METALE: HISTORIA, WŁAŚCIWOŚCI, RODZAJE, ZASTOSOWANIA, PRZYKŁADY - CHEMIA - 2025

Do metali są utworzone przez zespół elementów, które znajdują się po lewej stronie, z wyjątkiem niemetali wodoru, układu okresowego pierwiastków. Metale stanowią około 75% pierwiastków chemicznych, można więc powiedzieć, że duża część przyrody ma charakter metaliczny.

Metale, które człowiek początkowo przetwarzał w prehistorii, to: złoto, srebro, miedź, cyna, ołów i żelazo. Wynikało to z faktu, że były w swoim rodzimym stanie lub dlatego, że były łatwe w obróbce, aby stworzyć użyteczne przedmioty.

Metalowe elementy w kolorze niebieskim. Metaloidy w kolorze zielonym i niemetale w kolorze brązowym

Wydaje się magiczne, że ze stosów skał i minerałów można wydobywać błyszczące i srebrne ciała (z pewnymi ważnymi i wyjątkowymi wyjątkami). Tak jest w przypadku boksytu i aluminium, z których skał gliniastych ten zredukowany metal uzyskuje się w arkuszach lub srebrnych papierach.

Metale stanowią szkielet przemysłu; jego okablowanie, reaktory, jednostki, kontenery, wszystkie w taki czy inny sposób wykonane są z metali i ich stopów.

Pierwsze monety, broń, narzędzia, zbroje zostały wykonane z metali, aby później wykorzystać je do produkcji pojazdów, rowerów, łodzi, samolotów, komputerów, między innymi niezbędnymi przedmiotami współczesnego życia.

Historia

Epoka miedzi

Ekspansja metalurgiczna - źródło: Metallurgical diffusion.svg na licencji Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International

W 9000 rpne pierwsze kute miedziane metalowe przedmioty zostały wykonane na Bliskim Wschodzie, kiedy człowiek odkrył, że młotkowanie miedzi zwiększa jej wytrzymałość i odporność, używając jej do produkcji noży. To jest epoka miedzi.

Odkryto, że miedź można uzyskać przez ogrzewanie niebieskich minerałów, takich jak korwelit i malachit (4000-3000 pne).

Okres chalkolityczny to okres poprzedzający epokę brązu, odpowiadający okresowi 5000-3000 pne Człowiek zaczął eksperymentować z topieniem i wytapianiem miedzi w celu uzyskania miedzi wykutej z tlenku miedzi.

Epoka brązu (3000-1,500 pne)

Materiały z epoki brązu - źródło: Gaguilella na licencji Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International.

Człowiek prawdopodobnie przypadkowo zaczął wytwarzać stopy, początkowo miedzi i arsenu, a później miedzi i cyny, w celu uzyskania brązu na Bliskim Wschodzie.

Wyroby z brązu, odpowiadające temu okresowi, zawierały 87% miedzi, 11% cyny i niewielkie ilości żelaza, arsenu, niklu, ołowiu i antymonu.

Epoka żelaza (700 pne)

Mężczyzna wykorzystał swoje doświadczenie w produkcji kutej miedzi do produkcji kutego żelaza na Bliskim Wschodzie. W tym samym okresie we Włoszech nastąpiła granulacja proszku etruskiego.

Najwcześniejsza znana produkcja stali, stopu żelaza i węgla, przejawiała się w kawałkach metalu na stanowisku archeologicznym w Anatolii (1800 pne)

Około 1122 r., W nieznanym czasie i miejscu, wprowadzono żeliwo. W 1440 roku wyprodukowano Wielki Dzwon w Pekinie w Chinach. Prawie trzy wieki później, w 1709 r., Stopione żelazo jest produkowane przy użyciu koksu jako materiału paliwowego.

W 1779 roku żeliwo zostało użyte w Anglii jako materiał architektoniczny. W 1855 roku Henry Bessenir użył surówki jako surowca do uzyskania stali miękkiej. Angielski Clark and Wood (1872) opatentował stop, obecnie uważany za stal nierdzewną.

Właściwości fizyczne metali

Brąz tych starożytnych dzwonów świadczy o przydatności metali do celów zdobniczych lub religijnych. Źródło: Pxhere.

Wśród niektórych właściwości fizycznych metali mamy:

-Metale mają błyszczący wygląd i mogą odbijać światło.

- Ogólnie są dobrymi przewodnikami elektryczności i ciepła.

