Vaadake korraks ringi… Kui palju metallist asju näete? Tavaliselt mõeldakse metallidele mõeldes aineid, mis on läikivad ja vastupidavad. Kuid neid leidub ka meie toidus ja meie kehas. Heidame pilgu teadusele tuntud metallide täielikule nimekirjale, uurime nende põhiomadusi ja selgitame välja, miks need nii erilised on.
Mis on metallid?
Elemente, mis kaotavad kergesti elektrone, mis on läikivad (peegeldavad), tempermalmist (saab vormida muuks kujuks) ja mida peetakse headeks soojus- ja elektrijuhtideks, nimetatakse metallideks. Need on meie elustiili jaoks üliolulised, kuna need pole mitte ainult osa struktuuridest ja tehnoloogiatest, vaid ka olulised peaaegu kõigi esemete valmistamisel. Metalli on isegi inimkehas. Vaadates multivitamiini koostisainete etiketti, näete loendis kümneid ühendeid.
Te ei pruugi teadnud, et sellised elemendid nagu naatrium, k altsium, magneesium ja tsink onelu ja kui need meie kehast puuduvad, võib meie tervis olla tõsises ohus. Näiteks k altsium on tervete luude jaoks hädavajalik, magneesium ainevahetuse jaoks. Tsink suurendab immuunsüsteemi funktsiooni, samas kui raud aitab vererakkudel hapnikku kogu kehas kanda. Meie kehas olevad metallid erinevad aga lusika või terassilla metallist selle poolest, et nad on kaotanud elektrone. Neid nimetatakse katioonideks.
Metallidel on ka antibiootilised omadused, nii et käsipuud ja käepidemed avalikes kohtades on sageli valmistatud nendest elementidest. Teatavasti on paljud tööriistad valmistatud hõbedast, et takistada bakterite kasvu. Kunstliigendid on valmistatud titaanisulamitest, mis hoiavad ära nakkuse ja muudavad vastuvõtjad tugevamaks.
Metallid perioodilisuse tabelis
Kõik elemendid Dmitri Mendelejevi perioodilises süsteemis jagunevad kahte suurde rühma: metallid ja mittemetallid. Esimene on kõige arvukam. Enamik elemente on metallid (sinine). Tabelis olevad mittemetallid on näidatud kollasel taustal. Samuti on rühm elemente, mis klassifitseeritakse metalloidideks (punased). Kõik metallid on rühmitatud tabeli vasakus servas. Pange tähele, et vesinik on rühmitatud metallidega ülemises vasakus nurgas. Sellest hoolimata peetakse seda mittemetalliks. Mõned teadlased väidavad aga, et Jupiteri tuumas võib olla metallilist vesinikku.
Metalli liimimine
Paljud imelised ja kasulikud omadusedElement on seotud sellega, kuidas selle aatomid üksteisega ühenduvad. See loob teatud seosed. Aatomite metalliline interaktsioon viib metallstruktuuride tekkeni. Iga selle elemendi eksemplar igapäevaelus, alates autost kuni taskus olevate müntideni, sisaldab metallist ühendust.
Selle protsessi käigus jagavad metalliaatomid oma väliseid elektrone üksteisega ühtlaselt. Positiivselt laetud ioonide vahel voolavad elektronid kannavad kergesti üle soojust ja elektrit, muutes need elemendid nii headeks soojus- ja elektrijuhtideks. Toiteallikana kasutatakse vasktraate.
Metallide reaktsioonid
Reaktsioonivõime viitab elemendi kalduvusele reageerida keskkonnas leiduvate kemikaalidega. Ta on teistsugune. Mõned metallid, nagu kaalium ja naatrium (perioodilisuse tabeli veergudes 1 ja 2), reageerivad kergesti paljude erinevate kemikaalidega ja neid leidub harva nende puhtal elementaarsel kujul. Mõlemad eksisteerivad tavaliselt ainult ühenditena (seotud ühe või mitme muu elemendiga) või ioonidena (nende elementaarse vormi laetud versioon).
Teisest küljest on ka teisi metalle, neid nimetatakse ka eheteks. Kuld, hõbe ja plaatina ei ole väga reaktsioonivõimelised ja esinevad tavaliselt puhtal kujul. Need metallid kaotavad elektrone kergemini kui mittemetallid, kuid mitte nii kergesti kui reaktiivsed metallid, näiteks naatrium. Plaatina suhteliseltmittereaktiivne ja väga vastupidav reaktsioonidele hapnikuga.
