Metaller och nonmetals: Fysiska egenskaper, kemiskt beteende och användningsområden (med diagram)

På grundval av deras allmänna egenskaper delas elementen ofta in i två klasser-metaller och nonmetaller. Mer än 110 element är kända idag. Av dessa är 24 icke-metalliska och resten är metaller.

Fysikaliska egenskaper:

Vi söker i allmänhet efter en metall när vi behöver ett starkt material. Detta beror på att metaller i allmänhet är hårda och starka. Några exempel på metaller är kalium (K), kalcium (Ca), natrium (Na), magnesium (Mg), aluminium (Al), järn (Fe), zink (Zn), tenn (Sn), koppar (Cu) kvicksilver (Hg), silver (Ag), guld (Au) och platina (Pt).

metaller:

Metaller har följande allmänna egenskaper:

1. De är i allmänhet hårda, starka fasta ämnen, till exempel aluminium, järn, zink, tenn och koppar. De är starka nog att bära tunga belastningar, dvs de har en hög draghållfasthet.

undantag:

Natrium och kalium är mjuka fasta ämnen som kan klippas med en kniv och kvicksilver är en vätska under vanliga förhållanden.

2. De har en glans, kallad metallisk glans. Till exempel, aluminium, järn, zink, koppar, silver och guld är alla glänsande. Sådana metaller kan också poleras.

3. Metaller är sonorösa. När de slås producerar de ett ljud som kallas metalliskt ljud eller metallisk klink. Minns ringningen av en klocka eller myntklinken.

4. Metaller är formbar. Med andra ord kan de slås eller rullas i ark. Aluminium, järn, koppar eller silver kan slås eller rullas i tunna ark. Vanliga exempel är silverfolien som används för att dekorera godis och aluminiumfolie som används för att förpacka livsmedel.

5. Metallerna är duktila, dvs de är flexibla och kan dras in i ledningar. Till exempel kan järn, aluminium, koppar, silver och guld lätt dragas in i ledningar.

Kan du dra en tråd från en bit av trä eller kol? Nej, för att trä och kol är sköra, inte flexibla.

6. Metaller är bra ledare av värme, dvs de tillåter värme att passera lätt genom dem. På grund av den här egenskapen använder vi metallredskap i kök. Värme som levereras på en plats av redskapet genomförs överallt.

Du kan inte använda en stekpanna gjord av, säger kartong, eftersom det är en dålig ledare av värme. När den placeras över eld fördelar kartong inte värmen över panelen. I stället börjar det brinna på grund av den lokala värmen.

7. Metaller är bra ledare av el, det vill säga att de tillåter en elektrisk ström att passera genom dem enkelt. Därför överförs elektricitet från en punkt till en annan genom metalltrådar, som koppar eller aluminium.

Silver är den bästa ledaren av el; Nästa bästa är koppar och sedan aluminium. Du kan inte använda nylon eller jutertåg för elektrisk överföring, eftersom nylon och jute är dåliga ledare av el.

icke-metaller:

I motsats till metaller är icke-metaller inte kända för styrka. Dom är

jag. Vanligtvis lustreless (matt), förutom grafit och jod,

ii. Skört (om fast)

III. Dåliga ledare av värme,

iv. Dåliga ledare av el (utom grafit), och

v. Non-sonorous (dvs. de producerar inte en metallisk klink).

Av de 24 nonmetals som är kända idag,

vi. 12 är fasta ämnen (t.ex. kol, kisel, fosfor, svavel, jod),

vii. 1 är en vätska (brom) och

viii. 11 är gaser (t.ex. väte, kväve, syre, fluor, klor, helium, neon, argon) under vanliga förhållanden.

Aktivitet:

Med en elektrisk krets av den typ som visas i Figur 6.4 kan du enkelt testa om det är något som leder el. Lampan lyser när testmaterialet är metalliskt, som en nyckel, men inte när den är metallfri, som ett träblock.

