МЕТАЛЛЫ. Что такое металлы

МЕТАЛЛЫ. Что такое металлы

В периодической системе металлы преоб­ладают (рис. 1). По многим свойствам металлы очень отличаются друг от друга: литий вдвое легче воды, а осмий тяжелее ее в 22,5 раза (рис. 2). Цезий или галлий можно расплавить в ладони, а вольфраму для плавления нужна тем­пература лишь вдвое меньше, чем температура поверхности Солнца; литий, натрий или калий можно резать ножом, а чистый хром не всякий резец возьмет... Различна и химическая актив­ность металлов — от почти полной химической инертности золота или платины до неукроти­мой реакционной способности калия или натрия.

Но, несмотря на все свое разнообразие, эти элементы образуют единую семью, потому что все они относительно легко расстаются со свои­ми наружными электронами и превращаются в положительно заряженные ионы.

Элемент легко отдает электроны, если их в наружном слое мало (поэтому элементы пер­вых трех групп, не считая бора,— металлы) ила если радиус атома так велик, что ядро не в со­стоянии прочно удерживать наружные электро­ны (поэтому висмут, атом которого имеет в наружном слое пять электронов, все-таки от­носят к металлам).

Проследив, как изменяются свойства у эле­ментов III периода, мы увидим, что с увеличе­нием числа электронов в наружном слое ато­мов элементы постепенно переходят от активно­го металла натрия к активному неметаллу хлору. IV период тоже начинается активным металлом калием. В конце этого периода перед инертным газом криптоном также стоит ак­тивный неметалл бром. Следовательно, и в этом периоде должен происходить такой же переход.

Почему же этот переход такой медленный? Дело в том, что у элементов IV периода от скандия до цинка «достраивается» не наружный электронный слой, а предыдущий (рис. 3). И лишь после цинка (начиная с галлия) число электронов в наружном слое увеличивается, так что у германия здесь четыре электрона. Он — «пограничный» элемент, за которым сле­дуют неметаллы.

Поскольку у элементов от скандия до нике­ля в наружном слое не больше двух электро­нов, то они — металлы. Каждый большой период включает в себя подобный ряд, состоящий только из металлов. У этих рядов четные номера (4, 6, 8,10), а из большинства расположенных в них металлов состоят побочные подгруппы перио­дической системы. Металлы, стоящие в середи­не больших периодов и последовательно «до­страивающие» не наружный, а более глубоко лежащие электронные слои, называют пере­ходными металлами.

Переходные металлы, как правило, про­являют переменную валентность, и потому их соединения гораздо многочисленнее и разнооб­разнее, чем соединения металлов главных под­групп периодической системы.

Так, ванадий способен, вступая в химиче­ские реакции, отдавать один за другим все пять своих валентных электронов, изменяя свою валентность от +2 до +5. Интересно, что при этом получаются соединения красивой окраски, характерной для каждой из этих валентностей.

Максимальная валентность переходных ме­таллов равна номеру группы. Правда, у боль­шинства элементов VIII группы валентность ниже максимальной (см. ст. «Великий закон»). Проявляя максимальную валентность, метал­лы побочных подгрупп в своих соединениях становятся похожими на соседей из главных подгрупп. Так, семивалентный марганец вхо­дит в состав марганцевой кислоты НМnO₄, похожей по строению молекулы на хлорную кислоту НСlO₄.

Если металл проявляет переменную валент­ность, то окислам высшей валентности отве­чают кислоты, низшей — основания. Окислы, в которых валентность металла промежуточна, амфотерны, т. е. способны в зависимости от условий проявлять как кислот­ные, так и основные свойства.