Metalle und Nichtmetalle: Physikalische Eigenschaften, chemisches Verhalten und Verwendungen (mit Diagramm)

Aufgrund ihrer allgemeinen Eigenschaften werden Elemente häufig in zwei Klassen unterteilt - Metalle und Nichtmetalle. Heute sind mehr als 110 Elemente bekannt. Davon sind 24 Nichtmetalle und der Rest Metalle.

Physikalische Eigenschaften:

Im Allgemeinen suchen wir nach einem Metall, wenn wir ein starkes Material benötigen. Dies liegt daran, dass Metalle im Allgemeinen hart und stark sind. Einige Beispiele für Metalle sind Kalium (K), Calcium (Ca), Natrium (Na), Magnesium (Mg), Aluminium (Al), Eisen (Fe), Zink (Zn), Zinn (Sn), Kupfer (Cu). Quecksilber (Hg), Silber (Ag), Gold (Au) und Platin (Pt).

Metalle:

Metalle haben die folgenden allgemeinen Eigenschaften:

1. Sie sind im Allgemeinen harte, feste Feststoffe, beispielsweise Aluminium, Eisen, Zink, Zinn und Kupfer. Sie sind stark genug, um schwere Lasten zu tragen, dh sie haben eine hohe Zugfestigkeit.

Ausnahmen:

Natrium und Kalium sind weiche Feststoffe, die mit einem Messer geschnitten werden können, und Quecksilber ist unter normalen Bedingungen eine Flüssigkeit.

2. Sie haben einen Glanz, der als metallischer Glanz bekannt ist. Zum Beispiel sind Aluminium, Eisen, Zink, Kupfer, Silber und Gold glänzend. Solche Metalle können auch poliert werden.

3. Metalle sind sonoren. Wenn sie getroffen werden, erzeugen sie ein Geräusch, das als metallisches Geräusch oder metallisches Klirren bezeichnet wird. Erinnern Sie sich an das Klingeln einer Glocke oder das Klirren von Münzen.

4. Metalle sind formbar. Mit anderen Worten, sie können geschlagen oder zu Platten gerollt werden. Aluminium, Eisen, Kupfer oder Silber können zu dünnen Blechen geschlagen oder gewalzt werden. Übliche Beispiele sind die Silberfolie zum Dekorieren von Süßigkeiten und Aluminiumfolie zum Verpacken von Lebensmitteln.

5. Metalle sind duktil, dh sie sind flexibel und können zu Drähten gezogen werden. Zum Beispiel können Eisen, Aluminium, Kupfer, Silber und Gold leicht zu Drähten gezogen werden.

Können Sie einen Draht aus einem Stück Holz oder Kohle ziehen? Nein, weil Holz und Kohle spröde und nicht flexibel sind.

6. Metalle sind gute Wärmeleiter, dh sie lassen Wärme leicht durch. Aufgrund dieser Eigenschaft verwenden wir in Küchen Küchenutensilien aus Metall. Wärme, die an einer Stelle des Geschirrs zugeführt wird, wird überall hin geleitet.

Sie können keine Bratpfanne verwenden, die beispielsweise aus Pappe besteht, da diese einen schlechten Wärmeleiter darstellt. Wenn der Karton über Feuer gelegt wird, verteilt er die Hitze nicht über die gesamte Pfanne. Stattdessen beginnt es aufgrund der lokalisierten Hitze zu brennen.

7. Metalle sind gute Stromleiter, dh sie lassen einen elektrischen Strom leicht passieren. Aus diesem Grund wird Elektrizität von Metall zu Metall übertragen, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium.

Silber ist der beste Stromleiter. Das nächstbeste ist Kupfer und dann Aluminium. Sie können keine Nylon- oder Jute-Seile für die elektrische Übertragung verwenden, da Nylon und Jute schlechte Stromleiter sind.

Nichtmetalle:

Im Gegensatz zu Metallen sind Nichtmetalle nicht für ihre Festigkeit bekannt. Sie sind

ich. In der Regel ohne Schatten (stumpf), außer Graphit und Jod,

ii. Spröde (wenn fest),

iii. Schlechte Wärmeleiter,

iv. Schlechte elektrische Leiter (außer Graphit) und

v. Nicht sonoren (dh sie erzeugen keinen metallischen Klirren).