Skär en liten penna i båda ändar, och anslut de två nakna ändarna av "ledningen" till kretsen. Lampan lyser och visar att blyens ledning leder elektricitet. "Bly" av en penna är gjord av en blandning av lera och grafit, och grafit (en form av kol) är en bra ledare av el.

Kemisk beteende av metaller:

Även om de flesta metaller genomgår liknande slags reaktioner, är "kraften" som de reagerar inte densamma. Vissa är mer aktiva än andra. Metaller tillsammans med väte (en icke-metall) är anordnade i sin verksamhet i en serie, som kallas aktivitetsserien, som visas i figur 6.5. Denna serie hjälper oss att förstå reaktionerna i metaller.

Åtgärder av luft på metaller:

Syre i luften verkar på metaller för att bilda sina oxider. Metaller som kalium (K) och natrium (Na), placerade högt upp i serien är så aktiva att de reagerar mycket snabbt med luft och bildar deras oxider. Så, kalium och natrium lagras under fotogen.

Magnesium, aluminium och järn reagerar långsammare med luft. När de lämnas utsatta, blir de plågade (förlora sin glans) eftersom en tunn film av oxid bildar sig över ytan. Vid uppvärmning i luft (eller syre) reagerar dessa metaller snabbare. Exempelvis bränns en bit magnesium när den antänds i luft med ett bländande vitt ljus. När magnesium brinner i en öppen gasburk deponeras vita fasta partiklar av MgO på burkens innervägg.

Som du vet, rostar järnet långsamt i fuktig luft. Rost är en hydratiserad oxid av järn Fe ₂ 0 ₃ xH ₂ 0 (antalet H2O-molekyler varierar).

Metaller längre ner i serien behåller sin glans under längre tid eftersom de inte reagerar med luft så lätt. När starkt uppvärmd i luft bildar koppar en svart oxid (CuO), men silver (Ag) och guld (Au) gör det inte.

När den kemiska verkan av luften förlängs bortom tarnering, äter de bildade föreningarna långsamt av metallen. Detta kallas korrosion. Rostning (av järn) är ett vanligt exempel på korrosion. Andra metaller, som magnesium, aluminium, zink och koppar, får också korroderas av luftens långvariga verkan. Koppar bildar en grön fast substans på dess yta, medan de andra (utom järn) bildar gråvita fastämnen.

Förskjutning av en metall av en annan:

En mer aktiv metall förskjuter en mindre aktiv metall från föreningar av den senare i lösning. Till exempel förskjuter aluminium och järn koppar från en lösning av kopparsulfat.

Aktivitet:

Lös några kristaller av koppar (II) sulfat (CuSO ₄ 5H ₂ O, som också kallas blå vitriol) i vatten. Placera en järnspik i lösningen. På ett tag blir den del av nageln som är inne i lösningen röd. Detta beror på att ett lager av koppar deponeras över spikens yta. Färgen på lösningen förändras långsamt från blått till grönt på grund av bildandet av järn (II) sulfat.

Du kan upprepa denna aktivitet med hjälp av en bit magnesium eller aluminium istället för spiken. Koppar kommer att deponeras, men den resulterande lösningen kommer att vara färglös eftersom magnesiumsulfat och aluminiumsulfat är färglösa.

Förskjutning av väte från vatten:

Metaller högre än väte i aktivitetsserien förskjuter väte från vatten. De under väte gör det inte. Ju mer aktiva metallen desto mer reagerar den med vatten. Således reagerar kalium och natrium kraftigt även med kallt vatten, medan magnesium reagerar endast med ånga. En brinnande bit magnesium fortsätter att brinna kraftigt, när den kommer i kontakt med ånga.

Aktivitet:

Du kan utföra följande aktivitet med hjälp av din lärare. Skär ett litet stycke natrium och ta bort petroleum genom att trycka på stycket mellan vikarna på ett filterpapper. Släpp metallstycket i ett vattenkropp.

Det smälter för att bilda en silvervit vit kula som dartar runt vattennets yta, med ett ljudande ljud. Du kommer också att observera en gul flamma över kula och höra intermittenta "pops". Detta beror på att värmen som utvecklas i reaktionen smälter metallen och den producerade vätgasen hamnar i brand.

