METALLIT: HISTORIA, OMINAISUUDET, TYYPIT, KÄYTTÖ, ESIMERKIT - KEMIA - 2025

Metallit on muodostettu joukko elementtejä, jotka on sijoitettu vasemmalle puolelle, lukuun ottamatta Metallittomien vety, jaksollisen. Metallit muodostavat noin 75% kemiallisista alkuaineista, joten voidaan sanoa, että suuri osa luonnosta on metallista.

Metallit, joita ihminen alun perin käsitteli esihistoriassa, olivat seuraavat: kulta, hopea, kupari, tina, lyijy ja rauta. Tämä johtui siitä, että ne olivat kotimaassaan tai koska niitä oli helppo prosessoida hyödyllisten esineiden valmistamiseksi.

Metalliset elementit sinisellä värillä. Vihreät metalloidit ja ruskeat metallit

Vaikuttaa maagiselta, että kiven- ja mineraalipaaluista voidaan erottaa kiiltävät ja hopeakappaleet (tietyin tärkein ja erinomaisin poikkeuksin). Näin on bauksiitti ja alumiini, joiden savirakkeista tämä pelkistetty metalli saadaan arkkina tai hopeapaperina.

Metallit ovat teollisuuden puitteet; sen kaapelointi, reaktorit, yksiköt, säiliöt, kaikki koostuvat jollain tavalla tai toisella metalleista ja niiden seoksista.

Ensimmäiset kolikot, aseet, työkalut ja panssarit tehtiin metalleilla, joita käytettiin myöhemmin ajoneuvojen, polkupyörien, veneiden, lentokoneiden, tietokoneiden valmistukseen muun muassa nykyajan elämän tärkeimmistä esineistä.

Historia

Kupari-ikä

Metallurginen laajennus - Lähde: Metallurgical diffusion.svg Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International -lisenssillä

Vuonna 9000 eKr. Tehtiin Lähi-idässä ensimmäiset väärennetyt kuparimetalliesineet, kun ihminen huomasi, että kuparin lyöminen lisäsi sen lujuutta ja vastuskykyä käyttämällä sitä veitsien valmistukseen. Tämä on kuparikausi.

Havaittiin, että kuparia voidaan saada lämmittämällä sinisiä mineraaleja, kuten korvelliittia ja malakkiittia (4000-3000 eKr.).

Kalkoliittinen ajanjakso on ajanjakso, joka edeltää pronssikautta, vastaten 5000 - 3000 eKr. Ihminen alkoi kokeilla kuparin sulamista ja sulatusta kuparioksidista taotun kuparin saamiseksi.

Pronssikausi (3 000 - 1 500 eKr.)

Materiaalit pronssikaudelta - Lähde: Gaguilella Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International -lisenssillä.

Ihminen todennäköisesti alkoi vahingossa valmistaa seoksia, aluksi kuparista ja arseenista, myöhemmin kuparista ja tinaa, pronssin saamiseksi Lähi-idästä.

Tätä aikaa vastaavissa pronssiesineissä oli 87% kuparia, 11% tinaa ja pieniä määriä rautaa, arseenia, nikkeliä, lyijyä ja antimonia.

Rautakausi (700 eKr.)

Mies käytti kokemustaan ​​takoitetun kuparin tuotannossa takoradan tuottamiseksi Lähi-idässä. Samana ajanjaksona etruskijauhetta rakeistettiin Italiassa.

Varhaisin tunnettu teräksen, raudan ja hiilen seoksen valmistus tapahtui metallikappaleina Anatolian arkeologisessa paikassa (1800 eKr.)

Noin jKr 1122, tuntemattomana ajankohtana ja paikassa, valurauta tuotiin. Vuonna 1440 jKr. Valmistettiin Kiinan Pekingin suuri kello. Melkein kolme vuosisataa myöhemmin, vuonna 1709 jKr., Sulaa rautaa tuotetaan käyttämällä koksia polttoaineena.

Vuonna 1779 valurautaa käytettiin Englannissa arkkitehtonisena materiaalina. Vuonna 1855 Henry Bessenir käytti raaka-aineena raakarautaa maidon teräksen saamiseksi. Englantilaiset Clark and Wood (1872) patentoivat seoksen, jota pidetään tällä hetkellä ruostumattomana teräksenä.

Metallien fysikaaliset ominaisuudet

Näiden muinaisten kellojen pronssi osoittaa metallien käyttökelpoisuuden koriste- tai uskonnollisissa tarkoituksissa. Lähde: Pxhere.

Joidenkin metallien fysikaalisten ominaisuuksien joukossa meillä on:

-Metallit ovat kiiltäväpintaisia ​​ja kykenevät heijastamaan valoa.

-Yleensä ne ovat hyviä sähkön ja lämmön johtajia.

-Neillä on korkea sulamis- ja kiehumispiste.

