Ihmisen tuntemasta 118 alkuaineesta 94 on metalleja. Nämä ovat elementtejä, jotka muodostavat yksinkertaisia aineita, joilla on tyypillinen kiilto, korkea plastisuus ja muokattavuus. Mitä muita ominaisuuksia metalleilla on? Mihin ryhmiin ne on jaettu? Otetaanpa selvää.
Metallit ja niiden ominaisuudet
Metallien kuvaaminen ei ole helppoa. Niitä on vaikea verrata muihin nykymaailmassa tunnettuihin alkuaineisiin tai aineisiin. Normaalissa mielessä metalli on kiinteä harmaa aine, jolla on vahva kiilto. Mutta kaikki on paljon monimutkaisempaa. Suurin osa niistä on todella harmaita, mutta sävyt ovat erilaisia jokaiselle. Gallium on sinertävää, vismutti vaaleanpunaista, kupari kirkkaan punaista, mutta cesiumilla, strontiumilla ja kullalla on keltainen sävy.
Metallit ovat hyvin erilaisia ominaisuuksiensa ilmenemisasteen suhteen. Mutta on ominaisuuksia, jotka yhdistävät heitä. Metallit luovuttavat elektroneja suhteellisen helposti ulommalle tasolle, koska ne ovat heikosti sitoutuneita atomin ytimeen. Niiden sisäistä rakennetta edustaa kidehila, joten normaaleissa olosuhteissa ne ovat kaikki kiinteitä. Ainoa poikkeus on elohopea, joka kovettuu vain alle -38,83:n lämpötiloissa°C.
Metallit ovat erinomaisia lämmön ja sähkön johtimia. Monet niistä ovat erittäin muovisia, kuten kulta, kupari, puhdas kromi, hopea. Ne pystyvät taipumaan tai rypistymään rikkoutumatta. Toiset ovat melko hauraita (mangaani, tina, vismutti).
Metalliryhmät
Samoissa olosuhteissa metallit käyttäytyvät eri tavalla, mikä näkyy jo elohopean esimerkissä. Se muuttuu helposti nestemäiseksi, mutta kaikki aineet eivät toimi samalla tavalla. Sulamispisteestä riippuen erotetaan sulavat ja tulenkestävät metallit. Jälkimmäisiin kuuluvat volframi, tantaali, renium, molybdeeni. Ne sulavat yli 2000 °C:n lämpötiloissa.
Myös raskaat ja kevyet metallit erotetaan toisistaan. Raskas - lyijy, kadmium, koboltti, elohopea, kupari, vanadiini, niillä on suuri atomipaino (yli 50) ja korkea tiheys. Keuhkot ovat juuri päinvastoin. Näitä ovat alumiini, gallium, indium. Litium on kevyin, sen tiheys on 0,533 g/cm³ ja atomimassa 3.
Jaksotaulukossa erotetaan myös alkalinen metalliryhmä (litium, natrium, kalium, rubidium). Ne reagoivat melko helposti veden kanssa muodostaen liukoisen alkalin tai hydroksidin. Kaikki ne ovat erittäin aktiivisia, pehmeitä ja paljon vettä kevyempiä. On myös maa-alkalimetalleja (kalsium, barium, strontium), alkali veden kanssa muodostaa jo niiden oksideja tai maa-aineita. Ne ovat kovempia eivätkä yhtä aktiivisia kuin emäksiset.
Metallien erilaisten ominaisuuksien perusteella ne jaetaan myös:
- Siirtymävaihe.
- Julkaise siirtymäkausi.
- Värillinen.
- Musta.
- Lanthanides.
- Aktinidit.
- Jalo.
- Platinaryhmän metallit.
- Harvinaiset maametallit.
Jalometallit
Metallit toimivat usein pelkistävinä aineina kemiallisissa reaktioissa. Luopumalla elektroneistaan ne käyvät läpi syövyttäviä prosesseja, jotka tuhoavat ne. Hapettavien aineiden vaikutuksesta niiden pinnalle muodostuu oksideja, hydroksideja, joita kutsutaan yleisesti ruosteeksi.