-Mają wysoką temperaturę topnienia i wrzenia.

-Są ciągliwe, to znaczy można je młotkować w celu uzyskania cienkich arkuszy.

-Są ciągliwe, dzięki czemu można wykonać druty lub włókna o bardzo małej średnicy.

- Występują w stanie stałym, z wyjątkiem rtęci, która jest w stanie ciekłym w temperaturze pokojowej oraz galu, który topi się po prostu przez ściśnięcie go w dłoniach. Na poniższym obrazku widać pojemnik z rtęcią:

-To są nieprzezroczyste ciała, ich cienkie arkusze nie są przecinane przez światło.

-Są bardzo twarde, z wyjątkiem sodu i potasu, które można przeciąć nożem.

-Mają dużą gęstość, przy czym osm i iryd mają największą gęstość, a lit ma najniższą gęstość.

Właściwości chemiczne metali

Wśród niektórych właściwości chemicznych metali mamy:

-Mają tendencję do utraty elektronów i tworzenia kationów metali, M ^{n +} , gdzie n oznacza ich stopień utlenienia, który tylko dla metali alkalicznych i ziem alkalicznych pokrywa się z ich liczbą walencyjną.

-Jego elektroujemności są niskie.

- Korodują i ulegają uszkodzeniom oksydacyjnym.

-Formowanie zasadowych tlenków podczas reakcji z tlenem. Te tlenki w połączeniu z wodą tworzą wodorotlenki metali. Tlenki metali reagują z kwasami, tworząc sole i wodę.

-Są dobrymi reduktorami, ponieważ oddają swoje elektrony.

Rodzaje metali

Metale dzieli się na: alkaliczne, ziem alkalicznych, przejściowe, przejściowe oraz tzw. Metale ziem rzadkich.

Metale alkaliczne

Zwykle nie są one wolne w naturze, ponieważ łatwo się utleniają. Mają suborbital s ¹ w zewnętrznej powłoce orbitalnej, więc mają stopień utlenienia +1. Są to metale, które reagują egzotermicznie z wodą i silnie redukują.

Metale ziem alkalicznych

Są to plastyczne i ciągliwe metale. Atomy pierwiastków z tej grupy mają konfigurację s ² , więc mogą oddać dwa elektrony, a ich stopień utlenienia wynosi +2. Z wyjątkiem berylu, ulegają utlenieniu pod wpływem powietrza.

Metale przejściowe

Są to metale tzw. Bloku p, znajdujące się pomiędzy metalami przejściowymi a metaloidami w układzie okresowym.

Pierwiastki z grupy 3 mają najczęściej występujące stopnie utlenienia +1 i +3, chociaż aluminium ma tylko stopień utlenienia +3. Również część metali występujących po okresie przejściowym znajduje się w grupach 14 i 15.

Metale przejściowe d

Tworzą grupę, która znajduje się pomiędzy elementami zasadotwórczymi i kwasotwórczymi. Orbitale atomowe d i f są niekompletne i wypełnione. Chociaż termin metale przejściowe odnosi się do metali przejściowych d.

Metale przejściowe mają więcej niż jeden stopień utlenienia. Mają wyższą temperaturę topnienia i wrzenia niż inne grupy metali. Metale przejściowe to bardzo niejednorodna grupa metali, w skład której wchodzą między innymi żelazo, chrom, srebro itp.

Ziemie rzadkie

Ruda ziem rzadkich

Ta grupa metali składa się z pierwiastków skandu i itru oraz elementów szeregu lantanowców i aktynowców. Termin „metale ziem rzadkich” odnosi się do faktu, że nie występują one w naturze w stanie czystym i są atakowane przez kwasy.

Aplikacje

Metale alkaliczne

Lit jest używany jako nośnik ciepła w niektórych reaktorach jądrowych. Jest stosowany w niektórych suchych bateriach i lekkich akumulatorach. Chlorek litu i bromek litu to związki higroskopijne stosowane w przemysłowych procesach suszenia i klimatyzacji.

Sód jest stosowany w metalurgii metali, takich jak tytan i cyrkon. Znajduje zastosowanie w oświetleniu publicznym w sodowych lampach łukowych. Chlorek sodu (NaCl) jest stosowany jako przyprawa do żywności i do konserwowania mięsa.