- Ne ovat muovattavia, ts. Ne voidaan vasarata, jotta saadaan ohuita arkkeja.

-Ne ovat sitkeitä, ja niiden avulla voit valmistaa lankoja tai kuituja, joiden halkaisija on erittäin pieni.

- Ne esitetään kiinteässä tilassa, lukuun ottamatta elohopeaa, joka on nestemäisessä tilassa huoneenlämpötilassa, ja galliumia, joka sulaa vain puristamalla sitä kätesi välillä. Seuraavassa kuvassa voit nähdä elohopea-astian:

-Ne ovat läpinäkymättömiä kappaleita, niiden ohuita levyjä ei ylitä valo.

-Ne ovat erittäin kovia paitsi natriumia ja kaliumia, jotka voidaan leikata veitsellä.

-Neillä on korkea tiheys, osmiumilla ja iridiumilla on suurin tiheys ja litiumilla on alhaisin tiheys.

Metallien kemialliset ominaisuudet

Joidenkin metallien kemiallisten ominaisuuksien joukossa meillä on:

-Neillä on taipumus menettää elektroneja ja muodostua metallikationeista, Mn ⁺, missä n ilmaisee niiden hapetuslukumäärän, joka vain alkali- ja maa-alkalimetallien kohdalla vastaa niiden valenssilukua.

-Se elektronegatiivisuus on alhainen.

-Ne syövyttävät ja kokevat hapettumisvaurioita.

- Muodostetaan emäksisiä oksideja reagoidessaan hapen kanssa. Nämä oksidit yhdessä veden kanssa muodostavat metallihydroksideja. Metallioksidit reagoivat happojen kanssa muodostaen suoloja ja vettä.

-Ne ovat hyviä pelkistäviä aineita, koska ne luopuvat elektronistaan.

Metallilajit

Metallit luokitellaan seuraaviin: alkaliset, maa-alkaliset, siirtymävaiheen jälkeiset, siirtymäkauden ja ns. Harvinaiset maametallit.

Alkalimetallit

Niitä ei yleensä löydetä luonnosta, koska ne hapettuvat helposti. Niiden ulkokehässä on suborbitaali s ¹, joten heillä on +1 hapetustila. Ne ovat metalleja, jotka reagoivat eksotermisesti veden kanssa ja pelkistävät voimakkaasti.

Maa-alkalimetallit

Ne ovat muovattavia ja muovautuvia metalleja. Atomit elementtien tämän ryhmän on s ² kokoonpanon, jotta he voivat antaa jopa kaksi elektronia ja niiden hapetusaste on +2. Lukuun ottamatta berylliumia, ne hapettuvat ilmaan joutuessaan.

Siirtymäkauden jälkeiset metallit

Ne ovat ns. P-lohkon metalleja, jotka sijaitsevat siirtymämetallien ja jaksotaulukon metalloidien välillä.

Ryhmän 3 elementeillä on yleisimmät hapetustilat +1 ja +3, vaikkakin alumiinilla on vain hapetustila +3. Myös osa siirtymävaiheen jälkeisistä metalleista sijaitsevat ryhmissä 14 ja 15.

Siirtymämetallit d

Ne muodostavat ryhmän, joka löytyy emästä muodostavista elementeistä ja happea muodostavista elementeistä. D- ja f-atomien kiertoradat ovat epätäydellisiä ja täyttäviä. Vaikka termi siirtymämetallit viittaa siirtymämetalleihin d.

Siirtymämetalleilla on enemmän kuin yksi hapetustila. Niillä on korkeammat sulamis- ja kiehumispisteet kuin muilla metalliryhmillä. Siirtymämetallit on erittäin heterogeeninen metalliryhmä, johon sisältyy muun muassa rauta, kromi, hopea jne.

Harvinaiset maametallit

Harvinaisten maametallien malmi

Tämä metalliryhmä koostuu skandium- ja yttrium-elementeistä sekä lantanidien ja aktinidien sarjojen elementeistä. Termi 'harvinaiset maametallit' viittaa siihen, että niitä ei löydy luonnossa puhtaissa olosuhteissa ja että ne ovat happojen tavoitettavissa.

Sovellukset

Alkalimetallit

Litiumia käytetään lämmönsiirtoaineena joissakin ydinreaktoreissa. Sitä käytetään joissakin kuivissa paristoissa ja kevyissä akuissa. Litiumkloridi ja litiumbromidi ovat hygroskooppisia yhdisteitä, joita käytetään teollisuuden kuivaus- ja ilmastointiprosesseissa.

Natriumia käytetään metallien metallurgiassa, kuten titaani ja zirkonium. Sitä käytetään julkisessa valaistuksessa natriumkaarilampuissa. Natriumkloridia (NaCl) käytetään elintarvikearomina ja lihan säilömiseen.

