Металлами называют простые вещества, которые при обычных условиях твердые (только ртуть находится в жидком состоянии) и отличаются характерным металлическим блеском и непрозрачностью, ковкостью и свариваемостью, тягучестью, электропроводностью и теплопроводностью, высокой истинной плотностью, как правило, большей единицы.
Металлы с плотностью меньше 5 г/см3 условно называют легкими. Большинство же металлов имеют истинную плотность больше 5 и их именуют тяжелыми. Весьма легким является калий с плотностью 0,86, самым тяжелым — осмий с плотностью 22,5. Для всех металлов (а их 76 из 106 химических элементов системы Д.И. Менделеева) характерна способность их атомов сравнительно легко отщеплять внешние (валентные) электроны и переходить в положительно заряженные ионы (катионы). Это своеобразие металлов проявляется в их физических и химических свойствах. Оторвавшиеся от атомов свободные электроны непрерывно перемещаются между положительно заряженными ионами под влиянием самой небольшой разности потенциалов, вследствие чего и проявляются высокая тепло- и электропроводность. Оставаясь общими (свободными), они образуют электронный газ, последний, подобно подвижному «клею», распространяется по всему металлу, скрепляя положительно заряженные ионы. Электронный клей универсален для всех атомов, почти не зависит от химической валентности.
Из физических свойств металлов особо выделяется ковкость, т. е. их способность сплющиваться, прокатываться, например из железного бруска толщиной 80—100 мм получают прокатыванием проволоку толщиной 4 мм и тоньше. Медь можно вытягивать в проволоку толщиной в сотые доли миллиметров, вольфрам — 0,015 мм, а для позолоты изготовляют из золота листочки толщиной 0,003 мм. Из толстых кусков металла (болванок) получают балки, рельсы и другие изделия большой протяженности. Такая способность металлов увеличивается с повышением температуры и поэтому обработка выполняется в нагретом состоянии.
Среди металлов редкие отличаются хрупкостью. Но они не имеют распространения при изготовлении строительных изделий, например сурьма, висмут, марганец и некоторые другие. Для металлов, как отмечено выше, характерен «металлический» блеск, однако по окраске они разнообразны. В производстве их делят на черные — железо и его сплавы, а все остальные относят к цветным. Кроме чистых (простых) металлов в технике чаще применяют металлические сплавы с металлами и металлоидами (углеродом, кремнием и др.). Металлы отличаются друг от друга температурой плавления (ртуть — при температуре -39°С, самый тугоплавкий вольфрам — при температуре 3370°С) и твердостью (от мягкого свинца — царапается ногтем до самого твердого хрома — царапается алмазом).
От химической активности, легкости отрыва валентных электронов от атомов зависит способность металла соединяться с кислородом при непосредственном с ним взаимодействии. В частности, в химических реакциях металлы чаще всего являются восстановителями, вытесняя обычно водород и менее химически активные металлы.
В строительстве используются не чистые металлы, а их сплавы. Они отличаются от металлов температурой плавления, теплопроводностью, электропроводностью, твердостью и другими свойствами, что связано с затруднениями в перемещении свободных электронов в сплавах вследствие присутствия в их среде примесей. Так, например, если твердость железа в условных единицах равна 50—80, то при введении в железо углерода с получением железоуглеродистого сплава, именуемого чугуном, твердость повышается до 230—410, при сплаве железа с углеродом и хромом в виде инструментальной стали твердость составляет 450—700. В сплавах могут улучшаться и Другие ценные для практики свойства, поэтому в строительстве в основном используют черные сплавы — стали и чугуны, из цветных — алюминий и сплавы на его основе.
Рыбьев И.А.
«Строительное материаловедение»
