Самые распространенные металлы в мире. Какой металл наиболее распространен в земной коре? Какие металлы наиболее распространены в земной коре

Подавляющее большинство (93 из 117) известных в настоящее время химических элементов относится к металлам.
Атомы различных металлов имеют много общего в строении, а образуемые ими простые и сложные вещества имеют схожие свойства (физические и химические).

Положение в периодической системе и строение атомов металлов.

В периодической системе металлы располагаются левее и ниже условной ломаной линии, проходящей от бора к астату (см. таблицу ниже). К металлам относятся почти все s-элементы (за исключением Н, Не), примерно половина р -элементов, все d — и f -элементы (лантаниды и актиниды ).

У большинства атомов металлов на внешнем энергетическом уровне содержится небольшое число (до 3) электронов, только у некоторых атомов р-элементов (Sn, Pb, Bi, Ро) их больше (от четырех до шести). Валентные электроны атомов металлов слабо (по сравнению с атомами неметаллов) связаны с ядром. Поэтому атомы металлов относительно легко отдают эти электроны другим атомам, выступая в химических реакциях только в качестве восстановителей и превращаясь при этом в положительно заряженные катионы:

Me - пе – = Ме n+ .

В отличие от неметаллов для атомов металлов характерны только положительные степени окисления от +1 до +8.

Легкость, с которой атомы металла отдают свои валентные электроны другим атомам, характеризует восстановительную активность данного металла. Чем легче атом металла отдает свои электроны, тем он более сильный восстановитель. Если расположить в ряд металлы в порядке уменьшения их восстановительной способности в водных растворах, мы получим известный нам вытеснительный ряд металлов , который называется также электрохимическим рядом напряжений (или рядом активности ) металлов (см. таблицу ниже).

Распространенность м еталлов в природе .

В первую тройку наиболее распространенных в земной коре (это поверхностный слой нашей планеты толщиной примерно 16 км) металлов входят алюминий, железо и кальций. Менее распространены натрий, калий, магний. В таблице ниже приведены массовые доли некоторых металлов в земной коре.

железо и кальций. Менее распространены натрий, калий, магний. В таблице ниже приведены массовые доли некоторых металлов в земной коре.

Распространенность металлов в земной коре

Элементы, массовая доля которых в земной коре составляет менее 0,01 %, называются редкими . К числу редких металлов относятся, например, все лантаниды. Если элемент не способен концентрироваться в земной коре, т. е. не образует собственных руд, а встречается в качестве примеси с другими элементами, то его относят к рассеянным элементам. Рассеянными, например, являются следующие металлы: Sc, Ga, In, Tl, Hf.

В 40-х годах XX в. немецкие ученые Вальтер и Ида Нолла к высказали мысль о том. что в каждом булыжнике на мостовой присутствуют все химические элементы периодической системы. Вначале эти слова были встречены их коллегами далеко не с единодушным одобрением. Однако по мере появления все более точных методов анализа ученые все больше убеждаются в справедливости этих слов.

Поскольку все живые организмы находятся в тесном контакте с окружающей средой, то и в каждом из них должны содержаться если не все, то большая часть химических элементов периодической системы. Например, в организме взрослого человека массовая доля неорганических веществ составляет 6 %. Из металлов в этих соединениях присутствуют Mg, Са, Na, К. В составе многих ферментов и иных биологически активных органических соединений в нашем организме содержатся V, Mn, Fe, Cu, Zn, Co, Ni, Mo, Сг и некоторые другие металлы.

В организме взрослого человека содержится в среднем около 140 г ионов калия и около 100 г ионов натрия. С пищей мы ежедневно потребляем от 1,5 г до 7 г ионов калия и от 2 г до 15 г ионов натрия. Потребность в ионах натрия настолько велика, что их необходимо специально добавлять в пищу. Значительная потеря ионов натрия (в виде NaCl с мочой и потом) неблагоприятно сказывается на здоровье человека. Поэтому в жаркую погоду врачи рекомендуют пить минеральную воду. Однако и избыточное содержание соли в пище негативно сказывается на работе наших внутренних органов (в первую очередь, сердца и почек).

