Металлы — один из самых распространённых материалов, используемых
цивилизацией
на протяжении практически
всей её истории
.
Мета́ллы
(от
лат.
metallum
— шахта, рудник) — группа
элементов
, в виде
простых веществ
обладающих характерными
металлическими свойствами
, такими как высокие
тепло-
и
электропроводность
, положительный
температурный коэффициент сопротивления
, высокая
пластичность
и металлический блеск.
Из 118
[1]
химических элементов
, открытых на данный момент (из них не все официально признаны), к металлам относят:
6 элементов в группе
щелочных металлов
,
6 в группе
щёлочноземельных металлов
,
38 в группе
переходных металлов
,
11 в группе
лёгких металлов
,
7 в группе
полуметаллов
,
14 в группе
лантаноиды
+
лантан
,
14 в группе
актиноиды
(физические свойства изучены не у всех элементов) +
актиний
,
вне определённых групп
бериллий
и
магний
.
Таким образом, к металлам, возможно, относится 96 элементов из всех открытых.
В
астрофизике
термин «металл» может иметь другое значение и обозначать все химические элементы тяжелее
гелия
(см.
Металличность
)
.
Содержание
|
Происхождение слова «металл»
Слово
«
металл
» заимствовано из
немецкого языка
в старорусский период. Отмечается в «Травнике» Николая Любчанина, написанном в 1534 году: «
…злато и сребро всех металей одолеваетъ
». Окончательно усвоено в Петровскую эпоху. Первоначально имело общее значение «
минерал
,
руда
, металл»; разграничение этих понятий произошло в эпоху
М.В. Ломоносова
.
Немецкое
слово
«
metall
» заимствовано из
латинского языка
, где «
metallum
» – «
рудник
, металл». Латинское в свою очередь заимствовано из
греческого языка
(
μεταλλον
– «
рудник
,
копь
»).
[2]
Нахождение в природе
Бо́льшая часть металлов присутствует в природе в виде
руд
и соединений. Они образуют
оксиды
,
сульфиды
,
карбонаты
и другие химические соединения. 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
. Металлургия различает руды чёрных металлов (на основе
железа
) и цветных (в их состав не входит железо, всего около 70 элементов). Золото, серебро и
платина
относятся также к
драгоценным (благородным) металлам
. Кроме того, в малых количествах они присутствуют в морской воде, растениях, живых организмах (играя при этом важную роль).
Известно, что организм человека на 3 % состоит из
металлов
[3]
. Больше всего в наших
клетках
кальция
и
натрия
, сконцентрированного в
лимфатических системах
.
Магний
накапливается в
мышцах
и
нервной системе
,
медь
— в
печени
,
железо
— в
крови
.
Добыча
Металлы часто извлекают из земли средствами горной промышленности, результат — добытые руды — служат относительно богатым источником необходимых элементов. Для выяснения нахождения руд используются специальные поисковые методы, включающие разведку руд и исследование месторождений. Месторождения, как правило, делятся на
карьеры
(разработки руд на поверхности), в которых добыча ведётся путем извлечения грунта с использованием тяжелой техники, а также — на подземные
шахты
.
Из добытой руды металлы извлекаются, как правило, с помощью химического или электролитического восстановления. В
пирометаллургии
для преобразования руды в металлическое сырьё используются высокие температуры, в
гидрометаллургии
применяют для тех же целей водную химию. Используемые методы зависят от вида металла и типа загрязнения.
Когда металлическая руда является ионным соединением металла и неметалла, для извлечения чистого металла она обычно подвергается выплавлению — нагреву с восстановителем. Многие распространенные металлы, такие как
железо
, плавят с использованием в качестве восстановителя
углерода
(получаемого из сжигания угля). Некоторые металлы, такие как
алюминий
и
натрий
, не имеют ни одного экономически оправданного восстановителя и извлекаются с применением
электролиза
.
[4]
[5]
Сульфидные
руды не улучшаются непосредственно до получения чистого металла, но обжигаются на воздухе, с целью преобразования их в окислы.
