Все известные в настоящее время химические элементы (более 100 наименований) по совокупности свойств подразделяют на металлы и неметаллы. Примерно 80 % общего числа элементов относится к металлам. Некоторые из них (мышьяк, сурьму и др.) иногда называют полуметаллами, так как по одним свойствам их можно отнести к металлам, а по другим – к неметаллам.
Металлы (от греческого металлон – копи, рудники, а не буквально – «добытое из земли») – вещества неорганического происхождения, многие из которых обладают характерным блеском, высокой плотностью, прочностью и твердостью, пластичностью, хорошей электро- и теплопроводностью. К металлам относят также их сплавы, имеющие по свойствам много общего с металлами.
Сплавы металлов представляют собой системы, образованные сплавлением нескольких металлов или металлов с неметаллами (например, железа с углеродом).
Сплавы классифицируют по многим признакам: по назначению – на сплавы общего назначения и специальные (шарикоподшипниковые; твердые, используемые для армирования резцовых инструментов; для изготовления заклепок и др.); по количеству компонентов – на двойные (бинарные) и сложные (тройные, четверные и т. д.); по наличию специальных примесей – на легированные (с примесями) и нелегированные; по способу получения из них изделий – на деформируемые (производят давлением – прокаткой, ковкой и т. п.) и литейные (производят литьем); по структуре – на твердые растворы, механические смеси и химические соединения.
Если атомы входящих в состав сплава компонентов имеют незначительные различия в размерах и строении электронной оболочки, то они обычно образуют общую кристаллическую решетку; такую структуру принято называть твердым раствором. Механическая смесь получается, когда компоненты сплава не могут образовать общую решетку и каждый из них кристаллизуется самостоятельно. При химическом взаимодействии компонентов сплава получается новое вещество, свойства которого резко отличаются от свойств исходных компонентов; такой сплав называют химическим соединением. Следует отметить, что классификация по структуре имеет теоретический характер, поскольку в составах практически могут сочетаться все три рассмотренных вида строения.
В твердом виде металлы и сплавы на их основе имеют кристаллическую структуру, причем каждый металл или сплав характеризуется определенной кристаллической решеткой, отличающейся от других числом атомов и расстоянием между ними. Ряд металлов в зависимости от температуры, давления и других факторов может иметь несколько решеток. Существование одного металла в нескольких кристаллических формах называют аллотропией (от греческих аллос – другой и тропос – поворот, свойство).
Металлы и сплавы металлов подразделяются на две основные группы:
- черные (железные);
- цветные (нежелезные).
К черным относят железо и сплавы на его основе, к цветным – все остальные металлы и сплавы. Среди железных сплавов различают сталь (до 2 % углерода в сплаве), чугун (более 2 % углерода в сплаве) и ферросплавы (сплавы железа с кремнием, хромом, марганцем, никелем и некоторыми другими элементами).
Нежелезные металлы и сплавы подразделяют: по плотности – на тяжелые (свинец, медь, олово, их сплавы и др.) и легкие (алюминий, магний, титан, их сплавы и др.); по температуре плавления – на легкоплавкие (свинец, олово, цинк и т. п.) и тугоплавкие (вольфрам, молибден, хром и т. п.); по степени окисления – на благородные (золото, серебро, платина) и обыкновенные (все остальные).
В природе металлы встречаются в виде руд и реже в самородном состоянии.