Металлы - это группа простых веществ, которые обладают характерными металлическими свойствами. Некоторые из них ценятся выше золота за удивительные характеристики, которые позволяют использовать их в самых разных сферах. Многие металлы содержатся в составе земной коры в небольших количествах. Но сегодня мы рассмотрим, какой самый распространенный металл в земной коре.

Что мы знаем об алюминии?

Да, именно алюминий является наиболее распространным металлом. Он был открыт в 1825 году датским ученым Эрстедом. Однако еще за 500 лет до нашей эры люди использовали так называемые алюминиевые квасцы. Их применяли в качестве протравы при окрашивании тканей и дублении кожи.

Алюминий, похожий на серебро внешне, изначально ценился очень дорого. Это связано с тем, что его достаточно трудно получить в чистом виде. Да и о том, что это самый распространенный металл в земной коре, известно не было. В 19-м веке, в период с 1855 по 1890 год, удалось получить лишь 200 т чистого металла.

Однако сегодня геологи утверждают, что 8 % коры Земли состоят из алюминя. Он уступает по количеству содержания в земной коре лишь кислороду и кремнию. В свободном виде в природе не встречается.

Алюминий получил широкое применение в странах СССР благодаря разработкам ученых. Найденный метод получения алюминия давал неограниченные возможности для развития алюминиевой промышленности. На его основе активно изготавливали столовую утварь, которую каждый из нас видел на кухнях у бабушек. Первый спутник СССР также был изготовлен из сплава алюминия. Применяют его и в электротехнической промышленности (кабели, цоколи, конденсаторы).

Основные свойства алюминия

Самый распространенный металл в земной коре обладает целым рядом свойств, которые позволяют активно использовать его в составе металлоконструкций. Он легок, мягок и быстро поддается штамповке.

Алюминий обладает высокой коррозийной устойчивостью. При контакте с воздухом он покрывается пленкой, препятствующей его окислению. Он неядовит (если не попадает в организм в большом количестве), обладает высокой электро- и теплопроводностью. Именно он обеспечивает передачу электроэнергии на Земле.

Однако металл не отличается прочностью. Поэтому при изготовлении металлоконструкций зачастую используется сплав алюминия с другими металлами - медью, магнием. Такие сплавы называются дюралюминий.

Электропроводность металла можно сравнить с медью, но он дешевле, поэтому ему нашли более широкое применение. Один из немногих недостатков алюминия - его тяжело паять из-за прочной оксидной пленки. Кстати, он легко воспламеняется и если бы не эта оксидная пленка, он горел бы на воздухе.

Алюминий - драгоценный металл

Интересно, что в 19-м веке алюминий очень ценился. За килограмм металла просили около 3 000 франков. Поэтому ювелиры активно изготавливали украшения на его основе. Ведь металл легко поддается обработке, обладает красивым серебристым оттенком и позволяет придавать изделию любую форму.

Однако уже через несколько лет он стал падать в цене и вскоре вышел из моды. Многие алюминиевые драгоценности не пережили обесценивание металла. Сегодня они - большая редкость.

Совсем недавно алюминий стал главной темой выставки, организованной в Питтсбурге (штат Пенсильвания) в музее Карнеги. Интерес к нему появляется снова. Самый распространенный цветной металл в земной коре сегодня применяется в виде металлической пены. Это новейшая разработка, на основе которой можно изготавливать даже корабельные корпуса.

Вред алюминия

Еще в 1960 году ученые выяснили, что в мозге у людей, страдающих болезнью Альцгеймера, присутствует высокий уровень алюминия. Недавние исследования подтвердили, что металл вызывает ускоренное старение клеток мозга, становится причиной дегенеративных неврологических заболеваний. Низкая усвояемость алюминия дает ложное представление о его безопасности для организма. Но на самом деле длительный прием его небольших доз в конечном итоге вызывает отключение нейронов головного и спинного мозга.