Свойства металлов
Характерные свойства металлов
-
Металлический блеск (характерен не только для металлов: его имеют и неметаллы
иод
и
углерод
в виде графита) -
Хорошая
электропроводность
-
Возможность лёгкой механической обработки (см.:
пластичность
; однако некоторые металлы, например
германий
и
висмут
, непластичны) -
Высокая
плотность
(обычно металлы тяжелее неметаллов) -
Высокая
температура плавления
(исключения:
ртуть
,
галлий
и
щелочные металлы
) -
Большая
теплопроводность
-
В
реакциях
чаще всего являются
восстановителями
Физические свойства металлов
Все металлы (кроме ртути и, условно,
франция
) при
нормальных условиях
находятся в
твёрдом состоянии
, однако обладают различной
твёрдостью
. Ниже приводится твёрдость некоторых металлов по
шкале Мооса
.
Твёрдость некоторых металлов по шкале Мооса:
[6]
| Твёрдость | Металл |
|---|---|
| 0.2 |
Цезий |
| 0.3 |
Рубидий |
| 0.4 |
Калий |
| 0.5 |
Натрий |
| 0.6 |
Литий |
| 1.2 |
Индий |
| 1.2 |
Таллий |
| 1.25 |
Барий |
| 1.5 |
Стронций |
| 1.5 |
Галлий |
| 1.5 |
Олово |
| 1.5 |
Свинец |
| 1.5 |
Ртуть (тв.) |
| 1.75 |
Кальций |
| 2.0 |
Кадмий |
| 2.25 |
Висмут |
| 2.5 |
Магний |
| 2.5 |
Цинк |
| 2.5 |
Лантан |
| 2.5 |
Серебро |
| 2.5 |
Золото |
| 2.59 |
Иттрий |
| 2.75 |
Алюминий |
| 3.0 |
Медь |
| 3.0 |
Сурьма |
| 3.0 |
Торий |
| 3.17 |
Скандий |
| 3.5 |
Платина |
| 3.75 |
Кобальт |
| 3.75 |
Палладий |
| 3.75 |
Цирконий |
| 4.0 |
Железо |
| 4.0 |
Никель |
| 4.0 |
Гафний |
| 4.0 |
Марганец |
| 4.5 |
Ванадий |
| 4.5 |
Молибден |
| 4.5 |
Родий |
| 4.5 |
Титан |
| 4.75 |
Ниобий |
| 5.0 |
Иридий |
| 5.0 |
Рутений |
| 5.0 |
Тантал |
| 5.0 |
Технеций |
| 5.0 |
Хром |
| 5.5 |
Бериллий |
| 5.5 |
Осмий |
| 5.5 |
Рений |
| 6.0 |
Вольфрам |
| 6.0 |
β-Уран |
Температуры плавления
чистых металлов лежат в диапазоне от −39 °C (ртуть) до 3410 °C (
вольфрам
). Температура плавления большинства металлов (за исключением щелочных) высока, однако некоторые «нормальные» металлы, например
олово
и
свинец
, можно расплавить на обычной
электрической
или
газовой плите
.
В зависимости от
плотности
, металлы делят на лёгкие (плотность 0,53 ÷ 5 г/см³) и тяжёлые (5 ÷ 22,5 г/см³). Самым лёгким металлом является
литий
(плотность 0.53 г/см³). Самый тяжёлый металл в настоящее время назвать невозможно, так как плотности
осмия
и
иридия
— двух самых тяжёлых металлов — почти равны (около 22.6 г/см³ — ровно в два раза выше плотности свинца), а вычислить их точную плотность крайне сложно: для этого нужно полностью очистить металлы, ведь любые примеси снижают их плотность.
