Metalai yra grupė elementų, pasižyminčių unikaliomis savybėmis, tokiomis kaip elektros laidumas, didelis šilumos perdavimas, teigiamas atsparumo koeficientas, būdingas blizgesys ir santykinis plastiškumas. Šios rūšies medžiagos yra paprastos cheminių junginių atžvilgiu.
Klasifikavimas pagal grupes
Metalai yra viena iš dažniausiai žmonijos naudotų medžiagų per visą savo istoriją. Dauguma jų yra viduriniuose žemės plutos sluoksniuose, tačiau yra ir tokių, kurios pasislėpusios giliai kalnų nuosėdose.
Šiuo metu metalai užima didžiąją dalį periodinės lentelės (94 iš 118 elementų). Iš oficialiai pripažintų grupių verta paminėti šias grupes:
1. Šarminis (litis, kalis, natris, francis, cezis, rubidis). Susilietus su vandeniu, susidaro hidroksidai.
2. Šarminės žemės (kalcis, baris, stroncis, radis). Skiriasi tankis ir kietumas.
3. Šviesa (aliuminis, švinas, cinkas, galis, kadmis, alavas, gyvsidabris). Dažnai naudojamas lydiniuose dėl mažo tankio.
4. pereinamasis (urano,auksas, titanas, varis, sidabras, nikelis, geležis, kob altas, platina, paladis ir kt.). Jie turi kintamą oksidacijos būseną.
5. Pusmetalai (germanis, silicis, stibis, boras, polonis ir kt.). Jų struktūroje yra kristalinė kovalentinė gardelė.
6. Aktinidai (americis, toris, aktinis, berkelis, curium, fermis ir kt.).
7. Lantanidai (gadolinis, samaris, ceris, neodimis, liutecis, lantanas, erbis ir kt.).
Verta atkreipti dėmesį, kad žemės plutoje yra metalų ir tokių, kurie nėra apibrėžti grupėmis. Tai apima magnį ir berilį.
Vietiniai junginiai
Gamtoje yra atskira kristalinės cheminės kodifikacijos klasė. Šie elementai apima vietinius metalus. Tai vienas su kitu nesusiję mineralai. Dažniausiai vietiniai metalai gamtoje susidaro dėl geologinių procesų.
45 medžiagos yra žinomos kristalinės būsenos žemės plutoje. Daugelis jų gamtoje yra labai reti, todėl jų kaina yra didelė. Tokių elementų dalis yra tik 0,1%. Reikėtų pažymėti, kad šių metalų paieška taip pat yra sunkus ir brangus procesas. Jis pagrįstas atomų su stabiliais apvalkalais ir elektronų naudojimu.
Gimtieji metalai taip pat vadinami tauriaisiais. Jiems būdinga cheminė inercija ir junginių stabilumas. Tai auksas, paladis, platina, iridis, sidabras, rutenis ir kt. Varis dažniausiai randamas gamtoje. Geležis gimtojoje valstybėje daugiausia yra kalnų nuosėdose meteoritų pavidalu. daugiausiareti grupės elementai yra švinas, chromas, cinkas, indis ir kadmis.
Pagrindinės funkcijos
Beveik visi metalai normaliomis sąlygomis yra kieti ir atsparūs. Išimtis yra francis ir gyvsidabris, šarminiai metalai. Visų grupės elementų lydymosi temperatūra yra skirtinga. Jo diapazonas svyruoja nuo -39 iki +3410 laipsnių Celsijaus. Volframas laikomas atspariausiu tirpimui. Jo junginiai praranda savo atsparumą tik esant aukštesnei nei +3400 C temperatūrai. Šviną ir alavą reikia atskirti nuo lengvai tirpstančių metalų.
Be to, elementai skirstomi pagal tankį (lengvas ir sunkus) ir plastiškumą (kietas ir minkštas). Visi metalų junginiai labai gerai praleidžia elektrą. Ši savybė atsiranda dėl kristalinių gardelių su aktyviais elektronais. Varis, sidabras ir aliuminis turi didžiausią laidumą, natrio laidumas yra šiek tiek mažesnis. Verta atkreipti dėmesį į aukštas metalų šilumines savybes. Sidabras laikomas geriausiu šilumos laidininku, gyvsidabris – blogiausiu.
Metalai aplinkoje
Dažniausiai šiuos elementus galima rasti junginių ir rūdų pavidalu. Gamtoje esantys metalai sudaro sulfitus, oksidus, karbonatus. Norint išvalyti junginius, pirmiausia reikia juos atskirti nuo rūdos sudėties. Kitas žingsnis bus legiravimas ir galutinis apdirbimas.