Monet metallit ovat alttiita tällaisille prosesseille. Niiden tuhoajia voivat olla kaasut ja erilaiset nesteet. On kuitenkin olemassa erillinen metalliluokka, joka kestää käytännössä hapettumista ja ruostetta. Nämä ovat jalometalleja. Kaikki ne ovat myös harvinaisia ja arvokkaita. Niiden hinnat vaihtelevat 300 dollarista (hopea) 70 000 dollariin (rodium) kilolta.
Jaloa ovat kulta-, hopea- ja platinaryhmän metallit: platina, rutenium, osmium, palladium, iridium, rodium. Platina, palladium, kulta ja hopea ovat erittäin muovisia, mutta ne eivät kestä liian korkeita lämpötiloja. Muut jalometallit ovat myös tulenkestäviä, ja ne sulavat 2334°C:sta (rutenium) 3033°C:seen (osmium).
Kaikki ne kestävät vettä ja ilmaa, mutta voivat reagoida aggressiivisempien aineiden kanssa. Esimerkiksi hopea liukenee helposti typpihappoon ja tummuu joutuessaan kosketuksiin jodin kanssa. Muuten, jodin avulla voit tarkistaa, onko tuote todella hopeaa.
Luonnossa oleminen
Metallit ovat laajalle levinneitä planeetallamme. suolojen muodossa jayhdisteitä niitä löytyy merivedestä. Ennen kaikkea se on täynnä magnesiumia (0,12 %) ja kalsiumia (1,05 %). Maankuoren runsain metalli on alumiini. Se muodostaa noin 8 % sen kokonaismassasta. Se sisältää myös runsaasti rautaa (4,1 %), kalsiumia (4 %), natriumia (2,3 %), magnesiumia (2,3 %), kaliumia (2,1 %).
Mutta metalleja ei ole vain ulkoisessa ympäristössä. Niitä on missä tahansa elävässä organismissa, ja ne ovat vastuussa monista elintärkeistä toiminnoista. Ihmiskehossa on noin 3 % metalleja. Veren rauta auttaa hemoglobiineja kiinnittämään happea ja vaihtamaan hiilidioksidia. Magnesiumia on lihaksissa ja hermostossa. Se osallistuu proteiinien synteesiin, on vastuussa lihasten rentoutumisesta, estää hermopäätteiden virittymistä.
Meille tarpeellisimmat: magnesium, rauta, natrium, kalsium, kalium, sinkki, kupari, koboltti, mangaani ja molybdeeni. Metalleja löytyy luista, aivoista, muiden elinten kudoksista. Saamme ne vedestä ja ruoasta, ja meidän on jatkuvasti täydennettävä varastojaan. Näiden alkuaineiden puutteessa elimistö ei toimi kunnolla, mutta niiden ylimäärä ei myöskään ole hyvästä.
Hakemus
Ihmiset ovat oppineet käyttämään metalleja lähes kaikilla elämänsä alueilla. Niistä valmistetaan rakennemateriaaleja, johtoja, sähkötekniikkaa, astioita. Epävakaat radioaktiiviset alkuaineet, kuten uraani, kalifornium ja polonium, ovat löytäneet käyttöä ydinvoiman ja aseiden tuotannossa.
Kevyitä ja vahvoja metalleja käytetään avaruusteknologiassa ja autoteollisuudessa. Siinä käytetään erilaisia elementtejälääke-, elintarvike- ja tekstiiliteollisuudessa. Niistä valmistetaan koruja, taloustavaroita sekä lääkkeitä ja lääketieteellisiä instrumentteja. Litiumia käytetään esimerkiksi masennuslääkkeenä, kulta sisältyy niveltulehduksen ja tuberkuloosin lääkkeisiin. Titaania ja tantaalia käytetään kirurgiassa proteesien valmistukseen ja vaurioituneiden kehon osien korvaamiseen.