Efter reaktionen blir "vattnet" av tråget ett rött litmuspapper blått på grund av den bildade natriumhydroxiden (en alkali).

Förskjutning av väte från syror:

Metaller över väte i aktivitetsserien förskjuter väte från utspädda saltsyra och svavelsyror, men de som ligger under väte gör det inte. Även metallens reaktivitet minskar serien.

Kommer koppar eller silver att frigöra väte från utspädda syror? Nej, för att de är mindre aktiva än väte.

Reaktioner med baser:

Endast vissa metaller (t.ex. aluminium och zink) löses upp i alkalier som natriumhydroxid och kaliumhydroxid, bildande salter och frigörande väte. Kom ihåg att dessa reaktioner inte uppträder med ammoniumhydroxid, vilket också är en alkali.

Aluminium + kaliumhydroxid → kaliumaluminat + väte

Zink + natriumhydroxid → natriumzinkat + väte

Kemisk beteende av nonmetals:

Nonmetals är mer reaktiva med metaller än med andra nonmetals. Klor verkar exempelvis på natriumbildande natriumklorid och syrgas verkar på natriumbildande natriumoxid, men klor reagerar inte med syre. I allmänhet reagerar nonmetals endast med varandra vid höga temperaturer.

Åtgärd av luft:

Med undantag för vit fosfor (fosfor har många sorter-vit, röd, svart), reagerar icke-metaller med luft vid rumstemperatur. Vit fosfor brinner i luft (eller syre) vid vanliga temperaturer för att bilda dess oxider. Därför lagras det under vatten.

Väte, när det tänds i luften (eller syre), brinner med en "pop" för att bilda vatten.

Vid antändning i luft (eller syre) brinner kol och svavel för att bilda koldioxid (CO ₂ ) respektive svaveldioxid (SO ₂ ). Vid otillräckligt tillförsel av luft bildar kol också kolmonoxid (CO).

Vattenåtgärder:

I allmänhet reagerar nonmetaller inte med vatten. Klor löses emellertid i vatten för att bilda en sur lösning. När lösningen placeras i solljus eller uppvärms frigörs syre och saltsyra lämnas kvar.

När ånga passerar över röd-varm koks (kol) bildas en gasformig blandning av kolmonoxid och väte. Denna blandning, kallad vattengas, har många industriella användningsområden.

Förskjutning av en nonmetal av en annan från en saltlösning:

Liksom metaller skiljer sig även nonmetaller i deras återaktiviteter. Detta observeras bättre bland element med liknande egenskaper som sägs bilda en familj. Till exempel utgör fluor (F), klor (Cl), brom (Br) och jod (I) halogenfamiljen.

Bland de vanliga halogenerna (CI, Br och I) är klor det mest aktiva, brom mindre än klor och minst jod. Så klorförskjuter brom och jod från lösningarna av natriumbromid och natriumjodid.

I allmänhet fungerar syror och baser inte på metaller under vanliga förhållanden.

Användningar av metaller:

Från säkerhetsnålar till broar används metaller för att göra en mängd saker som är en integrerad del av våra liv.

1. Koppartrådar används i allmänhet för kabeldragning och aluminiumkablar för långväga elektriska överföringar. Aluminium är lättare och billigare än koppar.

2. Järn är en mycket användbar metall eftersom det är tufft, starkt och billigt. Den används för att göra verktyg, maskiner och jordbruksutrustning, och även inom husbyggnad.

För att förhindra rostning, är järn ofta galvaniserad. I denna process nedsänks en järnartikel i smält zink och får därefter svalna. Zink bildar en fast beläggning över järn och förhindrar rostning. Galvaniserat järn används för att tillverka stammar, vattenrör, taggtråd och trådnät. Järn belagd med tenn används för att göra burkar.

3. Järn, aluminium och koppar används för att göra redskap.

4. Som ni vet bränner magnesium i luft med ett bländande vitt ljus när det antänds. Därför används den i fyrverkerier.

5. Kvicksilver håller inte fast vid glas. Samtidigt är det en bra ledare av värme. Så det används för att göra termometrar.