Золото - самый часто встречающийся драгоценный металл

Золото является самым распространенным металлом в земной коре среди благородных. Когда-то людям были известны лишь 2 драгметалла - золото и серебро. Однако позже список расширился. Сегодня благородными являются платиновая группа металлов. В эту группу, помимо платины, входят также ее элементы - родий, осмий, рутений и иридий. Кстати, иридий - самый редкий металл в этой группе. Благородным признан и технеций, однако из-за радиоактивности его не включили в список драгоценных.

Золото, как и другие благородные металлы, обладает рядом уникальных свойств. Оно блестит на открытом воздухе, ему не вредит длительное пребывание в воде, а также воздействие щелочей и кислот, высоких температур. Золото легко поддается обработке, обладает высокой плотностью. Металл встречается в виде самородков, песка и в сочетании с другими элементами. Однако при этом золото уступает многим металлам по прочности и устойчивости. Сегодня это далеко не самый дорогой драгметалл. Цена его составляет $45 за 1 грамм.

По распространенности в природе первое место среди металлов занимает алюминий (А1): в земной коре его на 60 процентов больше, чем железа. Однако широко использовать его стали лишь во второй половине ХХ века. Дело в том, что извлечь алюминий из руд очень трудно. В 1825 году датский ученый Ханс Кристиан Эрстед (1777–1851) сумел выделить небольшое количество алюминия, но с примесями. После него многие химики безуспешно пытались очистить алюминий, но лишь в 1854 году француз Анри Этьенн Сент-Клер Девиль (1818–1881) нашел способ выделить чистый металл. Алюминий настолько химически активен, что пришлось использовать металлический натрий (еще более активный элемент), чтобы «уберечь» алюминий от вступления в реакцию с другими веществами. Алюминий, похожий по цвету на серебро, на первых порах ценился очень дорого – наравне с драгоценными металлами. С 1855 по 1890 год было получено всего 200 тонн алюминия. В то время только император Наполеон III мог позволить себе столовые приборы из алюминия и даже заказал погремушку из нового металла для своего юного наследника. А в США – в знак огромного уважения к основателю государства Джорджу Вашингтону – защитили его монумент сверху алюминиевым листом. Современный способ получения алюминия электролизом криолито-глиноземного расплава разработан в 1886 году.

Металлы малой химической активности (Cu, Ag, Au, Pt, Hg) встречаются в свободном виде или в виде вкраплений в горные породы. Большая часть металлов присутствует в природе в виде руд и соединений. Они образуют оксиды, сульфиды, карбонаты и другие химические вещества. Для получения чистых металлов и дальнейшего их применения необходимо выделить их из руд и провести очистку. При необходимости проводят легирование и другую обработку металлов. Изучением этого занимается наука металлургия, которая различает руды чёрных металлов (на основе железа) и цветных (в их состав не входит железо, всего около 70 элементов). Исключением можно назвать около 16 элементов: т.н. благородные металлы (золото серебро и др.), и некоторые другие (например, ртуть, медь), которые присутствуют без примесей.

Кроме того, в малых количествах они присутствуют в морской воде (1,05%, -- 0,12%), растениях, живых организмах (играя при этом важную роль).

В природе металлы встречаются:

• -- в самородном состоянии: серебро, золото, платина, медь, иногда ртуть;
• -- в виде оксидов: магнетит Fe 3 O 4 , гематит Fe 2 О 3 и др.
• -- в виде смешанных оксидов: каолин Аl 2 O 3 * 2SiO 2 * 2Н 2 О, алунит (Na,K) 2 O * АlО 3 * 2SiO 2 и др.
• -- различных солей:

сульфидов: галенит PbS, киноварь НgS,

хлоридов: сильвин КС1, галит NaCl, сильвинит КСl* NаСl, карналлит КСl * МgСl 2 * 6Н 2 О,

сульфатов: барит ВаSO 4 , ангидрид Са 8 О 4

фосфатов: апатит Са 3 (РО 4) 2 ,

карбонатов: мел, мрамор СаСО 3 , магнезит МgСО 3 .