Maa-alkalimetallit

Magnesiota käytettiin valokuvauksessa salaman valona ja ilotulitteena. Barium on komponentti seoksista, joita käytetään sytytystulppissa, koska elementti on helppo emittoida elektroneja. Bariumsuoloja käytetään rajoittamaan ruuansulatuskanavan röntgenvaurioita.

Kalsiumia käytetään sulan metallin liuenneiden epäpuhtauksien poistamiseen ja jätekaasujen poistamiseen tyhjiöputkissa. Se on osa kipsiä, materiaalia, jota käytetään rakentamisessa ja luunmurtumien hoidossa.

Siirtymäkauden jälkeiset metallit

Alumiinia, koska se on kevytmetalli, käytetään lentokoneiden ja alusten rakentamiseen. Sitä käytetään myös lukuisten keittiövälineiden valmistuksessa. Sitä käytetään raaka-aineena hikoilua rajoittavien deodoranttien valmistuksessa.

Galliumia käytetään korkean lämpötilan transistoreissa ja lämpömittarissa. ⁶⁷ Ga -isotooppia käytetään lääketieteessä joidenkin melanoomien hoitoon. Lyijyä käytetään paristojen valmistuksessa ja ionisoivalta säteilyltä suojautumiseen.

Siirtymämetallit

Kuparia käytetään vesijohtoputkissa, jääkaappeissa ja ilmastointijärjestelmissä. Sitä käytetään myös osana tietokoneiden lämmönpoistomekanismia. Sitä käytetään sähkön johtamiseen, sähkömagneeteissa ja lasien värjäyksessä.

Nikkeliä käytetään ruostumattoman teräksen valmistukseen, samoin kuin kitarakielissä ja ladattavissa akkuissa. Sitä käytetään myös galvanointiin metallien suojaamisessa. Sitä käytetään seoksissa, joita löytyy ajoneuvojen osista, kuten venttiileistä, laakereista ja jarruista.

Nikkeliä on käytetty pitkään kolikoiden valmistuksessa.

Sinkkiä käytetään metallien suojaamiseen korroosiolta messingin valmistuksessa. Sinkkioksidia ja sinkkisulfaattia käytetään levyjen valmistuksessa, joita käytetään kattoissa, kouruissa ja alaosissa.

Kromia käytetään suojaamaan metalleja korroosiolta ja antaa niille kiiltoa. Sitä käytetään katalyyttinä synteesin reaktio ammoniakin (NH ₃). Kromioksidia käytetään puun suojaamiseen.

Harvinaiset maametallit

Scandiumia käytetään alumiiniseoksissa ilmailu- ja avaruusteollisuuden komponenteissa. Se on lisäaine elohopeahöyrylampuissa.

Lantaania käytetään alkalitiivisissä, korkean taitekerroinlasissa. Lisäksi sitä käytetään kameralinssien valmistuksessa ja katalyyttisen krakkauskatalysaattorina öljynjalostamoille.

Ceriumia käytetään kemiallisena hapettimena. Lisäksi sitä käytetään keltaisen värilasin toimittamiseen lasissa ja keramiikassa sekä katalysaattorina itsepuhdistuville uuneille.

Esimerkkejä metallisista elementeistä

Emäksinen

Natrium (Na), kalium (K), cesium (Cs), litium (Li) ja rubidium (Ru).

Maa-alkalimetallien

Berryllium (Be), magnesium (Mg), kalsium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba) ja radium (Ra).

Post-siirtymäkauden

Alumiini (Al), gallium (Ga), indium (sisään), talliumi (Tl), tina (Sn) ja lyijy (Pb).

siirtymävaiheen

Titaani (Ti), vanadiini (V), kromi (Cr), mangaani (Mn), rauta (Fe), koboltti (ko), nikkeli (Ni), kupari (Cu), sinkki (Zn), zirkonium (Zr), niobium (Nb), molybdeeni (Mo), palladium (Pd), hopea (Ag), volframi (W), renium (Re), osmium (Os), iridium (Ir)

Platinum (Pt), kulta (Au) ja elohopea (Hg).

Harvinaiset maametallit

Skandium (Sc), yttrium (Y), lantaani (La), cerium (Ce), praseodyymi (Pr), neodyymi (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), holmium (Ho), erbium (Er), perium (Tm), ytterbium (Yb) ja lutetium (Lu).

Viitteet

1. Whitten, Davis, Peck ja Stanley. (2008). Kemia (8. painos). CENGAGE -oppiminen.
2. Shiver ja Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos). Mc Graw Hill.
3. Helmenstine, tohtori Anne Marie (5. lokakuuta 2019). Metals versus nonmetals. Palautettu osoitteesta: gondo.com
4. Metallit ja niiden ominaisuudet - fysikaaliset ja kemialliset.. Palautettu: csun.edu
5. Jonathan Maes. (2019). 18 erityyppistä metallia (tosiasiat ja käyttötavat). Palautettu osoitteesta: makeitfrommetal.com