Большинство металлов пластичны, то есть металлическую проволоку можно согнуть, и она не сломается. Это происходит из-за смещения слоёв
атомов
металлов без разрыва
связи
между ними. Самыми пластичными являются золото, серебро и
медь
. Из золота можно изготовить фольгу толщиной 0.003 мм, которую используют для золочения изделий. Однако не все металлы пластичны. Проволока из
цинка
или
олова
хрустит при сгибании;
марганец
и
висмут
при
деформации
вообще почти не сгибаются, а сразу
ломаются
. Пластичность зависит и от чистоты металла; так, очень чистый
хром
весьма пластичен, но, загрязнённый даже незначительными примесями, становится хрупким и более твёрдым. Некоторые металлы такие как золото, серебро, свинец, алюминий, осмий могут срастаться между собой, но на это может уйти десятки лет.
Все металлы хорошо проводят
электрический ток
; это обусловлено наличием в их кристаллических решётках подвижных
электронов
, перемещающихся под действием
электрического поля
. Серебро, медь и
алюминий
имеют наибольшую
электропроводность
; по этой причине последние два металла чаще всего используют в качестве материала для
проводов
. Очень высокую электропроводность имеет также натрий, в экспериментальной аппаратуре известны попытки применения натриевых токопроводов в форме тонкостенных труб из нержавеющей стали, заполненных натрием. Благодаря малому удельному весу натрия, при равном сопротивлении натриевые «провода» получаются значительно легче медных и даже несколько легче алюминиевых.
Высокая
теплопроводность
металлов также зависит от подвижности свободных электронов. Поэтому ряд теплопроводностей похож на ряд электропроводностей и лучшим проводником тепла, как и электричества, является серебро. Натрий также находит применение как хороший проводник тепла; широко известно, например, применение натрия в клапанах автомобильных двигателей для улучшения их охлаждения.
Гладкая поверхность металлов отражает большой процент
света
— это явление называется металлическим блеском. Однако в порошкообразном состоянии большинство металлов теряют свой блеск; алюминий и
магний
, тем не менее, сохраняют свой блеск и в порошке. Наиболее хорошо отражают свет алюминий, серебро и
палладий
— из этих металлов изготовляют
зеркала
. Для изготовления зеркал иногда применяется и
родий
, несмотря на его исключительно высокую цену: благодаря значительно большей, чем у серебра или даже палладия, твёрдости и химической стойкости, родиевый слой может быть значительно тоньше, чем серебряный.
Цвет у большинства металлов примерно одинаковый — светло-серый с голубоватым оттенком. Золото, медь и
цезий
соответственно жёлтого, красного и светло-жёлтого цвета.
Химические свойства металлов
На внешнем электронном уровне у большинства металлов небольшое количество электронов (1-3), поэтому они в большинстве реакций выступают как восстановители (то есть «отдают» свои электроны)
Реакции с простыми веществами
-
С
кислородом
реагируют все металлы, кроме золота, платины. Реакция с серебром происходит при высоких температурах, но оксид серебра(II) практически не образуется, так как он термически неустойчив. В зависимости от металла на выходе могут оказаться
оксиды
,
пероксиды
,
надпероксиды
:
оксид лития
пероксид натрия
надпероксид калия
Чтобы получить из пероксида оксид, пероксид восстанавливают металлом:
Со средними и малоактивными металлами реакция происходит при нагревании:
-
С азотом реагируют только самые активные металлы, при комнатной температуре взаимодействует только литий, образуя
нитриды
:
При нагревании:
- С серой реагируют все металлы, кроме золота и платины:
Железо взаимодействует с серой при нагревании, образуя
сульфид
:
-
С водородом реагируют только самые активные металлы, то есть металлы IA и IIA групп кроме Be. Реакции осуществляются при нагревании, при этом образуются
гидриды
. В реакциях металл выступает как восстановитель, степень окисления водорода −1:
-
С углеродом реагируют только наиболее активные металлы. При этом образуются ацетилениды или метаниды. Ацетилениды при взаимодействии с водой дают
ацетилен
, метаниды —
метан
.
Взаимодействие кислот с металлами
С кислотами металлы реагируют по-разному. Металлы, стоящие в
электрохимическом ряду активности металлов
(ЭРАМ) до водорода, взаимодействуют практически со всеми кислотами.
