金屬要多得多。有色金屬可分為重金屬、輕金屬、貴金屬及稀有金屬。
重金屬 :一般指密度大于5g/cm 的金屬 。如金、銀、銅、鐵、汞、鉛、鎘等,重金屬在人體中累積達(dá)到一定程度,會(huì)造成慢性中毒,另外重金屬是土壤環(huán)境中一類具有潛在危害的污染物,長(zhǎng)期累積將改變農(nóng)用地土壤的功能。
輕金屬 :一般指相對(duì)密度在5g/cm 以下的有色金屬。包括鋁、鎂、鋰、鈹、銣、銫、鉀、鈉、鈣、鍶、鋇、鈦等。輕金屬不僅密度小,而且化學(xué)活性大,與氧、硫、碳及鹵素化合物接觸相當(dāng)穩(wěn)定。鋁是輕金屬中用量最大的一種,其產(chǎn)量和消費(fèi)量均僅次于鋼鐵,是第二大金屬。
貴金屬 :這些金屬在地殼里的豐度低,分布稀散,彼此互溶共生,富集、分離和提純都較困難,價(jià)格較貴。化學(xué)性質(zhì)也較穩(wěn)定,不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng),如金、銀和 鉑族金屬 (鉑、釕、銠、鈀、鋨、銥)。 稀有金屬 :在地殼中含量較少、分布稀散或難以從原料中提取的金屬。如鋰、鈹、鈦、釩、鍺、鉬、銫、鑭、鎢、鐳等。
合金 合金是一種以金屬為基礎(chǔ),加入其他金屬或非金屬,經(jīng)過(guò)熔煉或燒結(jié)制成的具有金屬特性的材料。機(jī)械制造中所用的金屬材料是以合金為主,很少使用純金屬。是因?yàn)楹辖鸨燃兘饘贀碛懈玫牧W(xué)性能和工藝性能,且價(jià)格低廉。最常用合金為是以鐵為基礎(chǔ)的鐵碳合金,如碳素鋼、合金鋼、灰鑄鐵等,還有以銅為基礎(chǔ)的黃銅、青銅等,以鋁為基礎(chǔ)的 鋁硅合金 等。
金屬性質(zhì)
物理性質(zhì) 常溫下,大部分為固體,唯一呈液態(tài)的是汞;金屬外觀:除Cu、Au外,大多數(shù)金屬為銀白色,有金屬光澤;金屬一般都具備良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性。
金屬光澤 自由電子很容易吸收可見(jiàn)光的能量,而被激發(fā)到較高能級(jí),當(dāng)它跳回原能級(jí)時(shí),就把吸收的可見(jiàn)光能量輻射出來(lái),從而使金屬不透明,顯金屬光澤。
延展性 金屬鍵不存在飽和性和方向性,當(dāng)金屬的兩部分發(fā)生相對(duì)位移時(shí),金屬的正離子始終被包圍在電子云中,從而保持著金屬鍵的結(jié)合,所以金屬具有延展性。
導(dǎo)電導(dǎo)熱 金屬導(dǎo)熱主要依靠自由電子的遷移和晶格振動(dòng),“自由電子”在電場(chǎng)中的定向移動(dòng)使金屬具備導(dǎo)電性。這些都是源于“自由電子”,而金屬的價(jià)層電子數(shù)較少容易失去,易產(chǎn)生自由電子,所以金屬一般都具備良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性。
力學(xué)性能 強(qiáng)度:金屬材料在靜載荷作用下抵抗永久變形或斷裂的能力。根據(jù)力的形式不同,可以有屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彎曲 強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等等。 塑性:金屬材料在載荷作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力。受力后,材料保留了一部分變形。
硬度:金屬材料表面抵抗比他更硬的物體壓入的能力。硬度是一個(gè)綜合指標(biāo),代表了強(qiáng)度、塑性等力學(xué)性能的綜合性。常見(jiàn)有布氏硬度,洛氏硬度和維氏硬度。