6. Silver, guld och platina kallas ädelmetaller eftersom de inte lätt reagerar med andra ämnen. En gång polerad håller de sin glans under lång tid. De används därför för att göra smycken. Guld blandas med små mängder silver och koppar för att göra det tufft.

7. Legeringar är homogena fasta blandningar av metaller, eller av metaller och nonmetaller. Alloying är gjort för att göra föräldermetallen starkare. Några vanliga exempel på legeringar är stål (en blandning av järn, mycket små mängder kol och mangan), mässing (en blandning av koppar och zink) och brons (en blandning av koppar och tenn).

8. Aluminiumfolie, som är mycket lätt, används för att förpacka mat, läkemedel etc. Aluminium används också för att göra elektriska ledningar och redskap.

9. Konstgjorda tänder var vanligtvis gjorda av silver eller guld. Tandkaviteter är fyllda med vad som är känt som dentalamalgamer-legeringar av silver eller bild 6.12 Användning av aluminiumtenn med kvicksilver.

Användningar av nonmetals:

Låt oss studera användningen av vissa vanliga nonmetals.

Syre:

Syre är kanske den viktigaste icke-metall i våra liv. Vi och de flesta andra levande varelser behöver det för andning.

Några av dess andra användningsområden är följande:

jag. Alla förbränningsprocesser behöver syre.

ii. Med acetylen används syre i oxiacetylenfacklor för att skära och svetsa metaller.

III. Det krävs för utvinning av metaller från sina malmer och för framställning av stål från järn.

iv. Det används vid tillverkning av svavelsyra och salpetersyra.

v. Flytande syre används för att bränna raketbränsle.

Kväve:

jag. Växter använder kväve för att tillverka proteiner.

ii. Flytande kväve används för att bevara blod, hornhinnor eller andra donerade organ.

III. På grund av sin inerthet (icke-reaktivitet) används den för fyllning av matpaket. (Mat går inte dåligt i ett inert medium.)

iv. Det används vid tillverkning av ammoniak och urea.

Kol:

Träkol och lamplack är icke-kristallina former av kol. Kol finns i två kristallina former-diamant och grafit, som har följande användningsområden.

jag. Diamant används som en pärla som också för klippning av stenar eller glas.

ii. Grafit är en bra ledare av elektricitet och används därför som en elektrod.

III. Grafit är ett bra smörjmedel. Eftersom smältpunkten är hög kan den användas som ett smörjmedel i maskiner som förvärvar höga temperaturer under drift.

iv. Grafit används också vid framställning av pennor.

Svavel:

Detta gula fasta ämne har flera användningsområden.

jag. Det används vid tillverkning av färgämnen, tändstickor, fyrverkerier och krut.

ii. Det används i många läkemedel och som fungicid för att döda skadliga svampar.

III. Det används också för att behandla gummi och tillverka svavelsyra.

Klor:

Denna gröngula gas har följande användningsområden.

jag. Det används vid tillverkning av användbar plast, polyvinylklorid (PVC).

ii. Det används för att desinficera vatten, eftersom det dödar bakterier. Detta görs antingen genom att passera klorgas genom vatten eller genom att behandla vatten med blekpulver.

III. Det används som blekmedel i pappers- och textilindustrin. Hushållsblekmedel innehåller också klorföreningar.

iv. Klor används vid tillverkning av saltsyra.

v. Det används också vid tillverkning av bekämpningsmedel, som Gammexane.

Jod:

Även om en nonmetal, jod är ett lustrous svart fastämne. Den sublimerar långsamt för att bilda en violett ånga över det fasta i en stoppflaska.

jag. Jod är ett antiseptiskt medel. En lösning av jod i alkohol (med viss kaliumjodid) kallas tinktur av jod. Tinktur av jod är rödbrun och appliceras på skär. En pasta av jod i petroleumjelly ger lindring från smärta.

ii. I formen av en förening används den i jodiserat salt för att förhindra sjukdomar som goitre.