Elemendi omadused
Algkoolis tähestikku uurides avastasite, et kõigil tähtedel on oma unikaalsed omadused. Näiteks mõnel olid sirged, mõnel kõverad ja teistel mõlemat tüüpi jooned. Sama võib öelda ka elementide kohta. Igal neist on ainulaadsed füüsikalised ja keemilised omadused. Füüsikalised omadused on teatud ainetele omased omadused. Läikiv või mitte, kui hästi see soojust ja elektrit juhib, mis temperatuuril see sulab, kui tihe see on.
Keemilised omadused hõlmavad omadusi, mida täheldatakse nende põlemisel kokkupuutel hapnikuga (kui raske on neil keemilise reaktsiooni ajal elektrone säilitada). Erinevatel elementidel võivad olla ühised omadused. Näiteks raud ja vask on mõlemad elemendid, mis juhivad elektrit. Neil pole aga samad omadused. Näiteks kui raud puutub kokku niiske õhuga, siis see roostetab, vask aga samades tingimustes omandab spetsiifilise rohelise katte. Sellepärast on Vabadussammas roheline ja mitte roostes. See on valmistatud vasest, mitte rauast).
Elementide korraldus: metallid ja mittemetallid
Asjaolu, et elementidel on mõned ühised ja ainulaadsed omadused, võimaldab need sorteerida kenaks ja kenaks diagrammiks, misnimetatakse perioodiliseks tabeliks. See korraldab elemendid nende aatomnumbri ja omaduste alusel. Seega leiame perioodilisuse tabelis rühmitatud elemendid, millel on ühised omadused. Raud ja vask on üksteise lähedal, mõlemad on metallid. Raud on tähistatud sümboliga "Fe" ja vask on tähistatud sümboliga "Cu".
Enamik perioodilisuse tabeli elemente on metallid ja need kipuvad asuma tabeli vasakul küljel. Need on rühmitatud, kuna neil on teatud füüsikalised ja keemilised omadused. Näiteks metallid on tihedad, läikivad, nad on head soojus- ja elektrijuhid ning kaotavad keemilistes reaktsioonides kergesti elektrone. Seevastu mittemetallidel on vastupidised omadused. Need ei ole tihedad, ei juhi soojust ega elektrit ning kipuvad elektrone pigem juurde võtma kui neid ära andma. Kui vaatame perioodilisustabelit, näeme, et suurem osa mittemetallidest on rühmitatud paremale. Need on elemendid nagu heelium, süsinik, lämmastik ja hapnik.
Mis on raskemetallid?
Metallide loetelu on üsna arvukas. Mõned neist võivad koguneda kehasse ega tekita kahju, näiteks looduslik strontsium (valem Sr), mis on k altsiumi analoog, kuna see ladestub produktiivselt luukoesse. Milliseid neist nimetatakse rasketeks ja miks? Mõelge neljale näitele: plii, vask, elavhõbe ja arseen.
Kus need elemendid asuvad ja kuidas need keskkonda ja inimeste tervist mõjutavad? Raskemetallid on metallilised, looduslikult esinevad ühendid, millel on teiste metallidega võrreldes väga suur tihedus – vähem alt viis korda suurem kui vee tihedus. Need on inimestele mürgised. Isegi väikesed annused võivad põhjustada tõsiseid tagajärgi.
- Juht. See on raskemetall, mis on inimestele, eriti lastele, mürgine. Selle ainega mürgitamine võib põhjustada neuroloogilisi probleeme. Kuigi see oli kunagi väga atraktiivne tänu oma paindlikkusele, suurele tihedusele ja võimele absorbeerida kahjulikku kiirgust, on plii mitmel viisil järk-järgult kasutuselt kõrvaldatud. See Maal leiduv pehme hõbedane metall on inimestele ohtlik ja koguneb kehasse aja jooksul. Kõige hullem on see, et te ei saa sellest lahti. See istub seal, koguneb ja järk-järgult mürgitab keha. Plii on närvisüsteemile mürgine ja võib lastel põhjustada tõsiseid ajukahjustusi. Seda kasutati laialdaselt 1800. aastatel meigi loomiseks ja kuni 1978. aastani kasutati seda ühe juuksevärvi koostisosana. Tänapäeval kasutatakse pliid peamiselt suurtes akudes, röntgenikilpidena või radioaktiivsete materjalide isolatsioonina.