Взаимодействие неокисляющих кислот с металлами, стоящими в электрическом ряду активности металлов до водорода
Происходит реакция замещения, которая также является окислительно-восстановительной:
Взаимодействие серной кислоты H
2
SO
4
с металлами
Окисляющие кислоты могут взаимодействовать и с металлами, стоящими в ЭРАМ после водорода:
Очень разбавленная кислота реагирует с металлом по классической схеме:
При увеличении концентрации кислоты образуются различные продукты:
Реакции для азотной кислоты (HNO
3
)
Продукты взаимодействия железа с HNO
3
разной концентрации
При взаимодействии с активными металлами вариантов реакций ещё больше:
Легирование
Легирование — это введение в расплав дополнительных элементов, модифицирующих механические, физические и химические свойства основного материала.
Микроскопическое строение
Характерные свойства металлов можно понять, исходя из их внутреннего строения. Все они имеют слабую связь
электронов
внешнего энергетического уровня (другими словами,
валентных электронов
) с
ядром
. Благодаря этому созданная разность потенциалов в проводнике приводит к лавинообразному движению электронов (называемых электронами проводимости) в
кристаллической решётке
. Совокупность таких электронов часто называют
электронным газом
. Вклад в теплопроводность, помимо электронов, дают
фононы
(колебания решётки). Пластичность обусловлена малым энергетическим барьером для движения
дислокаций
и сдвига кристаллографических плоскостей. Твёрдость можно объяснить большим числом структурных дефектов (междоузельные атомы,
вакансии
и др.).
Из-за лёгкой отдачи электронов возможно окисление металлов, что может приводить к
коррозии
и дальнейшей деградации свойств. Способность к окислению можно узнать по стандартному ряду активности металлов. Этот факт подтверждает необходимость использования металлов в комбинации с другими элементами (
сплав
, важнейшим из которых является
сталь
), их легирование и применение различных покрытий.
Для более корректного описания электронных свойств металлов необходимо использовать
квантовую механику
. Во всех твёрдых телах с достаточной
симметрией
уровни энергии электронов отдельных атомов перекрываются и образуют
разрешённые зоны
, причём зона, образованная валентными электронами, называется
валентной зоной
. Слабая связь валентных электронов в металлах приводит к тому, что валентная зона в металлах получается очень широкой, и всех валентных электронов не хватает для её полного заполнения.
Принципиальная особенность такой частично заполненной зоны состоит в том, что даже при минимальном приложенном напряжении в образце начинается перестройка валентных электронов, т. е. течёт
электрический ток
.
Та же высокая подвижность электронов приводит и к высокой теплопроводности, а также к способности зеркально отражать электромагнитное излучение (что и придаёт металлам характерный блеск).
Некоторые металлы
-
Щелочные
: -
Щёлочноземельные
: -
Переходные
: -
Лёгкие
: - Другие:
Применение металлов
Конструкционные материалы
Металлы и их
сплавы
— одни из главных конструкционных материалов современной цивилизации. Это определяется прежде всего их высокой
прочностью
, однородностью и непроницаемостью для
жидкостей
и
газов
. Кроме того, меняя рецептуру сплавов, можно менять их свойства в очень широких пределах.
Электротехнические материалы
Металлы используются как в качестве хороших
проводников
электричества (медь, алюминий), так и в качестве материалов с повышенным
сопротивлением
для
резисторов
и электронагревательных элементов (
нихром
и т. п.).
Инструментальные материалы
Металлы и их сплавы широко применяются для изготовления инструментов (их рабочей части). В основном это
инструментальные стали
и
твёрдые сплавы
. В качестве инструментальных материалов применяются также
алмаз
,
нитрид бора
,
керамика
.
История развития представлений о металлах
Знакомство человека с металлами началось с
золота
,
серебра
и
меди
, то есть с металлов, встречающихся в свободном состоянии на земной поверхности; впоследствии к ним присоединились металлы, значительно распространенные в природе и легко выделяемые из их соединений:
олово
,
свинец
,
железо
и
ртуть
. Эти семь металлов были знакомы человечеству в глубокой древности. Среди древнеегипетских артефактов встречаются золотые и медные изделия, которые, по некоторым данным, относятся к эпохе, удаленной на 3000—4000 лет от н. э.
