Аннотация. Мақаланың мақсаты – химиялық элементтердің ірі класы болып табылатын металдардың жалпы сипаттамасын, физикалық-химиялық қасиеттерін, табиғаттағы таралуын, алу әдістерін және адам өміріндегі рөлін жүйелі түрде қарастыру. Жұмыста деректерді талдау, жалпылау, салыстыру және жүйелеу әдістері қолданылды. Менделеев периодтық жүйесіндегі орналасуы, металдық байланыс тұжырымдамасы, сондай-ақ электр және жылуөткізгіштік, иілімділік сияқты ортақ қасиеттері талданды. Мақалада металдардың химиялық белсенділік қатары, табиғи кендердегі кездесу формалары және оларды өндірудің негізгі әдістері (пирометаллургия, гидрометаллургия, электрометаллургия) анықталды. Нәтижелер металдардың заманауи технологиялардың, өнеркәсіптің және тіршіліктің өзінің қалыптасуы үшін шешуші маңызы бар екенін көрсетеді [1, 2, 4, 5].

Кіріспе. Металдар – бұл адамзат өркениетінің даму тарихында ерекше орын алатын химиялық элементтердің ірі тобы. Олардың ашылуы мен игерілуі адамзат қоғамының даму сатыларын – Мыс, Қола, Темір дәуірлерін анықтады. Қазіргі заманғы өнеркәсіп, технология, құрылыс, көлік және тіпті биологиялық жүйелер металдарсыз қызмет ете алмайды. Менделеевтің периодтық жүйесіндегі барлық химиялық элементтердің шамамен 80% металдарға жатады [1, б. 112]. Металдардың электрондық құрылысы мен атомаралық өзара әрекеттесуінің ерекшеліктері оларға өзіне тән қасиеттер жиынтығын береді, бұл қасиеттерді түсіну оларды тиімді пайдаланудың негізгі шарты болып табылады. Осыған байланысты металдардың жалпы сипаттамасын, қасиеттерін, табиғатта таралуын және қолданылуын жүйелі түрде зерттеу өте өзекті әдістемелік және ғылыми мәселе болып табылады.

Негізгі бөлім

1. Металдардың периодтық жүйедегі орны және электрондық құрылысы. Периодтық жүйеде металдар көбінесе сызықтың сол жақ төменгі бөлігінде орналасады. Оларға сілтілік металдар (I А топ: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), сілтілік жер металдары (II А топ: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra), алюминий, қалайы, қорғасын, мырыш, темір, мыс, никель, күміс, алтын және басқа да көптеген элементтер жатады. Негізгі топшалардың металдарының сыртқы энергетикалық деңгейіндегі электрондар саны топ нөміріне тең (мысалы, I А топта 1 электрон) және олар бұл электрондарды жеңіл береді, оң тотығу дәрежесін көрсетеді. d-элементтер (қосымша топшалар) сыртқы қабатта 1-2 электронға ие болады, ал ішкі d-ішкі деңгей толық емес болып қалады, бұл оларға бірнеше тотығу дәрежесін көрсету мүмкіндігі береді [2, б. 78-80].

2. Металдық байланыс және оған байланысты физикалық қасиеттер. Металдардың атомдары кристалдық торда белгілі бір ретпен орналасады. Атомдардың валенттік электрондары атомдардан бөлініп, бүкіл кристал бойына еркін қозғалатын «электронды газ» түзеді. Оң зарядталған иондар мен еркін электрондар арасындағы тартылыс күші металдық байланысты құрайды. Дәл осы байланыстың ерекшелігі металдарға тән физикалық қасиеттерді түсіндіреді:

1. Электр және жылуөткізгіштік: Еркін электрондар электр өрісінің әсерінен бағытталған қозғалысқа ие болады, бұл электр тогын өткізуді түсіндіретін негізгі механизм. Электрондардың соқтығысуы арқылы жылу энергиясы беріледі. Ең жоғары электрөткізгіштік күмісте (Ag), одан кейін мыста (Cu) және алтында (Au) байқалады.
2. Металдық жылтырлық: Еркін электрондар көптеген толқын ұзындықтарындағы жарық сәулелерін жұтады және шағылыстырады, нәтижесінде металдар жылтырайды.
3. Иілімділік (пластикалық): Металдық байланыс бағытталмағандықтан, кристалдық тордың қабаттары бір-бірінің үстінен сырғанай алады, бұл металдардың соғылғанда тапталуына, созылуына және басқа пластикалық деформацияларға икемділігін түсіндіреді.
4. Балқу және қайнау температуралары: Бұл параметрлер металдық байланыстың күшіне тікелей байланысты және әлсіз сілтілік металдардан (мысалы, цезий, балқу t° = 28.4°C) вольфрам сияқты өте қатты металдарға дейін (балқу t° = 3422°C) айтарлықтай өзгереді [3].

3. Металдардың химиялық қасиеттері. Металдар – күшті тотықсыздандырғыштар. Олардың химиялық белсенділігі біркелкі емес, бұл белсенділік қатарында (натрийдің суымен әрекеттесуінен алтынның инерттілігіне дейін) көрінеді. Металдардың химиялық реакцияға түсу қабілеті сыртқы энергетикалық деңгейдегі электрондардың санына, атом радиусына және иондалу энергиясына байланысты. Негізгі химиялық реакцияларға мыналар жатады:

1. Оттекпен әрекеттесу (оксидтер түзу): 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃.
2. Галогендермен әрекеттесу (галогенидтер түзу): 2Na + Cl₂ → 2NaCl.
3. Сумен әрекеттесу (белсенді металдар үшін): 2K + 2H₂O → 2KOH + H₂↑.
4. Қышқылдармен әрекеттесу (тұз және сутегін бөлу): Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑.
5. Тұздармен әрекеттесу (ығысу реакциясы): Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu.