- Vask. See on punakaspruun raskemetall, millel on palju kasutusvõimalusi. Vask on endiselt üks parimaid elektri- ja soojusjuhte ning paljud elektrijuhtmed on valmistatud sellest metallist ja kaetud plastikuga. Sellest perioodilisuse süsteemi elemendist valmistatakse ka münte, mis on enamasti väikesed. Äge vasemürgistus on haruldane, kuid nagu plii, võib see kudedesse koguneda, põhjustades lõpuks toksilisust. Ohus on ka inimesed, kes puutuvad kokku suure koguse vase või vasetolmuga.
- Mercury. See metall on mürgine mis tahes kujul ja võib isegi nahka imenduda. Selle ainulaadsus seisneb selles, et see on toatemperatuuril vedel, mõnikord nimetatakse seda "kiire hõbedaseks". Seda on näha termomeetril, sest vedelikuna neelab see soojust, muutes mahtu isegi väikseima temperatuurierinevuse korral. See võimaldab elavhõbedal klaastorus tõusta või langeda. Kuna see aine on võimas neurotoksiin, lähevad paljud ettevõtted üle punase värvi alkoholitermomeetritele.
- Arseen. Rooma aegadest kuni viktoriaanliku ajani peeti arseeni "mürkide kuningaks" ja ka "kuningate mürgiks". Ajalugu on täis lugematuid näiteid nii autoritasude kui ka tavaliste inimeste mõrvadest isikliku kasu saamiseks, kasutades lõhnatuid, värvituid ja maitsetuid arseeniühendeid. Vaatamata kõigile negatiivsetele mõjudele on sellel metalloidil ka oma kasutusalad, isegi meditsiinis. Näiteks arseentrioksiid on väga tõhus ravim, mida kasutatakse ägeda promüelotsüütilise leukeemiaga inimeste raviks.
Mis on väärismetall?
Väärismetall on metall, misvõib olla haruldane või raskesti kättesaadav ning majanduslikult väga väärtuslik. Mis on väärismetallide nimekiri? Kokku on kolm:
- Plaatina. Vaatamata tulekindlusele kasutatakse seda ehetes, elektroonikas, autodes, keemilistes protsessides ja isegi meditsiinis.
- Kuld. Seda väärismetalli kasutatakse ehete ja kuldmüntide valmistamiseks. Sellel on aga palju muid kasutusviise. Seda kasutatakse meditsiinis, tootmises ja laboriseadmetes.
- Hõbe. See väärismetall on hõbevalge värvusega ja väga tempermalmist. on puhtal kujul üsna raske, see on kergem kui plii, kuid raskem kui vask.
Metallid: tüübid ja omadused
Enamik elemente võib pidada metallideks. Need on rühmitatud tabeli vasakus servas keskele. Metallid on leelis-, leelismuld-, siirde-, lantaniidid ja aktiniidid.
Neil kõigil on mõned ühised jooned, need on järgmised:
- toatemperatuuril tahke aine (v.a elavhõbe);
- tavaliselt läikiv;
- kõrge sulamistemperatuur;
- hea soojus- ja elektrijuht;
- madal ionisatsioonivõime;
- madal elektronegatiivsus;
- painduv (võimalik võtta etteantud kuju);
- plast (saab traadiks tõmmata);
- suur tihedus;
- aine, mis kaotab reaktsioonides elektrone.
Teaduse jaoks tuntud metallide loend
- liitium;
- berüllium;
- naatrium;
- magneesium;
- alumiinium;
- kaalium;
- k altsium;
- scandium;
- titaan;
- vanadium;
- chrome;
- mangaan;
- raud;
- koob alt;
- nikkel;
- vask;
- tsink;
- gallium;
- rubiidium;
- strontsium;
- yttrium;
- tsirkoonium;
- nioobium;
- molübdeen;
- tehneetsium;
- ruteenium;
- roodium;
- pallaadium;
- hõbe;
- kaadmium;
- indium;
- copernicus;
- tseesium;
- baarium;
- tina;
- raud;
- vismut;
- lead;
- elavhõbe;
- volfram;
- kuld;
- plaatina;
- osmium;
- hafnium;
- germaanium;
- iridium;
- nioobium;
- reenium;
- antimon;
- tallium;
- tantaal;
- prantsuse;
- livermorium.
Kokku on teada umbes 105 keemilist elementi, millest enamik on metallid. Viimased on looduses väga levinud element, mis esineb nii puhtal kujul kui ka erinevate ühendite osana.
Metallid esinevad maa soolestikus, neid leidub erinevates veekogudes, loomade ja inimeste kehade koostises, taimedes ja isegi atmosfääris. Perioodilises tabelis asuvad need alustades liitiumiga (metall valemiga Li) jalõpetades livermoriumiga (Lv). Tabel täieneb jätkuv alt uute elementidega ja enamasti on need metallid.