Так, основная масса алюминия сосредоточена в алюмосиликатах, из которых наиболее распространены полевые шпаты. Главные их представители - минералы ортоклаз K, альбит Na и анорит Са . Очень распространены минералы группы слюд, например, мусковит Kal 2 2 , большое практическое применение имеет минерал нефелин (Na, K) 2 (используется для получения глинозема, содовых продуктов и цемента). Из других минералов наибольшее практическое распространение находят боксит Al 2 O 3 *nH 2 O и криолит Na 3 AlF 6 . Распространенным продуктом разрушения горных пород является каолин, состоящий в основном из глинистого минерала каолинита Al 2 O 3 *2SiO 2 *2H 2 O.

Большая часть кальция встречается в природе в виде отложений известняков и мела, состоящих в основном из минерала кальцита CaCO 3 , а также мрамора. Из других пород наиболее распространены доломит CaCO 3 *MgCO 3 , ангидрит CaSO 4 и гипс CaSO 4 *2H 2 O, флюорит CaF 2 и апатит 3Ca 3 (PO 4) 2 *Ca(F, Cl) 2 . В немалых количествах встречается кальций в различных силикатах, например CfO*3MgO*4SiO 2 (асбест), и алюмосиликатах.

Магний распространен в природе в виде магнезита MgCO 3 и доломита, силиката Mg 2 SiO 4 (оливин), каинита KCl*MgSO 4 *3H 2 O и карналлита KCl*MgCl 2 *6H 2 O. Природными соединениями щелочных металлов являются сильвинит NaCl*KCl, галит NaCl, мирабилит Na 2 SO 4 *10H 2 O.

Железо - самый распространенный после алюминия металл на земном шаре. Оно входит в состав многочисленных минералов, образующих скопления железных руд: гематита Fe 2 O 3 , магнетита Fe 3 O 4 , гидрогетита HFeO 2 *nH 2 O, сидерита FeCO 3 и др.

Изредка встречаются и самородное железо метеорного или земного происхождения.

Многие металлы часто сопутствуют основным природным минералам: скандий входит в состав оловянных, вольфрамовых руд, кадмий -- в качестве примеси в цинковые руды, ниобий и тантал -- в оловянные. Железным рудам всегда сопутствуют марганец, никель, кобальт, молибден, титан, германий, ванадий.

Несмотря на то, что среди химических элементов преобладают металлы, по содержанию в природе они уступают неметаллам. Содержание всех металлов в земной коре около 25 масс. %, в то время как доля неметаллов, составляющих только 1/4 часть всех элементов, достигает 75 %. Правда следует заметить, что такую большую долю обеспечивают практически всего два неметалла: O (47,2 %) и Si (27,6 %).

Из металлов в природе более распространены Al (8,1%), Fe (5,1 %), а также Ca , Mg , Na , K . (суммарный % металлов s- блока равен 11).

Из 86 металлов только у шести содержание в земной коре превышает 1%.

В земной коре подавляющее большинство металлов находятся в окисленной форме .

Металлы находятся в природе в форме соединений с более электроотрицательными элементами: кислородом, серой, галогенами, а также в виде карбонатов, фосфатов, сульфатов и др. Многие металлы находятся в земной коре в виде разнообразных силикатов и алюмосиликатов, сложных по составу и строению. Самыми распространенными минералами являются алюмосиликаты и силикаты самого разнообразного состава и строения. Эти минералы всегда присутствуют в любых рудах металлов. Кроме алюмосиликатов в природе достаточно распространены оксиды и карбонаты.
Природные сульфиды используются для получения многих важных тяжелых цветных металлов: Cu, Zn, Pb, Ni, Co, Cd,Mo.

Природные галогениды используют для получения Na, K, Mg.

Кроме этого в природе существуют и минералы и других типов: сульфаты,фосфаты; вольфраматы: волфрамит - (Fe,Mn)WO 4 , шеелит -CaWO 4 ; хроматы- крокоит - PbCrO 4 , ванадинит - Pb 3 (VO 4)Cl 3 и др.