韌性:金屬材料抵抗沖擊載荷(力的作用時(shí)間很短)而不被破壞的能力。
疲勞指材料對(duì)交變應(yīng)力表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì);彈性是指金屬材料在外力消失時(shí),能使材料恢復(fù)原先尺寸的一種特性。
金屬的磁性 只有少數(shù)金屬是鐵磁性的,而大部分金屬是即抗磁性或順磁性。例如鐵、鈷、鎳為鐵磁性金屬,它們內(nèi)部的電子自旋可以在小范圍內(nèi)自發(fā)地排列起來(lái),形成一個(gè)自發(fā)磁化區(qū),這種自發(fā)磁化區(qū)就叫磁疇。鐵磁類物質(zhì)磁化后,內(nèi)部的磁疇整整齊齊、方向一致地排列起來(lái),使磁性加強(qiáng),就構(gòu)成磁鐵了。磁鐵的吸鐵過(guò)程就是對(duì)鐵塊的磁化過(guò)程,磁化了的鐵塊和磁鐵不同極性間產(chǎn)生吸引力,鐵塊就牢牢地與磁鐵“粘”在一起了。
化學(xué)性質(zhì) 元素的化學(xué)特性決定于最外層電子數(shù),而金屬原子 最外層電子數(shù) 較少,一般為1~2個(gè),易失去電子變?yōu)檎x子,所以金屬元素具有相對(duì)較強(qiáng)的還原性,易發(fā)生氧化反應(yīng)。 較完整的金屬活動(dòng)順序(排序從強(qiáng)到弱):
鋰(Li)、銫(Cs)、 銣( Rb )、 鉀(K)、鐳(Ra)、鋇(Ba)、鈁(Fr)、鍶(Sr)、 鈣(Ca)、 鈉(Na)、 鑭(La)、 鐠(Pr)、釹(Nd)、 钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、 錒(Ac)、釓( Gd )、鋱(Tb)、镅(Am)、釔(Y)、鎂(Mg)、鏑( Dy )、銩(Tm)、鐿( Yb )、镥(Lu)、 鈰(Ce)、鈥(Ho)、鉺(Er)、鈧(Sc)、钚(Pu)、釷(Th)、鈹(Be)、镎(Np)、鈾(U)、鉿(Hf)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鋯( Zr )、釩(V)、錳(Mn)、鈮(Nb)、鋅(Zn)、鉻(Cr)、鎵(Ga)、鐵(Fe)、鎘(Cd)、銦(In)、鉈(Tl)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、錫(Sn)、鉛(Pb)、[氫(H)]、銅(Cu)、釙(Po)、汞(Hg)、銀(Ag)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、金(Au)。 簡(jiǎn)要列舉部分與金屬發(fā)生的反應(yīng):
1.大多數(shù)金屬與氧氣(O 2 )等非金屬反應(yīng)。 金屬與氧氣反應(yīng)最為常見(jiàn)的是“生銹”,例如鐵生銹、銅生銹等。
化學(xué)方程式:Fe+O 2 =Fe 2 O 3
不同的金屬同氧氣(O 2 )反應(yīng)的激烈程度存在不同:
①如鈉與氧氣的反應(yīng)
Na+O 2 =Na 2 O(只需與空氣接觸即可發(fā)生)
②如鎂條的燃燒
反應(yīng)現(xiàn)象:鎂條劇烈燃燒,發(fā)出耀眼的強(qiáng)光,產(chǎn)生大量的白煙。
化學(xué)方程式:2Mg+O 2 =2MgO (反應(yīng)條件:點(diǎn)燃)
2.活潑金屬與酸反應(yīng)
在金屬活動(dòng)性順序中,排在(H)前面的金屬能與 稀鹽酸 (或 稀硫酸 )反應(yīng)置換出H 2 ,排在(H)之后的金屬不能。金屬的位置越靠前,其活動(dòng)性越強(qiáng),反應(yīng)越劇烈。 如鎂條與稀鹽酸反應(yīng)