Von den 24 heute bekannten Nichtmetallen

vi. 12 sind Feststoffe (z. B. Kohlenstoff, Silizium, Phosphor, Schwefel, Jod),

vii. 1 ist eine Flüssigkeit (Brom) und

viii. 11 sind Gase (z. B. Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Chlor, Helium, Neon, Argon) unter normalen Bedingungen.

Aktivität:

Mit einem Stromkreis des in Abbildung 6.4 gezeigten Typs können Sie leicht testen, ob etwas Strom leitet oder nicht. Die Birne leuchtet, wenn das Testmaterial wie ein Schlüssel metallisch ist, aber nicht, wenn es nicht metallisch ist, wie ein Holzblock.

Schärfen Sie einen kleinen Stift an beiden Enden und verbinden Sie die beiden offenen Enden der Leitung mit der Schaltung. Die Glühbirne leuchtet und zeigt damit an, dass die "Mine" des Stiftes Strom leitet. Die "Mine" eines Bleistifts besteht aus einer Mischung aus Ton und Graphit, und Graphit (eine Form von Kohlenstoff) ist ein guter Stromleiter.

Chemisches Verhalten von Metallen:

Obwohl die meisten Metalle ähnliche Reaktionen durchlaufen, ist die "Kraft", mit der sie reagieren, nicht gleich. Einige sind aktiver als andere. Metalle werden zusammen mit Wasserstoff (einem Nichtmetall) in der Reihenfolge ihrer Aktivität in einer Reihe angeordnet, die als Aktivitätsreihe bezeichnet wird (siehe Abbildung 6.5). Diese Serie hilft uns, die Reaktionen von Metallen zu verstehen.

Luftwirkung auf Metalle:

Der in der Luft vorhandene Sauerstoff wirkt auf Metalle und bildet deren Oxide. Metalle wie Kalium (K) und Natrium (Na), die oben in der Serie platziert wurden, sind so aktiv, dass sie sehr schnell mit Luft reagieren und ihre Oxide bilden. So werden Kalium und Natrium unter Kerosin gelagert.

Magnesium, Aluminium und Eisen reagieren langsamer mit Luft. Wenn sie freigelegt werden, verlieren sie ihren Glanz, da sich auf ihrer Oberfläche ein dünner Oxidfilm bildet. Beim Erhitzen in Luft (oder Sauerstoff) reagieren diese Metalle schneller. Zum Beispiel verbrennt ein Stück Magnesium, wenn es gezündet wird, in der Luft mit einem blendend weißen Licht. Wenn Magnesium in einem offenen Gasbehälter verbrannt wird, werden weiße feste MgO-Teilchen an der Innenwand des Gefäßes abgelagert.

Wie Sie wissen, rostet Eisen langsam in feuchter Luft. Rost ist ein hydriertes Oxid von Eisen Fe 2 0 3 x H 2 0 (die Anzahl der H 2 O-Moleküle variiert).

Metalle weiter unten in der Serie behalten ihren Glanz länger, weil sie nicht so leicht mit Luft reagieren. Bei starker Erwärmung in Luft bildet Kupfer ein schwarzes Oxid (CuO), Silber (Ag) und Gold (Au) dagegen nicht.

Wenn die chemische Wirkung der Luft über das Anlaufen hinaus verlängert wird, fressen die gebildeten Verbindungen das Metall langsam ab. Dies nennt man Korrosion. Rost (von Eisen) ist ein übliches Beispiel für Korrosion. Andere Metalle, wie Magnesium, Aluminium, Zink und Kupfer, korrodieren ebenfalls durch die längere Einwirkung von Luft. Kupfer bildet auf seiner Oberfläche einen grünen Körper, während die anderen (außer Eisen) grauweiße Körper bilden.

Verdrängung eines Metalls durch ein anderes:

Ein aktiveres Metall verdrängt ein weniger aktives Metall aus Verbindungen des letzteren in Lösung. Zum Beispiel verdrängen Aluminium und Eisen Kupfer aus einer Lösung von Kupfersulfat.

Aktivität:

Lösen Sie einige Kristalle von Kupfer (II) -sulfat (CuSO 4 5H 2 O, auch blaues Vitriol genannt) in Wasser. Legen Sie einen Eisennagel in die Lösung. Nach einiger Zeit wird der Teil des Nagels, der sich in der Lösung befindet, rot. Dies liegt daran, dass sich eine Kupferschicht auf der Nageloberfläche ablagert. Die Farbe der Lösung ändert sich langsam von blau nach grün aufgrund der Bildung von Eisen (II) -sulfat.