Pramoninėje metalurgijoje išskiriamos juodųjų ir spalvotųjų metalų rūdos. Pirmieji statomi geležies junginių pagrindu, antrieji – kitų metalų. Platina, auksas ir sidabras laikomi tauriaisiais metalais. Dauguma jų yra žemės plutoje. Tačiaujūros vanduo taip pat sudaro nedidelę dalį.
Net gyvuose organizmuose yra kilnių elementų. Žmoguje yra apie 3% metalų junginių. Daugumoje kūno dalių yra natrio ir kalcio, kurie veikia kaip tarpląstelinis elektrolitas. Magnis būtinas normaliai centrinės nervų sistemos ir raumenų masės veiklai, geležis – kraujui, varis – kepenims.
Metalų junginių radimas
Dauguma elementų visur yra po viršutiniu dirvožemio sluoksniu. Labiausiai paplitęs metalas žemės plutoje yra aliuminis. Jo procentas svyruoja 8,2 proc. Žemės plutoje rasti dažniausiai pasitaikantį metalą nėra sunku, nes jis būna rūdos pavidalu.
Geležis ir kalcis gamtoje yra šiek tiek rečiau paplitę. Jų procentas yra 4,1%. Toliau seka magnis ir natris – po 2,3%, kalis – 2,1%. Likę metalai gamtoje užima ne daugiau kaip 0,6 proc. Pažymėtina, kad magnis ir natris gali būti vienodai išgaunami tiek žemėje, tiek jūros vandenyje.
Metalo elementai gamtoje randami rūdų pavidalu arba natūralios būklės, pavyzdžiui, vario ar aukso. Yra medžiagų, kurias reikia gauti iš oksidų ir sulfidų, pavyzdžiui, hematitas, kaolinas, magnetitas, galena ir kt.
Metalo gamyba
Elementų išgavimo procedūra apima mineralų išgavimą. Metalų radimas gamtoje rūdų pavidalu yra paprasčiausias ir labiausiai paplitęs procesas visoje pramonėje. Dėl paieškoskristaliniai telkiniai, tam tikrame žemės sklype medžiagų sudėčiai analizuoti naudojama speciali geologinė įranga. Rečiau metalų buvimas gamtoje sumažinamas iki banalios atviros duobės požeminio metodo.
Po kasybos prasideda sodrinimo etapas, kai rūdos koncentratas atskiriamas nuo pirminio mineralo. Elementams atskirti naudojamas drėkinimas, elektros srovė, cheminės reakcijos, terminis apdorojimas. Dažniausiai metalo rūda išsiskiria dėl lydymosi, tai yra kaitinimo su regeneravimu.
Aliuminio kasyba
Šiame procese dalyvauja spalvotųjų metalų pramonė. Pagal suvartojimą ir gamybą ji pirmauja tarp kitų sunkiosios pramonės šakų. Labiausiai paplitęs metalas žemės plutoje yra labai paklausus šiuolaikiniame pasaulyje. Pagal gamybą aliuminis nusileidžia tik plienui.
Šis elementas dažniausiai naudojamas aviacijos, automobilių ir elektros pramonėje. Pastebėtina, kad dažniausiai žemės plutoje esantį metalą galima gauti ir „dirbtinėmis“priemonėmis. Tokiai cheminei reakcijai reikalingi boksitai. Jie sudaro aliuminio oksidą. Sujungę šią medžiagą su anglies elektrodais ir fluoro druska veikiant elektros srovei, galite gauti gryniausią aliuminio rūdą.
Kinija yra pirmaujanti šalis tarp šio komponento gamintojų. Joje kasmet išlydoma iki 18,5 mln.t metalo. Rusijos ir Šveicarijos asociacija UC RUSAL yra panašaus aliuminio gavybos reitingo lyderė.
Metalų naudojimas
Visi grupės elementai yra patvarūs, nepralaidūs ir santykinai atsparūs temperatūrai. Štai kodėl metalai yra tokie paplitę kasdieniame gyvenime. Šiandien iš jų gaminami elektros laidai, rezistoriai, prietaisai ir namų apyvokos reikmenys.
Metalai yra ideali statybinė ir įrankių medžiaga. Statyboje naudojami gryni ir kombinuoti lydiniai. Inžinerijoje ir aviacijoje pagrindinės jungtys yra plienas ir kietesnės jungtys.