現(xiàn)象:鎂條逐漸溶解,同時(shí)產(chǎn)生無(wú)色氣泡。
離子方程式:Mg+2H =Mg +H 2 ↑
在金屬活動(dòng)性順序中,位于前面的金屬能夠把位于后面的金屬?gòu)乃鼈兊柠}溶液中置換出來(lái) 。
注意:K、Ca、Na金屬活動(dòng)性非常強(qiáng),但不能用它們置換化合物中的金屬,因?yàn)樗鼈儠?huì)先同溶液中的水劇烈反應(yīng)。
現(xiàn)象:鋁絲表面有紅色物質(zhì)生成。
離子方程式:2Al+3Cu =3Cu+2Al
b.銅絲與硝酸銀溶液反應(yīng)。
現(xiàn)象:銅絲表面有銀白色物質(zhì)生成。
離子方程式:Cu+2Ag =Cu +2Ag
4.金屬與水反應(yīng)
排在H前面的金屬,理論上講都可以與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。但是基于活動(dòng)順序,不同金屬與水反應(yīng)的條件不盡相同。鉀,鈣,鈉等在常溫下能與水發(fā)生劇烈反應(yīng);鎂、鋁等能與熱水反應(yīng);鐵等金屬在高溫下能與水蒸氣反應(yīng)。
5.金屬還原性
在金屬活動(dòng)順序表中,一般位置越后的金屬,金屬性越弱,原子的還原性越弱;位置越前的金屬,金屬性越強(qiáng),原子的還原性越強(qiáng)。
焰色反應(yīng) 許多金屬或它們的化合物在燃燒時(shí)火焰呈特殊的顏色,叫做 焰色反應(yīng) 。
屬于物理變化,相應(yīng)金屬不管是離子還是單質(zhì)灼燒時(shí)都會(huì)呈現(xiàn)其對(duì)應(yīng)焰色。
堿金屬元素及鈣、鍶、鋇、銅等少數(shù)金屬能發(fā)生焰色反應(yīng)。
金屬提煉 從含金屬的礦石中提煉金屬一般需要經(jīng)過(guò)三大步驟:①采礦和選礦;②冶煉;③精煉。
選礦就是對(duì)開(kāi)采出來(lái)的礦石進(jìn)行預(yù)處理,把礦石中大量脈石(主要是 石英 、石灰石和長(zhǎng)石等)除去,以提高礦石中有用成分的含量,達(dá)到富集的目的。常用的選礦方法有水選法、磁選法和浮選法等。選礦過(guò)程主要利用礦石中有用成分與脈石在物理性質(zhì)上的差別將它們分開(kāi)。 絕大多數(shù)金屬在自然界中都是以它們的化合物或鹽的形式存在的,由于金屬的化學(xué)活性不同,金屬離子得到電子被還原為金屬原子的能力也不同,因而相應(yīng)的冶煉方法也不同。工業(yè)上提煉金屬常用的方法有:
還原法 這是使用得最為廣泛的一種方法 :常用的還原劑有碳、一氧化碳、氫和活潑金屬。按還原劑不同,又可分為下列幾種情況。
碳還原法 由于碳資源豐富,便宜易得,因而用得十分普遍,如從 錫石 (SnO 2 )或者赤銅石(Cu 2 O)提取錫和銅就是用碳還原法。 化學(xué)方程式:SnO 2 +2C=Sn+2CO↑ Cu 2 O+2C=2 Cu+ CO↑ (反應(yīng)條件:高溫)通常在高爐和電爐中進(jìn)行,所以這種冶煉方法又稱為火法冶金。
氫還原法 由于用碳做還原劑所得到的金屬往往含有碳和金屬碳化物,得不到純金屬。因此若要制取不含碳的金屬,或希望 得到純度較高的金屬,常用氫還原法。一般說(shuō),具有較少生成焓的氧化物,如 氧化銅 、 氧化鐵 、 氧化鈷 、 氧化鎢 等,容易被氫還原成金屬。 化學(xué)方程式:WO 3 +3H 2 =2W+3H 2 O (反應(yīng)條件:高溫)