Sie können diese Übung mit einem Stück Magnesium oder Aluminium anstelle des Nagels wiederholen. Kupfer wird abgeschieden, aber die resultierende Lösung ist farblos, da Magnesiumsulfat und Aluminiumsulfat farblos sind.

Verdrängung von Wasserstoff aus Wasser:

Metalle, die in der Aktivitätsreihe höher als Wasserstoff sind, verdrängen Wasserstoff aus Wasser. Die unter Wasserstoff nicht. Je aktiver das Metall ist, desto heftiger reagiert es mit Wasser. So reagieren Kalium und Natrium auch mit kaltem Wasser heftig, während Magnesium nur mit Dampf reagiert. Ein brennendes Stück Magnesium brennt weiter stark, wenn es mit Dampf in Kontakt gebracht wird.

Aktivität:

Sie können die folgende Aktivität mit Hilfe Ihres Lehrers durchführen. Schneiden Sie ein kleines Stück Natrium aus und entfernen Sie das Kerosin, indem Sie das Stück zwischen die Falten eines Filterpapiers drücken. Lassen Sie das Metallstück in einen Wassertrog fallen.

Es schmilzt zu einem silbrig weißen Kügelchen, der mit einem zischenden Geräusch über die Wasseroberfläche schießt. Sie werden auch eine gelbe Flamme über der Kugel sehen und intermittierende "Knalle" hören. Dies liegt daran, dass die in der Reaktion entwickelte Wärme das Metall schmilzt und der erzeugte Wasserstoff Feuer fängt.

Nach der Reaktion färbt sich das "Wasser" des Trogs aufgrund des gebildeten Natriumhydroxids (eines Alkalis) rot.

Verdrängung von Wasserstoff aus Säuren:

Metalle oberhalb von Wasserstoff in der Aktivitätsreihe verdrängen Wasserstoff aus verdünnter Salzsäure und Schwefelsäure, diejenigen unter Wasserstoff dagegen nicht. Auch nimmt die Reaktivität des Metalls ab.

Wird Kupfer oder Silber Wasserstoff aus verdünnten Säuren freisetzen? Nein, weil sie weniger aktiv sind als Wasserstoff.

Reaktionen mit Basen:

Nur einige Metalle (z. B. Aluminium und Zink) lösen sich in Alkalien wie Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid, bilden Salze und setzen Wasserstoff frei. Denken Sie daran, dass diese Reaktionen nicht mit Ammoniumhydroxid auftreten, das auch ein Alkali ist.

Aluminium + Kaliumhydroxid → Kaliumaluminat + Wasserstoff

Zink + Natriumhydroxid → Natriumzinkat + Wasserstoff

Chemisches Verhalten von Nichtmetallen:

Nichtmetalle reagieren mit Metallen reaktiver als mit anderen Nichtmetallen. Beispielsweise wirkt Chlor auf Natrium unter Bildung von Natriumchlorid und Sauerstoff auf Natrium unter Bildung von Natriumoxid, Chlor reagiert jedoch nicht mit Sauerstoff. Im Allgemeinen reagieren Nichtmetalle nur bei hohen Temperaturen miteinander.

Wirkung der Luft:

Mit Ausnahme von weißem Phosphor (Phosphor hat viele Varianten - Weiß, Rot, Schwarz) - reagieren Nichtmetalle bei Raumtemperatur nicht mit Luft. Weißer Phosphor verbrennt bei normalen Temperaturen in Luft (oder Sauerstoff), um seine Oxide zu bilden. Daher wird es unter Wasser gelagert.

Wasserstoff brennt beim Anzünden in Luft (oder Sauerstoff) mit einem "Pop" zu Wasser.

Bei der Zündung in Luft (oder Sauerstoff) verbrennen Kohlenstoff und Schwefel zu Kohlendioxid (CO 2 ) bzw. Schwefeldioxid (SO 2 ). Bei ungenügender Luftzufuhr bildet Kohlenstoff auch Kohlenmonoxid (CO).

Wirkung von Wasser:

Im Allgemeinen reagieren Nichtmetalle nicht mit Wasser. Chlor löst sich jedoch in Wasser und bildet eine saure Lösung. Wenn die Lösung in Sonnenlicht gebracht oder erhitzt wird, wird Sauerstoff freigesetzt und Salzsäure zurückgelassen.