К семи известным металлам уже только в
средние века
прибавились
цинк
,
висмут
,
сурьма
и в начале XVIII столетия
мышьяк
. С середины XVIII века число открытых металлов быстро возрастает и к началу XX столетия доходит до 65, а к началу XXI века — до 96.
Ни одно из химических производств не способствовало столько развитию химических знаний, как процессы, связанные с получением и обработкой металлов; с историей их связаны важнейшие моменты истории химии. Свойства металлов так характерны, что уже в самую раннюю эпоху золото, серебро, медь, свинец, олово, железо и ртуть составляли одну естественную группу однородных веществ, и понятие о «металле» относится к древнейшим химическим понятиям. Однако воззрения на их натуру в более или менее определенной форме появляются только в средние века у
алхимиков
. Правда, идеи
Аристотеля
о природе: образовании всего существующего из четырёх элементов (огня, земли, воды и воздуха) уже тем самым указывали на сложность металлов; но эти идеи были слишком туманны и абстрактны. У алхимиков понятие о сложности металлов и, как результат этого, вера в возможность превращать одни металлы в другие, создавать их искусственно, является основным понятием их миросозерцания. Это понятие есть естественный вывод из той массы фактов, относящихся до химических превращений металлов, которые накопились к тому времени. В самом деле, превращение металла в совершенно непохожую на них окись простым прокаливанием на воздухе и обратное получение металла из окиси, выделение одних металлов из других, образование сплавов, обладающих другими свойствами, чем первоначально взятые металлы, и прочее — всё это как будто должно было указывать на сложность их натуры.
Что касается собственно до превращения металлов в золото, то вера в возможность этого была основана на многих видимых фактах. В первое время образование сплавов, цветом похожих на золото, например из меди и цинка, в глазах алхимиков уже было превращением их в золото. Им казалось, что нужно изменить только цвет, и свойства металла также станут другими. В особенности много способствовали этой вере плохо поставленные опыты, когда для превращения неблагородного металла в золото брались вещества, содержавшие примесь этого золота. Например, уже в конце XVIII столетия один копенгагенский аптекарь уверял, что химически чистое серебро при сплавлении с мышьяком отчасти превращается в золото. Этот факт был подтвержден известным химиком
Гитоном де Морво
и наделал много шума. Вскорости потом было показано, что мышьяк, служивший для опыта, содержал следы серебра с золотом.
Так как из семи известных тогда металлов одни легче подвергались химическим превращениям, другие труднее, то алхимики делили их на благородные — совершенные, и неблагородные — несовершенные. К первым принадлежали золото и серебро, ко вторым медь, олово, свинец, железо и ртуть. Последняя, обладая свойствами благородных металлов, но в то же время резко отличаясь от всех металлов своим жидким состоянием и летучестью, чрезвычайно занимала тогдашних ученых, и некоторые выделяли её в особую группу; внимание, привлекавшееся ей, было так велико, что ртуть стали считать в числе элементов, из которых образованы собственно металлы, и в ней именно видели носителя металлических свойств. Принимая существование в природе перехода одних металлов в другие, несовершенных в совершенные, алхимики предполагали, что в обычных условиях это превращение идет чрезвычайно медленно, целыми веками, и, может быть, не без таинственного участия небесных светил, которым в тогдашнее время приписывали такую большую роль и в судьбе человека. По совпадению, известных тогда металлов было семь, как и известных тогда планет, а это ещё более указывало на таинственную связь между ними. У алхимиков металлы часто носят название планет; золото называется
Солнцем
, серебро —
Луной
, медь —
Венерой
, олово —
Юпитером
, свинец —
Сатурном
, железо —
Марсом
и ртуть —
Меркурием
. Когда были открыты цинк, висмут, сурьма и мышьяк, тела, во всех отношениях схожие с металлами, но у которых одно из характернейших свойств металла, ковкость, развито в слабой степени, то они были выделены в особую группу —
полуметаллов
. Деление металлов на собственно металлы и полуметаллы существовало ещё в середине XVIII столетия.