金屬還原法 一些具有較大生成焓的氧化物,如氧化鋯、氧化鈦等,基本上不能被 氫氣 還原,而只能使用金屬還原法。鋁是最常用的還原劑,此外鈣、鎂也是常用的還原劑。由于鋁的還原能力強(qiáng),價(jià)廉易得,生成 氧化鋁 的反應(yīng)強(qiáng)烈放熱,可節(jié)約能耗。因而常用鋁還原其它金屬氧化物,以制備相應(yīng)的金屬。 化學(xué)方程式:Cr 2 O 3 +2Al=2Cr+Al 2 O 3 (反應(yīng)條件:高溫)但鋁容易與許多金屬生成合金,得到的金屬中常雜有鋁,這是用鋁做還原劑的缺點(diǎn)。用鈣、鎂做還原劑,并不和被還原金屬生成合金,得到的金屬純 度較高。通常用來(lái)制備鈦 、鋯、鉿、釩、鈮、鈾等金屬。
熱分解法 有些金屬可直接通過(guò)熱分解其氧化物、鹵化物(主要是 碘化物 )的方法制得。 化學(xué)方程式:ThI 4 =Th+2I 2 (反應(yīng)條件:加熱)
鈦、鋯、鉿、釩、鉻等金屬,都可以從它們的碘化物分解而得。此法的優(yōu)點(diǎn)在于制得的金屬純度較高。在金屬活動(dòng)序中處于氫后面的金屬,則可通過(guò)熱分解它們的氧化物來(lái)制取。
化學(xué)方程式:2HgO=2Hg+O 2 ↑ (反應(yīng)條件:加熱)
電解法 電解是最強(qiáng)的還原手段,任何 離子化合物 都可以進(jìn)行電解,在陰極上得到還原產(chǎn)品。因而幾乎所有的金屬都可以用電解法來(lái)制備。這種方法得到的產(chǎn)品純度很高,但能耗大,成本高。目前,在工業(yè)上對(duì)鋁和比鋁更活潑的金屬,如鈣、鎂、鈉等,都是用電解法制取得。
金屬用途 金屬在人類生產(chǎn)生活中用途十分廣泛。 例如,純金屬、金屬的合金、金屬間隙化合物或金屬的復(fù)合材料。金屬或金屬材料種類繁多,簡(jiǎn)單介紹一下各類金屬典型用途。
堿金屬和 堿土金屬 (s區(qū)金屬),由于其化學(xué)性質(zhì)較為活潑,是極好的還原劑、脫鹵劑。特別是金屬Na 和金屬M(fèi)g在有機(jī)合成化學(xué)工業(yè)及冶金工業(yè)中有著重要而廣泛的用途。s區(qū)金屬具備良好的導(dǎo)電性,而且有些金屬,如銫,經(jīng)過(guò)照射后會(huì)產(chǎn)生電流,即能產(chǎn)生 光電效應(yīng) 。因而銫、鉀、銣常被用做光電材料,能把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。 s區(qū)金屬及鋁屬于輕金屬,是制造輕質(zhì)合金的重要原料。由于鈹、鎂 、鋁質(zhì)地相對(duì)較硬,且密度較小適于制造輕質(zhì)合金。鎂合金、鋁合金和 鈹合金 密度小而 強(qiáng)度高,是重要的輕型結(jié)構(gòu)材料,廣泛應(yīng)用于宇宙飛船 、航空、汽車、機(jī)械工業(yè)等方面。 堿金屬及p區(qū) 金屬單質(zhì) 大多數(shù)熔點(diǎn)低,是制造低熔合金的重要原料,例如錫、鉛、鉍等 。這類合金用于自動(dòng)滅火設(shè)備,鍋爐安全裝置、信號(hào)儀表等。 元素周期表 中金屬與非金屬交界區(qū)的一些金屬元素,如鎵、銦、鍺等, 是典型的半導(dǎo)體材料,大量用于制造各類半導(dǎo)體器件及電子元件。 銀、銅、金、鋁是所有金屬中導(dǎo)電性較好的。銀和金的化學(xué)穩(wěn)定性高,但價(jià)格貴,通常在要求較高的 場(chǎng)合用做導(dǎo)電元部件,而銅和鋁 (尤其是鋁、質(zhì)輕價(jià)廉)則廣泛用于電器工業(yè),制造各種導(dǎo)線、電纜、電極及導(dǎo)電元部件。
金、銀、銅自古以來(lái)就是制造貨幣的主要材料,直至今天仍是一些國(guó)家造幣合金的成分 。此外制造各種飾物 、器皿以及精 美的工藝品、收藏品也是金和 銀的一個(gè)重要用途。
