Физические свойства р-металлов

Предметом рассмотрения являются /9-элементы 13—16-й групп (111а— Via в короткопериодической форме таблицы Менделеева), лежащие левее и ниже «пограничной диагонали» В — Si — As — Те — At. Электронные формулы р-элементов имеют вид ns²np^N~¹², где п — номер периода, а N — номер группы. Для 13— 15-й групп эти формулы соответствуют заполнению /9-подуровней не более чем наполовину и свидетельствуют о том, что для данных элементов в целом для достижения устойчивой электронной конфигурации более характерно проявлять восстановительные способности, свойственные металлам, и отдавать электроны, чем принимать электроны и быть окислителями, что свойственно неметаллам. В 16-й группе внешние электроны Ро находятся далеко от ядра (на 6-м энергетическом уровне) и потому слабо связаны с ним, что приводит к металличности полония как простого вещества и яркому проявлению восстановительных свойств его атомов.

Проявление металлических свойств усиливается сверху вниз по группе и ослабляется слева направо, но периоду. Первое связано с возрастанием радиуса атома и уменьшением энергии ионизации и сродства к электрону, а второе — с уменьшением радиуса и увеличением энергии ионизации и сродства к электрону. Однако «пограничная» область между металлами и неметаллами является областью, где элементам присущи свойства амфотерности. В результате совместного действия всех этих факторов типично металлические свойства с инженерной точки зрения проявляют: в 13-й группе — Al, Ga, In, Ti; в 14-й группе — Sn и Pb; в 15-й группе — только Bi.

Изменение физических свойств металлов из числа /9-элементов в определенной мере копирует изменение физических свойств 5- и ?/-металлов. Так, слева вверху в блоке находится алюминий — легкий (2,7 г/см³), активный металл, а справа внизу — висмут, тяжелый (9,8 г/см³), достаточно пассивный металл. Это соответствует паре литий (плотность 0,53 г/см³) — ртуть (плотность 13,5 г/см³) в блоке 5- и ?/-элементов. Поскольку в 3-м периоде нет ?/-элементов, 5-металл Mg и /9-металл А1 являются соседями и обладают схожими физическими свойствами. Все /9-металлы являются активными восстановителями и потому в свободном состоянии в природе не встречаются (за исключением висмута).

Основные физические свойства /9-металлов приведены в табл. 9.1—9.3. Алюминий — один из самых распространенных металлов (кларк 81 300 г/т в земной коре), содержится практически в любой горной породе. АлюмиТаблица 9.1

Физические свойства /7-металлов 13-й группы.

Таблица 9.2

Физические свойства /7-металлов 14-й группы.

Таблица 93

Физические свойства /7-металлов 15-й и 16-й групп.

ни я вдвое больше, чем железа, и в 350 раз больше, чем меди, цинка, хрома, олова и свинца, вместе взятых. Д. И. Менделеев писал в своем классическом учебнике «Основы химии»: «Из всех металлов алюминий есть самый распространенный в природе; достаточно указать на то, что он входит в состав глины, чтоб ясно было всеобщее распространение алюминия в коре земной. Алюминий, или металл квасцов (а1итеп), потому и называется иначе глииием, что находится в глине». Собственных руд у алюминия немного. Прежде всего это бокситы — руда, состоящая из гидроксидов алюминия, оксидов железа и кремния, и нефелины — минералы, содержащие щелочные силикаты алюминия КМа₃[А15Ю₄]₄.

Галлий и индий — аналоги алюминия по группе (кларки 15 и 0,1 г/т), собственных руд не имеют и извлекаются при переработке алюминиевого сырья, а также из продуктов производства цинка, свинца и олова.

Олово (кларк 40 г/т) имеет промышленно важную руду — касситерит (оловянный камень) 5п0₂, содержащую до 78,8% олова.

Свинец (кларк 15 г/т) образует много минералов, но главными его рудами являются галенит (свинцовый блеск) РЬБ, а также продукты его разрушения и выветривания — вторичные минералы церуссит (белая свинцовая руда) РЬСО_:} и англезит (свинцовый купорос) РЬ50₄

Алюминий получают электролизом, а остальные металлы — пирометаллургическими методами в современном технологическом оформлении.