Определение состава металла первоначально было чисто умозрительным. В первое время алхимики принимали, что они образованы из двух элементов —
ртути
и
серы
. Происхождение этого воззрения неизвестно, оно имеется уже в VIII столетии. По
Геберу
доказательством присутствия ртути в металлах служит то, что она их растворяет, и в этих растворах индивидуальность их исчезает, поглощается ртутью, чего не случилось бы, если бы в них не было одного общего с ртутью начала. Кроме того, ртуть со свинцом давала нечто похожее на олово. Что касается серы, то, может быть, она взята потому, что были известны сернистые соединения, по внешнему виду схожие с металлами. В дальнейшем эти простые представления, вероятно, вследствие безуспешных попыток получения металлов искусственно, крайне усложняются, запутываются. В понятиях алхимиков, например Х—XIII столетий, ртуть и сера, из которых образованы металлы, не были теми ртутью и серой, которые имели в руках алхимики. Это было только нечто схожее с ними, обладающее особыми свойствами; нечто такое, которое в обыкновенной сере и ртути существовало реально, было выражено в них в большей степени, чем в других телах. Под ртутью, входящей в состав металлов, представляли нечто, обуславливающее неизменяемость их, металлический блеск, тягучесть, одним словом, носителя металлического вида; под серой подразумевали носителя изменяемости, разлагаемости, горючести металлов. Эти два элемента находились в металлах в различном соотношении и, как тогда говорили, различным образом фиксированные; кроме того, они могли быть различной степени чистоты. По Геберу, например, золото состояло из большого количества ртути и небольшого количества серы в высшей степени чистоты и наиболее фиксированных; в олове, напротив, предполагали много серы и мало ртути, которые были не чисты, плохо фиксированы и прочее. Всем этим, конечно, хотели выразить различное отношение металлов к единственному в тогдашнее время могущественному химическому агенту — огню. При дальнейшем развитии этих воззрений двух элементов — ртути и серы — для объяснения состава металлов алхимикам показалось недостаточно; к ним присоединили соль, а некоторые мышьяк. Этим хотели указать, что при всех превращениях металлов остается нечто не летучее, постоянное. Если в природе «превращение неблагородных металлов в благородные совершается веками», то алхимики стремились создать такие условия, в которых этот процесс совершенствования, созревания шёл бы скоро и легко. Вследствие тесной связи химии с тогдашней медициной и тогдашней биологией, идея о превращении металлов естественным образом отождествлялась с идеей о росте и развитии организованных тел: переход, например, свинца в золото, образование растения из зерна, брошенного в землю и как бы разложившегося, брожение, исцеление больного органа у человека — все это были частные явления одного общего таинственного жизненного процесса, совершенствования, и вызывались одними стимулами. Отсюда само собой понятно, что таинственное начало, дающее возможность получить золото, должно было исцелять болезни, превращать старое человеческое тело в молодое и прочее. Так сложилось понятие о чудесном философском камне.
Что касается роли
философского камня
в превращении неблагородных металлов в благородные, то больше всего существует указаний относительно перехода их в золото, о получении серебра говорится мало. По одним авторам, один и тот же философский камень превращает металлы в серебро и золото; по другим — существуют два рода этого вещества: одно совершенное, другое менее совершенное, и это то последнее и служит для получения серебра. Относительно количества философского камня, требующегося для превращения, указания тоже разные. По одним, 1 часть его способна превратить в золото 10000000 частей металла, по другим — 100 частей и даже только 2 части. Для получения золота плавили какой-нибудь неблагородный металл или брали ртуть и бросали туда философский камень; одни уверяли, что превращение происходит мгновенно, другие же — мало-помалу. Эти взгляды на природу металлов и на способность их к превращениям держатся в общем в течение многих веков до XVII столетия, когда начинают резко отрицать все это, тем более что эти взгляды вызвали появление многих шарлатанов, эксплуатировавших надежду легковерных получить золото. С идеями алхимиков в особенности боролся
Бойль
: «Я бы хотел знать, — говорит он в одном месте, — как можно разложить золото на ртуть, серу и соль; я готов уплатить издержки по этому опыту; что касается меня, то я никогда не мог этого достигнуть».