Металдардың белсенділік қатары белсендірек металдың белсенділігі төмен металды оның тұзының ерітіндісінен ығыстыра алатындығын болжайды.

4. Табиғатта таралуы және алу әдістері. Металдар табиғатта негізінен тұздар (оксидтер, сульфидтер, карбонаттар, силикаттар) түрінде кездеседі. Тек аздаған металдар (алтын, платина, кейде күміс және мыс) бос күйінде (таза түрінде) табылады. Металдарды кендерден алу үшін әртүрлі әдістер қолданылады:

1. Пирометаллургия: Жоғары температурада тотықсыздандыру реакцияларын қолдану (мысалы, Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂).
2. Гидрометаллургия: Тұздарды ерітіндіге айналдыру және олардан металды химиялық немесе электролиттік жолмен бөліп алу (мысалы, алтынды синидті ерітінділерден).
3. Электрометаллургия: Балқыма немесе сулы ерітінділердің электролизі арқылы металдарды (алюминий, натрий, магний) алу.

5. Металдардың маңызы және қолданылуы. Металдардың өмірдегі рөлі асқақ. Темір және оның қорытпалары (болат, шойын) құрылыс, машина жасау, көлік өнеркәсібінің негізі болып табылады. Алюминий жеңілдігі және коррозияға төзімділігі үшін авиацияда және консервілеуде қолданылады. Мыс – ең жақсы электрөткізгіштердің бірі ретінде электр техникасында пайдаланылады. Сондай-ақ, металдар биологиялық тіршілік үшін де қажет: темір гемоглобин құрамына, магний хлорофилл құрамына кіреді, калий жүрек соғысының қалыпты жұмысы үшін маңызды [4, б. 203-205]. Дегенмен, металдардың кеңінен қолданылуы экологиялық мәселелерді тудырады: кен өндіру табиғи ландшафттарды бұзады, ал коррозия (металдардың жемірілуі) экономикалық үлкен шығындарға әкеледі, бұл оларды қорғаудың тиімді әдістерін іздеуді қажет етеді.

6. Қазақстан контекстіндегі металдар. Қазақстан әлемдегі ең бай минералдық ресурстарға ие елдердің бірі болып табылады. Жезқазған мыс кен орны, Қарағанды облысындағы темір кен орындары, Хромтаудағы хром кені ел экономикасының негізін құрайды. Қаныш Сәтбаев сияқты ғалымдардың жұмысы Қазақстанның металлургиялық кешенін дамытуға айтарлықтай үлес қосты. Өскемен, Жезқazған, Балқаш сияқты қалаларда орналасқан ірі металлургиялық комбинаттар өндірістік әлеуеттің маңызды орталықтары болып табылады [5].

Қорытынды. Металдар – химиялық элементтердің электрондық құрылысының, металдық байланыстың және периодтық заңдылықтардың нәтижесінде қалыптасқан бірегей қасиеттер жиынтығына ие маңызды класы. Олардың жоғары электр және жылуөткізгіштігі, иілімділігі, беріктігі оларды қазіргі технологиялар мен инфрақұрылымның жұмысы үшін таптырмас материалдарға айналдырды. Металдардың химиялық әрекеттестігі белсенділік қатарымен анықталады және оларды табиғи кендерден алудың әртүрлі әдістерінің негізі болып табылады. Биологиялық жүйелерде де металдардың рөлі зор, өйткені олар көптеген ферменттердің және негізгі биомолекулалардың құрамдас бөлігі болып табылады. Қазақстан сияқты ресурсқа бай елдер үшін металлургия саласы экономиканың негізгі саласы болып қала береді. Болашақта металдардың қасиеттерін жақсарту, жаңа қорытпаларды жасау, коррозияға қарсы тиімді қорғаныс әдістерін әзірлеу және металлургиялық өндірістің экологиялық әсерін азайту мәселелері маңызды болып қалады. Осылайша, металдарды зерттеу тек химияның негізгі бөлімі ғана емес, сонымен қатар технологиялық прогрестің және тұрақты дамудың перспективаларын түсінудің кілті болып табылады.

Әдебиеттер тізімі

1. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов / Под ред. А.И. Ермакова. – 30-е изд., испр. – М.: Интеграл-Пресс, 2005. – 728 с.
2. Еркін Қ.Ж., Әбілқасымова А.Е. Жалпы химия: Жоғары оқу орындарына арналған оқулық. – Алматы: Мектеп, 2018. – 400 б.
3. Greenwood, N. N., & Earnshaw, A. Chemistry of the Elements (2nd ed.). – Butterworth-Heinemann, 1997. – 1341 p.
4. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. Часть 2: Пер. с англ. – М.: Мир, 1969. – 495 с.
5. Сәтбаев Қ.И. Таңдамалы еңбектер (4 томдық). – Алматы: Ғылым, 1999-2002.
6. Habashi, F. Handbook of Extractive Metallurgy. – Wiley-VCH, 1997. – 2600 p.
7. Мұхамеджанов М.А., Иманқұлов Д.Д. Қазақстанның минералдық шикізат базасы және оны игеру перспективалары // Химия және химиялық технология. – 2020. – №3. – Б. 45-52.
8. Әдістемелік журналға мақала жариялаудың негізгі талаптары [Электрондық ресурс] – https://adisteme.kz/rules.html