金属通论

[ 教学要求 ]
1 ．从金属结构的角度认识金属的共性。
2 ．了解金属冶炼的方法及现状，掌握埃林汉姆图的意义及使用方法。
3 ．了解合金的基本知识。
[ 教学重点 ]
1 ．从金属结构的角度认识金属的共性。
2 ．金属氧化物的埃林汉姆图的意义及使用方法。
[ 教学难点 ]
金属的共性与其结构的关系。
[ 教学时数 ] 2 学时
[ 主要内容 ]
1 ．金属的分类及存在。
2 ．金属氧化物的埃林汉姆图，工业上冶炼金属的一般方法。
3 ．金属的物理和化学通性。
4 ．合金。
[ 教学内容 ]
19-1 概述
 
到目前为止，已知元素有 109 种，其中金属约有 87 种，效金属 5 种，非金属 17 种。其中有 12 种元素是用人工方法合成的。
金属通常可分为黑色金属与有色金属两人类，黑色金属包括铁、锰和铬及它们的合金，主要是铁碳合金 ( 钢铁 ) ，有色金属是指除去铁、铬、锰之外的所有金属。
有色金属大致上按其密度、价格、在地壳中的储量及分布情况、被人们发现和使用的早晚等分为五大类：
1 ．轻有色金属：一般指密度在 4.5g/cm³ 以下的有色金属，包括铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡。这类金属的共同特点是：密度小 (0.53 — 4.5g/cm³ ) ，化学性质活泼，与氧、硫、碳和卤素的化合物都相当稳定。
2 ．重有色金属： 一般指密度在 4.5 g/cm³ 以上的有色金属，共中有铜、镍、铅、锌、钴、锡、锑、汞、镉、铋等。
3 ．贵金属：这类金属包括金、银和铂族元素 ( 铂、铱、俄、钌、钯、铑 ) ，由于它们对氧和其它试剂的稳定性，而且在地壳中含量少，开采和提取比较困难故价格比一般金属贵，因而得名贵金属。它们的特点是密度大 (10.4 — 22.48 g/cm³ ) ；熔点高 (1189 — 3273K) ；化学性质稳定。
4 ．准金属：一般指硅、铭、硒、砷、硼，其物理化学性质介于金属与非金属之间，如脆，是电和热的不良导体。
5 ．希有金属：通常是指在自然界中含量很少，分布稀散、发现较晚，难以从原料中提取的或在工业上制备及应用较晚的金属。这类金属包括：锂、铷、铯、铍、钨、钼、钽、铌、钛、铪、钒、铼、镓、铟、铊、锗、希土元素及人造超铀元素等。要注意，普通金属和希有金属之间没有明显的界限，大部分希有金属在地壳中并不稀少，许多希有金属比铜、镉、银、汞等普通分属还多。
金属在自然界中分布很广，不论矿物，动植物或水界中都或多或少含有它们的成分。通常将化学元素在地球化学系统中的平均含量称之为丰度。为了纪念美国克拉克在计算地壳内元素平均含量所作的贡献，通常把各元素在地壳中含量的百分比称为“克拉克值”，如以质量百分数表示，就称：为“质量克拉克值”或简称“克拉克值”；如以原子百分数表示，则称为“原子克拉克值”。
P 649 表 16 — l 列出了各种金属在地壳中含量，表 16 — l 所列数据为苏联维诺格拉多夫在 1962 年提出的。
各种金属的化学活泼性相差很大，因此，它们在自然界中存在的形式也各不相同。少数化学性质不活泼的元素，在自然界中以单质游离存在，活泼的元素总是以其稳定的化合物存在。可溶性物化合物大都溶解在海水、湖水中，少数埋藏于不受流水冲刷的岩石下面。难溶的化合物则形成五光十色的岩石，构成坚硬的地壳。例如，自然界里的金、铂只有游离状态的，游离状态的银和铜比较少，游离的汞、锡等金属就更少。性质较活泼的一些轻金属仅呈化合状态而存在，一般轻金属常以氯化物、碳酸处、磷酸盐、碳酸盐等盐类的形式存在，个别轻金属也有形成氧化物的。如常见的食盐 ( 主要成分 NaCl) 。光卤石、菱镁矿、重品石、石膏等。
重金属则主要形成氧化物和硫化物，也有形成碳酸盐的。重要的氧化物矿有：磁铁矿、褐铁矿、赤铁矿、软锰矿、锡石、赤铜矿等，重要的硫化物矿有：方铅矿、闪锌矿、辉铜矿、黄铜矿、黄铁矿等。此外还有大量各种硅酸盐矿物。
我国金属矿藏储量极为丰富，如铀、钨、钼、锡、锑、汞、铅、铁、金、银、菱镁矿和希土等矿的储居世界前列；铜、铝、锰矿的储量也在世界占有重要的地位。
由于人类对自然资源日益增多的要求和科学技术突飞猛进的发展。使人们越来超重视海洋资源。海洋面积约三亿六千万平方公里，占地球总表面积 70% 以上。除海底有丰富矿藏外，海水中含有八十多种元素，其中多为金属元素：主要呈盐类形式存在，其中除含大量的钠、钾、钙、镁外，还合有各种希有贵重金属如铷、锶、铀、锂、钡等。海水中金属浓度虽低，但因海水量巨大，所以金属总量非常可观，如海水中铀的总量达四十亿吨以上，相当于陆地铀储量的 4000 倍。海水中约 5 百万吨黄金， 8 千万吨镍， 1 亿 6 千万吨银， 8 亿吨银，所以说海洋是贮存金属的“聚宝盆”，向海洋索取金属资源是我们的一项重要任务。在这方面湿法冶金是大有作为的。