После вековых бесплодных попыток искусственного получения металлов и при том количестве фактов, которые накопились к XVII столетию, например о роли воздуха при горении, увеличении веса металла при окислении, что, впрочем, знал ещё
Гебер
в VIII столетии, вопрос об элементарности состава металла, казалось, был совсем близок к окончанию; но в химии появилось новое течение, результатом которого явилась флогистонная теория, и решение этого вопроса было ещё отсрочено на продолжительное время.
Тогдашних ученых сильно занимали явления горения. Исходя из основной идеи тогдашней философии, что сходство в свойствах тел должно происходить от одинаковости начал, элементов, входящих в их состав, принимали, что тела горючие заключают общий элемент. Акт горения считался актом разложения, распадения на элементы; при этом элемент горючести выделялся в виде пламени, а другие оставались. Признавая взгляд алхимиков на образование металлов из трёх элементов, ртути, серы и соли, и принимая их реальное существование в металле, горючим началом в них нужно было признать серу. Тогда другой составной частью металла нужно было, очевидно, признать остаток от прокаливания металла — «землю», как тогда говорили; следовательно, ртуть тут ни при чём. С другой стороны, сера сгорает в
серную кислоту
, которую многие, в силу сказанного, считали более простым телом, чем сера, и включили в число элементарных тел. Выходила путаница и противоречие.
Бехер
, чтобы согласовать старые понятия с новыми, принимал существование в металле земли трех сортов: собственно «землю», «землю горючую» и «землю ртутную». В этих-то условиях
Шталь
предложил свою теорию. По его мнению, началом горючести служит не сера и не какое-либо другое известное вещество, а нечто неизвестное, названное им
флогистоном
. Металлы, будто бы, образованы из флогистона и земли; прокаливание металла на воздухе сопровождается выделением флогистона; обратное получение металлов из его земли с помощью угля — вещества, богатого флогистоном — есть акт соединения флогистона с землей. Хотя металлов было несколько и каждый из них при прокаливании давал свою землю, последняя, как элемент, была одна, так что и эта составная часть металла была такого же гипотетического характера, как и флогистон; впрочем, последователи Шталя иногда принимали столько «элементарных земель», сколько было металлов. Когда
Кавендиш
при растворении металлов в кислотах получил
водород
и исследовал его свойства (неспособность поддерживать горение, его взрывчатость в смеси с воздухом и проч.), он признал в нём флогистон Шталя; металлы, по его понятиям, состоят из водорода и «земли». Этот взгляд принимался многими последователями флогистонной теории.
Несмотря на видимую стройность теории флогистона, существовали крупные факты, которые никак нельзя было связать с ней. Ещё Геберу было известно, что металлы при обжигании увеличиваются в весе; между тем, по Шталю, они должны терять флогистон: при обратном присоединении флогистона к «земле» вес полученного металла меньше веса «земли». Таким образом выходило, что флогистон должен обладать каким-то особенным свойством — отрицательным тяготением. Несмотря на все остроумные гипотезы, высказанные для объяснения этого явления, оно было непонятно и вызывало недоумение.
Когда
Лавуазье
выяснил роль воздуха при горении и показал, что прибыль в весе металлов при обжигании происходит от присоединения к металлам кислорода из воздуха, и таким образом установил, что акт горения металлов есть не распадение на элементы, а, напротив, акт соединения, вопрос о сложности металлов был решен отрицательно. Металлы были отнесены к простым химическим элементам, в силу основной идеи Лавуазье, что простые тела суть те, из которых не удалось выделить других тел. С созданием
периодической системы химических элементов
Менделеевым
элементы металлов заняли в ней своё законное место.