Wenn Dampf über glühenden Koks (Kohlenstoff) geleitet wird, bildet sich ein gasförmiges Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Dieses Gemisch, das als Wassergas bezeichnet wird, wird in der Industrie vielfältig eingesetzt.

Verdrängung eines Nichtmetalls durch ein anderes aus einer Salzlösung:

Wie Metalle unterscheiden sich auch Nichtmetalle in ihren Reaktivitäten. Dies ist besser bei Elementen mit ähnlichen Eigenschaften zu beobachten, von denen gesagt wird, dass sie eine Familie bilden. Zum Beispiel bilden Fluor (F), Chlor (CI), Brom (Br) und Jod (I) die Halogenfamilie.

Unter den üblichen Halogenen (CI, Br und I) ist Chlor am aktivsten, Brom weniger als Chlor und Jod am wenigsten. So verdrängt Chlor Brom und Jod aus den Lösungen von Natriumbromid und Natriumjodid.

Im Allgemeinen wirken Säuren und Basen unter normalen Bedingungen nicht auf Nichtmetalle.

Verwendung von Metallen:

Von Sicherheitsnadeln bis zu Brücken wird aus Metallen eine Vielzahl von Dingen hergestellt, die ein wesentlicher Bestandteil unseres Lebens sind.

1. Kupferdrähte werden im Allgemeinen für die Hausverdrahtung und Aluminiumdrähte für die elektrische Fernübertragung verwendet. Aluminium ist leichter und billiger als Kupfer.

2. Eisen ist ein sehr nützliches Metall, da es hart, stark und billig ist. Es wird für die Herstellung von Werkzeugen, Maschinen und landwirtschaftlichen Geräten sowie im Hausbau verwendet.

Um Rostbildung zu vermeiden, wird Eisen häufig verzinkt. Bei diesem Verfahren wird ein Eisengegenstand in geschmolzenes Zink getaucht und dann abkühlen gelassen. Zink bildet einen festen Überzug auf Eisen und verhindert Rostbildung. Aus verzinktem Eisen werden Stämme, Wasserrohre, Stacheldraht und Drahtnetze hergestellt. Mit Zinn beschichtetes Eisen wird zur Herstellung von Dosen verwendet.

3. Eisen, Aluminium und Kupfer werden zur Herstellung von Utensilien verwendet.

4. Wie Sie wissen, verbrennt Magnesium in der Luft mit einem blendend weißen Licht, wenn es gezündet wird. Daher wird es in Feuerwerkskörpern verwendet.

5. Quecksilber haftet nicht an Glas. Gleichzeitig ist es ein guter Wärmeleiter. Es wird also zur Herstellung von Thermometern verwendet.

6. Silber, Gold und Platin werden Edelmetalle genannt, da sie nicht leicht mit anderen Substanzen reagieren. Einmal poliert, behalten sie ihren Glanz lange Zeit. Sie werden daher zur Herstellung von Schmuck verwendet. Gold wird mit kleinen Mengen Silber und Kupfer gemischt, um es hart zu machen.

7. Legierungen sind homogene feste Mischungen von Metallen oder von Metallen und Nichtmetallen. Legierungen werden durchgeführt, um das Grundmetall stärker zu machen. Einige übliche Beispiele für Legierungen sind Stahl (eine Mischung aus Eisen, sehr geringe Mengen an Kohlenstoff und Mangan), Messing (eine Mischung aus Kupfer und Zink) und Bronze (eine Mischung aus Kupfer und Zinn).

8. Aluminiumfolie, die sehr leicht ist, wird zum Verpacken von Lebensmitteln, Medikamenten usw. verwendet. Aluminium wird auch für die Herstellung von elektrischen Drähten und Geräten verwendet.

9. Künstliche Zähne wurden früher meist aus Silber oder Gold gefertigt. Zahnkavitäten sind mit sogenannten Dentalamalgamen gefüllt - Legierungen aus Silber oder Abb. 6.12 Verwendung von Aluminiumzinn mit Quecksilber.

Verwendung von Nichtmetallen:

Lassen Sie uns die Verwendung einiger gebräuchlicher Nichtmetalle untersuchen.

Sauerstoff:

Sauerstoff ist vielleicht das wichtigste Nichtmetall in unserem Leben. Wir und die meisten anderen Lebewesen brauchen es zur Atmung.

