Metallid on rühm elemente, millel on ainulaadsed omadused, nagu elektrijuhtivus, kõrge soojusülekanne, positiivne takistustegur, iseloomulik läige ja suhteline elastsus. Seda tüüpi ained on keemiliste ühendite poolest lihtsad.
Rühmade järgi liigitamine
Metallid on inimkonna ajaloo jooksul kõige levinumate materjalide hulgas. Enamik neist paikneb maakoore keskmistes kihtides, kuid on ka neid, mis on peidetud sügavale mägede ladestustesse.
Metallid hõivavad praegu suurema osa perioodilisustabelist (94 elementi 118-st). Ametlikult tunnustatud rühmadest väärivad märkimist järgmised rühmad:
1. Leeliseline (liitium, kaalium, naatrium, francium, tseesium, rubiidium). Veega kokkupuutel moodustavad nad hüdroksiide.
2. Leelismuld (k altsium, baarium, strontsium, raadium). Erineb tiheduse ja kõvaduse poolest.
3. Valgus (alumiinium, plii, tsink, gallium, kaadmium, tina, elavhõbe). Madala tiheduse tõttu kasutatakse sageli sulamites.
4. üleminekuperiood (uraan,kuld, titaan, vask, hõbe, nikkel, raud, koob alt, plaatina, pallaadium jne). Neil on muutuv oksüdatsiooniaste.
5. Poolmetallid (germaanium, räni, antimon, boor, poloonium jne). Nende struktuuris on kristalne kovalentne võre.
6. Aktiniidid (ameritsium, toorium, aktiinium, berkeel, kuurium, fermium jne).
7. Lantaniidid (gadoliinium, samarium, tseerium, neodüüm, luteetium, lantaan, erbium jne).
Tasub tähele panna, et maakoores leidub metalle ja neid, mis ei ole rühmades määratletud. Nende hulka kuuluvad magneesium ja berüllium.
Looduslikud ühendid
Looduses on omaette kristall-keemilise kodifitseerimise klass. Nende elementide hulka kuuluvad looduslikud metallid. Need on mineraalid, mis ei ole omavahel seotud. Enamasti tekivad looduslikud metallid looduses geoloogiliste protsesside tulemusena.
45 ained on teadaolev alt maakoores kristalses olekus. Enamik neist on looduses äärmiselt haruldased, sellest ka nende kõrge hind. Selliste elementide osakaal on vaid 0,1%. Tuleb märkida, et nende metallide leidmine on samuti töömahukas ja kulukas protsess. See põhineb stabiilsete kestade ja elektronidega aatomite kasutamisel.
Pärismetalle nimetatakse ka väärismetallideks. Neid iseloomustab ühendite keemiline inerts ja stabiilsus. Nende hulka kuuluvad kuld, pallaadium, plaatina, iriidium, hõbe, ruteenium jne. Looduses leidub kõige sagedamini vaske. Oma olekus raud esineb peamiselt mägedes meteoriitide kujul. kõige pooltselle rühma haruldased elemendid on plii, kroom, tsink, indium ja kaadmium.
Põhifunktsioonid
Peaaegu kõik metallid tavatingimustes on kõvad ja vastupidavad. Erandiks on frantsium ja elavhõbe, leelismetallid. Kõigi rühma elementide sulamistemperatuur on erinev. Selle vahemik on -39 kuni +3410 kraadi Celsiuse järgi. Volframit peetakse kõige sulamiskindlamaks. Selle ühendid kaotavad oma vastupidavuse ainult temperatuuril üle +3400 C. Pliid ja tina tuleks eristada kergesti sulavatest metallidest.
Samuti jagunevad elemendid tiheduse (kerge ja raske) ja plastilisuse (kõva ja pehme) järgi. Kõik metalliühendid juhivad väga hästi elektrit. See omadus on tingitud aktiivsete elektronidega kristallvõre olemasolust. Vasel, hõbedal ja alumiiniumil on maksimaalne juhtivus, naatriumil on pisut väiksem juhtivus. Märkimist väärivad metallide kõrged termilised omadused. Hõbedat peetakse parimaks soojusjuhiks, elavhõbedat halvimaks.
Metallid keskkonnas
Enamasti võib neid elemente leida ühendite ja maakide kujul. Looduses olevad metallid moodustavad sulfiteid, oksiide, karbonaate. Ühendite puhastamiseks on vaja need esm alt eraldada maagi koostisest. Järgmine samm on legeerimine ja lõplik töötlemine.
