Metale to grupa pierwiastków o unikalnych właściwościach, takich jak przewodność elektryczna, wysoki współczynnik przenikania ciepła, dodatni współczynnik oporu, charakterystyczny połysk i względna ciągliwość. Ten rodzaj substancji jest prosty pod względem związków chemicznych.
Klasyfikacja według grup
Metale należą do materiałów najczęściej używanych przez ludzkość w całej jej historii. Większość z nich znajduje się w środkowych warstwach skorupy ziemskiej, ale są też takie, które są ukryte głęboko w osadach górskich.
Obecnie metale zajmują większość układu okresowego pierwiastków (94 z 118 pierwiastków). Spośród oficjalnie uznanych grup warto zwrócić uwagę na następujące grupy:
1. Alkaliczne (lit, potas, sód, frans, cez, rubid). W kontakcie z wodą tworzą wodorotlenki.
2. Ziemia alkaliczna (wapń, bar, stront, rad). Różnią się gęstością i twardością.
3. Światło (aluminium, ołów, cynk, gal, kadm, cyna, rtęć). Często stosowany w stopach ze względu na niską gęstość.
4. przejściowy (uran,złoto, tytan, miedź, srebro, nikiel, żelazo, kob alt, platyna, pallad itp.). Mają zmienny stopień utlenienia.
5. Półmetale (german, krzem, antymon, bor, polon itp.). Mają w swojej strukturze krystaliczną sieć kowalencyjną.
6. Aktynowce (ameryk, tor, aktyn, berkel, kiur, ferm itp.).
7. Lantanowce (gadolin, samar, cer, neodym, lutet, lantan, erb itp.).
Warto zauważyć, że w skorupie ziemskiej znajdują się metale i te, które nie są zdefiniowane w grupach. Należą do nich magnez i beryl.
Związki rodzime
W naturze istnieje osobna klasa kodyfikacji krystaliczno-chemicznej. Te pierwiastki obejmują metale rodzime. Są to minerały, które nie są ze sobą powiązane. Najczęściej metale rodzime w przyrodzie powstają w wyniku procesów geologicznych.
45 znane są substancje w stanie krystalicznym w skorupie ziemskiej. Większość z nich ma charakter niezwykle rzadki, stąd ich wysoki koszt. Udział takich pierwiastków to zaledwie 0,1%. Należy zauważyć, że znalezienie tych metali jest również pracochłonnym i kosztownym procesem. Opiera się na wykorzystaniu atomów o stabilnych powłokach i elektronach.
Metale rodzime są również nazywane szlachetnymi. Charakteryzują się bezwładnością chemiczną i stabilnością związków. Należą do nich złoto, pallad, platyna, iryd, srebro, ruten itp. Miedź najczęściej występuje w przyrodzie. Żelazo w stanie rodzimym występuje głównie w złożach górskich w postaci meteorytów. przez większośćrzadkie pierwiastki z tej grupy to ołów, chrom, cynk, ind i kadm.
Podstawowe funkcje
Prawie wszystkie metale w normalnych warunkach są twarde i odporne. Wyjątkiem są frans i rtęć, metale alkaliczne. Temperatura topnienia dla wszystkich elementów grupy jest inna. Jego zakres waha się od -39 do +3410 stopni Celsjusza. Wolfram uważany jest za najbardziej odporny na topienie. Jego związki tracą swoją odporność dopiero w temperaturach powyżej +3400 C. Należy odróżnić ołów i cynę od metali łatwo topliwych.
Ponadto elementy są podzielone według gęstości (lekkie i ciężkie) oraz plastyczności (twarde i miękkie). Wszystkie związki metali bardzo dobrze przewodzą prąd. Ta właściwość wynika z obecności sieci krystalicznych z aktywnymi elektronami. Miedź, srebro i aluminium mają maksymalną przewodność, sód ma nieco niższą przewodność. Warto zwrócić uwagę na wysokie właściwości termiczne metali. Srebro jest uważane za najlepszy przewodnik ciepła, rtęć jest najgorsza.
Metale w środowisku
Najczęściej pierwiastki te można znaleźć w postaci związków i rud. Metale w przyrodzie tworzą siarczyny, tlenki, węglany. W celu oczyszczenia związków należy najpierw wyizolować je ze składu rudy. Kolejnym krokiem będzie stopowanie i obróbka końcowa.
