金屬的化學性質

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介紹

目前，已知的元素有118種，其中92種是自然存在的。其餘的金屬是透過人工方法制備的。然而，元素根據其各自的性質被分為幾類，包括金屬、準金屬和非金屬，並與其在元素週期表中的位置相關。在金屬中，可以觀察到幾種物理和化學性質。

什麼是金屬？

金屬和非金屬都存在於我們周圍的環境中，它們的存在至關重要。金屬可以定義為具有獨特特徵性質的物質，例如聲響性、固態性、導電性、延展性和展性 (Bedassa & Desalegne, 2020)。

一些金屬的例子包括鋅、鋁、鐵、錫、鈦、銅等等。通常情況下，金屬是熱和電的良導體。然而，根據元素週期表，金屬的性質是已知的，它們根據其性質以獨特的方式排列。

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圖1：礦石的起源

金屬的物理和化學性質

金屬的物理性質包括物質狀態，即它們在室溫下的狀態、延展性和硬度。金屬的密度相當高，它們在外層殼層的化合價為1到3；它們似乎也具有高熔點和沸點 (Proshad *et al.*, 2021)。

金屬本質上具有光澤，例如金和銅。另一方面，金屬的化學性質包括與金屬和非金屬形成合金。金屬在空氣中與氧氣燃燒會產生金屬氧化物。高反應性金屬，例如鈉和鉀，儲存在油中，因為它們在任何化學反應中的反應速度都很快 (Geeksforgeeks, 2022)。然而，金屬在與水反應時也會產生金屬氧化物和氫氣。

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圖2：金屬的性質

當金屬與酸性元素反應時，會產生鹽和氫氣。然而，在金屬鹽溶液中，金屬往往會取代性質較不活潑的其他金屬。

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圖3：金屬和非金屬的性質

什麼是非金屬？

非金屬是不能夠產生電和熱的天然元素。非金屬的結構在本質上是脆性的，它們不能容易地被軋製、壓制、模壓和擠壓。非金屬包括元素週期表中的氫、砷、磷、氮、氧和硒。

與金屬的反應

• 金屬與氧氣的反應

在與氧氣反應時，金屬傾向於產生金屬氧化物，因為它們傾向於在反應時將孤對電子捐獻給氧原子。例如，${4K+O_2\rightarrow 2K_2O}$。然而，需要注意的是，金屬氧化物本質上是鹼性的，並且經常表現出兩性行為 (Tutormate, 2022)。兩性行為表現出酸性和鹼性特徵。

• 金屬與水的反應

在與水反應時，金屬傾向於產生金屬氫氧化物，但是，需要注意的是，有些金屬對水不反應。因此，水的反應速率因金屬而異。例如，${Ca+2H_2O\rightarrow Ca(OH)_2+H_2}$

• 與稀酸的反應

在與稀酸反應時，金屬由於產生氫氣而發出爆裂聲。然而，在與酸反應時也會產生金屬鹽。例如，這些反應是，${Na+HCl\rightarrow H_2+NaCl\:and\:Zn(s)+2HCl(aq)\rightarrow ZnCl_2(aq)+H_2(g)}$。在反應活性系列中位於氫以下的金屬傾向於與稀酸反應 (Chem.libretexts, 2022)。然而，這些金屬完全無法取代氫，也無法與非金屬的陰離子形成鍵。

• 金屬與其他金屬鹽的反應

值得注意的是，反應活性高的金屬在進行反應時會取代反應活性低的金屬。此類例子包括較不活潑的金屬，如硫化物和氯化物。例如，這種反應是，${Zn+CuSO_4\rightarrow ZnSO_4+Cu}$

結論

在本教程中，重點是識別金屬中觀察到的化學性質。然而，對金屬和非金屬都進行了區分，討論了它們的固有性質，例如金屬顯示出高導電性，而非金屬則無法顯示這種特性。另一方面，金屬往往具有固體結構，而非金屬則具有脆性。討論了某些化學反應，這將有助於更好地理解金屬所具有的化學性質。

常見問題 (FAQs)

Q1. 金屬和非金屬的例子是什麼？

在元素週期表中，金屬和非金屬都有許多例子。金屬的例子包括鉀、鈉、鐵、釷、鈾、鎢、銫、鋁、鎘、鋅等等。另一方面，一些非金屬的例子包括幾種型別的聚合物和彈性體，例如雲母、聚碳酸酯、石榴石、瑪瑙和各種橡膠。氟、氦、氙和碘等元素及其相關元素被稱為非金屬。

Q2. 在元素週期表中存在的金屬有哪些明顯的物理性質？

金屬表現出幾種物理性質，透過這些性質，可以很容易地區分金屬和非金屬。這些性質包括高熔點、延展性、展性和高密度。此外，金屬是熱和電的良導體。

Q3. 什麼是熔點？

熔點定義為金屬開始熔化並顯示純金屬的溫度。例如，鋁的熔點為 **660°C**，黃銅為 **930°C**，不鏽鋼為 **1375°C** 到 **1530°C**，等等。

參考文獻

期刊

Bedassa, T., & Desalegne, M. (2020). Assessment of Selected Physico-Chemical Properties and Metals in Qeera Stream Water, Bakkee-Jamaa, Nekemte, Ethiopia. International Journal of New Chemistry, 7(1), 47-59. Retrieved from: http://www.ijnc.ir/&url=http://www.ijnc.ir/article_37717.html

Proshad, R., Zhang, D., Idris, A. M., Islam, M., Kormoker, T., Sarker, M. N. I., ... & Islam, M. (2021). Comprehensive evaluation of chemical properties and toxic metals in the surface water of Louhajang River, Bangladesh. Environmental science and pollution research, 28(35), 49191-49205. Retrieved from: https://link.springer.com/article/10.1007/s11356-021-14160-6

網站

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Geeksforgeeks, (2022), Chemical properties of metals and non-metals, Retrieved from: https://www.geeksforgeeks.org/chemical-properties-of-metals-and-non-metals/ [Retrieved on, ${27^{th}}$ June 2022]

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