Metale ziem alkalicznych

Magnez był używany w fotografii jako lampa błyskowa i fajerwerki. Bar jest składnikiem stopów stosowanych w świecach zapłonowych ze względu na łatwość emitowania elektronów przez pierwiastek. Sole baru służą do ograniczania uszkodzeń płytek w przewodzie pokarmowym spowodowanych promieniowaniem rentgenowskim.

Wapń służy do usuwania rozpuszczonych zanieczyszczeń w stopionych metalach oraz do usuwania gazów odlotowych w rurach próżniowych. Wchodzi w skład gipsu, materiału wykorzystywanego w budownictwie i leczeniu złamań kości.

Metale przejściowe

Aluminium, ponieważ jest metalem lekkim, jest wykorzystywane do budowy samolotów i statków. Wykorzystywany jest również do produkcji wielu przyborów kuchennych. Jest używany jako surowiec do produkcji dezodorantów ograniczających pocenie się.

Gal jest używany w tranzystorach wysokotemperaturowych i termometrach. Izotop ⁶⁷ Ga jest stosowany w medycynie do leczenia niektórych czerniaków. Ołów jest używany do budowy akumulatorów oraz do ochrony przed promieniowaniem jonizującym.

Metale przejściowe

Miedź jest stosowana w rurach wodociągowych, lodówkach i systemach klimatyzacyjnych. Jest również używany jako część mechanizmu rozpraszania ciepła komputerów. Stosowany jest do przewodzenia prądu elektrycznego, w elektromagnesach oraz do kolorowania okularów.

Nikiel jest używany do produkcji stali nierdzewnej, a także strun do gitary i akumulatorów. Znajduje również zastosowanie w galwanotechnice w ochronie metali. Jest stosowany w stopach znajdujących się w częściach pojazdów, takich jak zawory, łożyska i hamulce.

Nikiel od dawna jest używany do produkcji monet.

Cynk służy do ochrony metali przed korozją przy produkcji mosiądzu. Tlenek cynku i siarczan cynku są wykorzystywane do produkcji blach stosowanych na dachy, rynny i rury spustowe.

Chrom służy do ochrony metali przed korozją i nadaje im połysk. Stosowany jest jako katalizator w reakcji syntezy amoniaku (NH ₃ ). Tlenek chromu służy do ochrony drewna.

Ziemie rzadkie

Skand jest stosowany w stopach z aluminium na komponenty lotnicze. Jest dodatkiem do lamp rtęciowych.

Lantan jest stosowany w odpornych na alkalia szkłach o wysokim współczynniku załamania światła. Ponadto jest używany do produkcji obiektywów do kamer oraz jako katalizator krakowania katalitycznego w rafineriach ropy naftowej.

Cer jest używany jako chemiczny środek utleniający. Dodatkowo służy do nadawania żółtego zabarwienia szkła i ceramiki, a także jako katalizator do samoczyszczących piekarników.

Przykłady elementów metalowych

Alkaliczny

Sód (Na), potas (K), cez (Cs), lit (Li) i rubid (Ru).

Alkaliczno-ziemny

Beryl (Be), magnez (Mg), wapń (Ca), stront (Sr), bar (Ba) i rad (Ra).

Post-przejściowy

Glin (Al), gal (Ga), ind (In), tal (Tl), cyna (Sn) i ołów (Pb).

Przejściowy

Tytan (Ti), Wanad (V), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Żelazo (Fe), Kobalt (Co), Nikiel (Ni), Miedź (Cu), Cynk (Zn), Cyrkon (Zr), niob (Nb), molibden (Mo), pallad (Pd), srebro (Ag), wolfram (W), ren (Re), osm (Os), iryd (Ir),

Platyna (Pt), Złoto (Au) i Rtęć (Hg).

Ziemie rzadkie

Skand (Sc), itr (Y), lantan (La), cer (Ce), prazeodym (Pr), neodym (Nd), samar (Sm), europ (Eu), gadolin (Gd), holm (Ho), erb (Er), tul (Tm), iterb (Yb) i lutet (Lu).

Bibliografia

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia (8th ed.). CENGAGE Learning.
2. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (05 października 2019). Metale kontra niemetale. Odzyskany z: thinkco.com
4. Metale i ich właściwości - fizyczne i chemiczne. . Odzyskany z: csun.edu
5. Jonathan Maes. (2019). 18 różnych rodzajów metalu (fakty i zastosowania). Odzyskany z: makeitfrommetal.com