Einige seiner anderen Verwendungen sind wie folgt:

ich. Alle Verbrennungsprozesse benötigen Sauerstoff.

ii. Mit Acetylen wird Sauerstoff in Oxyacetylenbrennern zum Schneiden und Schweißen von Metallen verwendet.

iii. Es wird für die Gewinnung von Metallen aus ihren Erzen und für die Herstellung von Stahl aus Eisen benötigt.

iv. Es wird bei der Herstellung von Schwefel- und Salpetersäure verwendet.

v. Flüssiger Sauerstoff wird zum Verbrennen von Raketentreibstoff verwendet.

Stickstoff:

ich. Pflanzen verwenden Stickstoff zur Herstellung von Proteinen.

ii. Flüssiger Stickstoff dient zur Konservierung von Blut, Hornhäuten oder anderen Spenderorganen.

iii. Aufgrund seiner Inertheit (Nichtreaktivität) wird es zum Abfüllen von Lebensmittelverpackungen verwendet. (Essen geht nicht schlecht in einem inerten Medium.)

iv. Es wird bei der Herstellung von Ammoniak und Harnstoff verwendet.

Kohlenstoff:

Holzkohle und Lampenruß sind nicht kristalline Formen von Kohlenstoff. Kohlenstoff kommt in zwei kristallinen Formen vor - Diamant und Graphit, die die folgenden Verwendungen haben.

ich. Diamant wird sowohl als Edelstein als auch zum Schneiden von Stein oder Glas verwendet.

ii. Graphit ist ein guter Stromleiter und wird deshalb als Elektrode verwendet.

iii. Graphit ist ein gutes Schmiermittel. Da der Schmelzpunkt hoch ist, kann er als Schmiermittel in Maschinen verwendet werden, die im Betrieb hohe Temperaturen annehmen.

iv. Graphit wird auch bei der Herstellung von Bleistiften verwendet.

Schwefel:

Dieser gelbe Feststoff hat mehrere Verwendungen.

ich. Es wird zur Herstellung von Farbstoffen, Streichhölzern, Feuerwerkskörpern und Schießpulver verwendet.

ii. Es wird in vielen Medikamenten und als Fungizid gegen schädliche Pilze eingesetzt.

iii. Es wird auch zur Behandlung von Kautschuk und zur Herstellung von Schwefelsäure verwendet.

Chlor:

Dieses grünlich gelbe Gas hat die folgenden Verwendungen.

ich. Es wird bei der Herstellung des nützlichen Kunststoffs Polyvinylchlorid (PVC) verwendet.

ii. Es dient zur Desinfektion von Wasser, da es Keime abtötet. Dies geschieht entweder durch Durchleiten von Chlorgas durch Wasser oder durch Behandeln von Wasser mit Bleichpulver.

iii. Es wird als Bleichmittel in der Papier- und Textilindustrie eingesetzt. Haushaltsbleichmittel enthalten auch Chlorverbindungen.

iv. Chlor wird zur Herstellung von Salzsäure verwendet.

v. Es wird auch bei der Herstellung von Pestiziden wie Gammexane verwendet.

Jod:

Obwohl es kein Nichtmetall ist, ist Jod ein glänzender schwarzer Feststoff. Es sublimiert langsam, um einen violetten Dampf über dem Feststoff in einer verschlossenen Flasche zu bilden.

ich. Jod ist ein Antiseptikum. Eine Lösung von Jod in Alkohol (mit etwas Kaliumiodid) ist als Jodtinktur bekannt. Jodtinktur ist rotbraun und wird auf Schnitte aufgetragen. Eine Jodpaste in Vaseline lindert die Schmerzen.

ii. In Form einer Verbindung wird es in jodiertem Salz verwendet, um Krankheiten wie Kropf zu verhindern.

Edelgase:

Helium, Neon, Argon usw. werden aufgrund ihrer nichtreaktiven Natur als Edelgase bezeichnet.

ich. Helium wird zum Füllen von Ballons verwendet. Eine Mischung aus Helium und Sauerstoff wird von Tauchern zur Atmung verwendet.

ii. Neon wird zur Beleuchtung verwendet. In Werbeschildern leuchtet es orange-rot.

iii. Argon wird zum Füllen von Glühlampen verwendet. Wenn es mit etwas Quecksilberdampf gemischt wird, leuchtet es in Werbeschildern grün.