鐵是所 有金屬中用途最廣、用量 最大的 一 種 金屬,從 遠(yuǎn) 古鐵 器時(shí) 代起,鐵就是制造生產(chǎn) 工具、生活用 具和武器的基本材料 。今天,鐵仍是各種不同性能 的鋼材的基本成分。
鐵、鈷、鎳有順磁性,它們是許多磁性材料的主要成分。永磁材料是 一 類重要的電子材 料,用它制成 的元器件,無(wú)需再加能量就可提供恒定的磁場(chǎng)。永磁材料在各種電子電工儀表、記錄儀、通風(fēng)設(shè)備、 發(fā)電機(jī) 、電動(dòng)機(jī)、電聲、電視器件中都起著重要的作用。 鉑系金屬有很高的化學(xué)穩(wěn)定性,且耐高溫 。在化學(xué)工業(yè)中利用它們的穩(wěn)定性質(zhì)可制造特殊用途的反應(yīng)器皿、 蒸發(fā)皿 、 坩堝 。鉑、釕、銠 、鈀也是制造耐腐蝕電極及熱電偶的重要材料。 鉑銥合金 用于制造標(biāo)準(zhǔn)度量衡的校準(zhǔn)器,鋨銥合金還用于制造指南針 的主要零件及自來(lái)水筆尖等。 大多數(shù)鉑系金屬能吸收氣體,尤其是H 2 ,其中鈀吸收H 2 的功能特別強(qiáng)。因 此可 用鉑 和 鈀作為貯氫材料。在電子工業(yè)中,用 鈀管 做成H 2 過(guò)濾器,以制備高純H 2 。此外,鉑系金屬特別是釕、銠 、鉑、鈀(及其化合物)常用做化學(xué)工業(yè)的催化劑。 部分金屬由于其熔點(diǎn) 、沸點(diǎn)較高且硬度較大的特點(diǎn),用做金屬陶瓷的重要原料,例如高熔點(diǎn)金屬鎢和鉻。此外,鎢、鉬等高熔點(diǎn)金屬還常被用做電子儀器中的熱電子發(fā)射材料,鎢更被大量用來(lái)制造各類燈泡 中的燈絲和 硬質(zhì)合金。 稀土金屬 化學(xué)性質(zhì)活潑,有相當(dāng)強(qiáng)的還原能力,對(duì)鋼液有脫氧 、脫硫及清除有害雜質(zhì)的作用,在冶金 工業(yè)中有重要的用途。微量稀土金屬可大大改善甚至根本改變合金的性質(zhì),被稱為冶金工業(yè)的維生 素,是重 要的合金成分。 在玻璃、陶瓷工業(yè)中,稀土元素常作為添加劑。玻璃中引入稀土元素后可改善其性能 ,制成 多種 新型 玻璃(彩色 玻璃、光學(xué)玻璃、吸光玻璃及激光玻璃等),廣 泛應(yīng)用于光學(xué)儀器、電子工業(yè)、電機(jī)以及原子能工業(yè),在陶瓷中添加稀土氧化物可改進(jìn)陶瓷的燒結(jié)性、致密度、顯微結(jié)構(gòu)和相組成,以滿足在不同場(chǎng)合下使用的陶瓷材料的質(zhì)量要求和性能 要求。 金屬元素是人類必需元素。微量元素在體內(nèi)含量很少,但它們?cè)谏^(guò)程中的作用不可低估。缺少必需的微量元素,酶的活性就會(huì)降低或完全喪失,激素、蛋白質(zhì)、維生素的合成和代謝也就會(huì)發(fā)生障礙,人類生命過(guò)程就難以繼續(xù)進(jìn)行。比如鐵是血液中交換和輸送氧所必需的一種元素;鋅是一種與生命攸關(guān)的元素,被譽(yù)為“生命之花”,它是構(gòu)成多種蛋白質(zhì)所必需的。
金屬之最 地殼中含量最高的金屬元素:鋁
地殼中含量最少的金屬:釙
人體中含量最高的金屬元素:鈣
年產(chǎn)量最高的金屬:鐵
硬度最大的金屬:鉻
熔點(diǎn)最高的金屬:鎢
熔點(diǎn)最低的金屬:汞
密度最小的金屬:鋰
導(dǎo)電性最好金屬:銀
最早發(fā)現(xiàn)的貴金屬:金
最純的金屬:鍺
最昂貴的金屬:锎
最穩(wěn)定的金屬:金
航空航天最重要的金屬:鈦
最早使用的金屬:銅
比熱容最大的金屬:鋰
最怕冷的金屬:錫
最耐腐蝕的金屬:銥
最能吸收氣體的金屬元素:鈀