Tööstuslikus metallurgias eristatakse musta ja värvilise metalli maake. Esimesed on ehitatud rauaühendite baasil, teised muudele metallidele. Väärismetallideks peetakse plaatinat, kulda ja hõbedat. Enamik neist on maapõues. Kuidvähemal määral moodustab väikese osa ka merevesi.
Isegi elusorganismides leidub õilsaid elemente. Inimene sisaldab umbes 3% metalliühendeid. Enamasti sisaldab keha naatriumi ja k altsiumi, mis toimivad rakkudevahelise elektrolüüdina. Magneesium on vajalik kesknärvisüsteemi ja lihasmassi normaalseks talitluseks, raud on kasulik verele, vask maksale.
Metalliühendite leidmine
Enamik elemente paikneb kõikjal pinnase pealmise kihi all. Kõige tavalisem metall maakoores on alumiinium. Selle protsent varieerub 8,2% piires. Kõige tavalisema metalli leidmine maapõuest pole keeruline, kuna see esineb maakide kujul.
Raud ja k altsium on looduses veidi vähem levinud. Nende osakaal on 4,1%. Järgmisena tulevad magneesium ja naatrium - kumbki 2,3%, kaalium - 2,1%. Ülejäänud metallid looduses ei moodusta rohkem kui 0,6%. Tähelepanuväärne on, et magneesiumi ja naatriumi saab võrdselt kaevandada nii maapinnast kui ka mereveest.
Metallelemente leidub looduses maakide kujul või looduslikus olekus, nagu vask või kuld. On aineid, mida tuleb saada oksiididest ja sulfiididest, näiteks hematiit, kaoliin, magnetiit, galeen jne.
Metalli tootmine
Elementide ekstraheerimise protseduur taandub mineraalide ekstraheerimisele. Metallide leidmine loodusest maakide kujul on kõige lihtsam ja levinum protsess üldises tööstuses. Otsimisekskristalsete maardlate puhul kasutatakse konkreetse maatüki ainete koostise analüüsimiseks spetsiaalseid geoloogilisi seadmeid. Harvemini taandatakse metallide esinemine looduses banaalseks lahtise kaevanduse allmaameetodiks.
Pärast kaevandamist algab rikastamise etapp, mil maagi kontsentraat eraldatakse algsest mineraalist. Elementide eristamiseks kasutatakse niisutamist, elektrivoolu, keemilisi reaktsioone, kuumtöötlust. Kõige sagedamini toimub metallimaagi eraldumine sulamise, st taastumisega kuumutamise tulemusena.
Alumiiniumi kaevandamine
Selles protsessis osaleb värviline metallurgia. Tarbimise ja tootmise poolest ollakse teiste rasketööstuse harude seas liider. Maakoore kõige levinum metall on tänapäeva maailmas väga nõutud. Tootmise poolest on alumiinium terasest teisel kohal.
Eelkõige kasutatakse seda elementi lennunduses, autotööstuses ja elektritööstuses. Tähelepanuväärne on, et maapõues levinuimat metalli saab kätte ka "kunstlike" vahenditega. Sellise keemilise reaktsiooni jaoks on vaja boksiite. Need moodustavad alumiiniumoksiidi. Kombineerides selle aine süsinikelektroodide ja fluoriidsoolaga elektrivoolu toimel, saate puhtaima alumiiniumimaagi.
Hiina on selle komponendi tootjate seas juhtiv riik. Aastas sulatatakse seal kuni 18,5 miljonit tonni metalli. Venemaa-Šveitsi ühendus UC RUSAL on sarnase alumiiniumi kaevandamise reitingu liider.
Metallide kasutamine
Kõik rühma elemendid on vastupidavad, mitteläbilaskvad ja suhteliselt temperatuurikindlad. Seetõttu on metallid igapäevaelus nii levinud. Tänapäeval kasutatakse neid elektrijuhtmete, takistite, seadmete ja majapidamistarvete valmistamiseks.
Metallid on ideaalsed ehitus- ja tööriistamaterjalid. Ehituses kasutatakse puhtaid ja kombineeritud sulameid. Inseneritöös ja lennunduses on peamised ühendused teras ja kõvemad sidemed.