W metalurgii przemysłowej rozróżnia się rudy żelazne i nieżelazne. Te pierwsze zbudowane są na bazie związków żelaza, drugie na innych metalach. Platyna, złoto i srebro są uważane za metale szlachetne. Większość z nich znajduje się w skorupie ziemskiej. Jednakżew mniejszym stopniu woda morska również stanowi niewielką część.
Istnieją szlachetne pierwiastki nawet w żywych organizmach. Osoba zawiera około 3% związków metali. W większości organizm zawiera sód i wapń, które działają jak elektrolit międzykomórkowy. Magnez jest niezbędny do prawidłowego funkcjonowania ośrodkowego układu nerwowego i masy mięśniowej, żelazo jest dobre dla krwi, miedź jest dobre dla wątroby.
Znajdowanie związków metali
Większość elementów znajduje się wszędzie pod górną warstwą gleby. Najpopularniejszym metalem w skorupie ziemskiej jest aluminium. Jego odsetek waha się w granicach 8,2%. Znalezienie najpowszechniejszego metalu w skorupie ziemskiej nie jest trudne, ponieważ występuje on w postaci rud.
Żelazo i wapń występują w przyrodzie nieco rzadziej. Ich odsetek wynosi 4,1%. Następnie magnez i sód - po 2,3%, potas - 2,1%. Pozostałe metale w przyrodzie zajmują nie więcej niż 0,6%. Warto zauważyć, że magnez i sód mogą być wydobywane w równym stopniu zarówno w ziemi, jak i w wodzie morskiej.
Metalowe pierwiastki występujące w naturze występują w postaci rud lub w stanie rodzimym, takim jak miedź czy złoto. Istnieją substancje, które trzeba pozyskać z tlenków i siarczków, na przykład hematyt, kaolin, magnetyt, galena itp.
Produkcja metalu
Procedura wydobywania pierwiastków sprowadza się do wydobywania minerałów. Znajdowanie metali w przyrodzie w postaci rud jest najprostszym i najczęstszym procesem w przemyśle ogólnym. Do wyszukiwaniazłoża krystaliczne, specjalny sprzęt geologiczny służy do analizy składu substancji na danym kawałku ziemi. Rzadziej obecność metali w przyrodzie sprowadza się do banalnej metody podziemnej odkrywkowej.
Po wydobyciu rozpoczyna się etap wzbogacania, w którym koncentrat rudy jest oddzielany od pierwotnego minerału. Do rozróżniania pierwiastków stosuje się zwilżanie, prąd elektryczny, reakcje chemiczne, obróbkę cieplną. Najczęściej uwalnianie rudy metalu następuje w wyniku topienia, czyli ogrzewania z odzyskiem.
Wydobycie aluminium
Hutnictwo metali nieżelaznych jest zaangażowane w ten proces. Pod względem konsumpcji i produkcji jest liderem wśród innych gałęzi przemysłu ciężkiego. Najpopularniejszy metal w skorupie ziemskiej jest bardzo poszukiwany we współczesnym świecie. Pod względem produkcji aluminium ustępuje tylko stali.
Przede wszystkim ten element jest używany w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym i elektrycznym. Warto zauważyć, że najpowszechniejszy metal w skorupie ziemskiej można również uzyskać „sztucznymi” środkami. Do takiej reakcji chemicznej wymagane są boksyty. Tworzą tlenek glinu. Łącząc tę substancję z elektrodami węglowymi i solą fluorkową pod działaniem prądu elektrycznego, można uzyskać najczystszą rudę aluminium.
Chiny są wiodącym krajem wśród producentów tego komponentu. Rocznie wytapia się tam do 18,5 mln ton metalu. Liderem w podobnym rankingu wydobycia aluminium jest rosyjsko-szwajcarskie stowarzyszenie UC RUSAL.
Zastosowanie metali
Wszystkie elementy grupy są trwałe, nieprzepuszczalne i stosunkowo odporne na temperaturę. Dlatego metale są tak powszechne w życiu codziennym. Dziś są wykorzystywane do produkcji przewodów elektrycznych, rezystorów, urządzeń AGD i artykułów gospodarstwa domowego.
Metale są idealnym materiałem konstrukcyjnym i narzędziowym. W budownictwie stosuje się stopy czyste i kombinowane. W inżynierii i lotnictwie główne połączenia to stal i twardsze wiązania.
