Metalai: apibrėžimas, savybės, pavyzdžiai ir lydiniai
Sužinokite apie metalus: jų apibrėžimą, savybes, pavyzdžius (aliuminis, varis, auksas) ir lydinius kaip plienas bei bronza — praktinis metalurgijos vadovas.
Kai kurie cheminiai elementai vadinami metalais. Jie sudaro daugumą periodinės elementų lentelės. Metalai pasižymi ypač svarbiomis fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis, dėl kurių jie plačiai naudojami pramonėje, statyboje, elektronikoje ir kasdienybėje.
- Geras elektros ir šilumos laidumas. Metaluose laisvi elektronai leidžia efektyviai perduoti krūvį ir šilumą.
- Plastiškumas (malleabilumas) ir tempumas (ductility). Metalus galima kaltis, lankstyti, tempti plonais laidais arba plokštelėmis be lūžių.
- Blizgumas. Šviečianti, metalo panaši paviršiaus išvaizda, kurią galima atkurti poliravimu.
- Aukštesnė lydymosi temperatūra. Daugelis metalų tirpsta esant aukštai temperatūrai, nors yra išimčių.
- Didelė tankis ir mechaninis atsparumas. Daugelis metalų yra sunkesni ir stipresni už ne metalus.
- Cheminis aktyvumas įvairus. Kai kurie metalai yra labai reaktyvūs (pvz., natris), kiti — inertiniai (pvz., auksas).
Dauguma metalų kambario temperatūroje yra kieti, tačiau yra išimčių: Gyvsidabris yra skystas. Lydiniai yra mišiniai, kuriuose bent viena mišinio dalis yra metalas; lydiniai dažnai turi geresnes mechanines savybes arba didesnį atsparumą korozijai nei gryni metalai.
Metalų pavyzdžiai: aliuminis, varis, geležis, alavas, auksas, švinas, sidabras, titanas, uranas ir cinkas. Pastabos apie keletą pavyzdžių: aliuminis — lengvas ir korozijai atsparus (dažnai dengiamas anoduojant), varis — puikus laidininkas, geležis — pagrindinis plieno komponentas, auksas — cheminis inertus ir vertingas, sidabras — geriausias elektros laidininkas tarp natūralių metalų, titanas — stiprus ir lengvas, uranas — radioaktyvus, naudojamas branduolinei energetikai, cinkas — naudojamas apsaugai nuo korozijos.
Gerai žinomi lydiniai yra bronza (dažnai vario ir alavo mišinys) ir plienas (geležies ir anglies lydinys). Lydiniai leidžia derinti skirtingas savybes: didesnį stiprumą, atsparumą dilimui, mažesnę koroziją ar geresnį apdirbamumą.
Struktūra ir laidumas. Metalų elektroninė struktūra dažnai apibūdinama kaip "elektronų jūra": valentinių elektronų debesys yra delokalizuoti, laisvai judantys per kristalinę tinklo struktūrą. Tai paaiškina gerą elektros ir šilumos laidumą bei metalinį blizgesį.
Cheminės savybės ir korozija. Metalai gali oksiduotis ar reaguoti su rūgštimis; pavyzdžiui, geležis rūdija (susidaro geležies oksidai). Kai kurie metalai, pvz., aliuminis, sudaro ploną apsauginį oksido sluoksnį (pasivaciją), kuris apsaugo nuo tolimesnės korozijos.
Klasifikacija. Metalai skirstomi į grupes pagal vietą periodinėje lentelėje ir savybes: šarminiai metalai, šarminiųjų žemių metalai, pereinamieji metalai, post-pereinamieji metalai, lanthanoidai ir aktynoidai. Kiekviena grupė turi savitų cheminių ir fizinių charakteristikų.
Taikymas ir perdirbimas. Metalai naudojami statyboje (geležis, plienas), transporto priemonėse (aliuminis, plienas), elektronikoje (varis, sidabras), medicinoje (titano implantai), papuošaluose (auksas, sidabras) ir energetikoje (variniai laidininkai, uranas). Metalų perdirbimas yra svarbus išteklių taupymui ir atliekų mažinimui — daug metalų galima efektyviai perdirbti be reikšmingo kokybės praradimo.
Metalų mokslas. Metalų savybėmis, gavimu, apdirbimu ir pritaikymu užsiima mokslas, kurio praktinė atšaka yra metalurgija. Metalurgija apima rūdos apdorojimą, lydinių gamybą, šiluminį ir mechaninį apdorojimą bei paviršiaus apsaugos technologijas.
Aplinkos ir saugos aspektai. Kai kurie metalai (pvz., švinas) yra toksiški ir reikalauja ypatingos tvarkos bei šalinimo. Taip pat svarbu kontroliuoti metalų išgavimą ir perdirbimą, kad būtų mažinamas poveikis aplinkai ir žmonių sveikatai.
Metalų panašumai (metalų savybės)
Dauguma metalų yra kieti, blizgantys, sunkūs ir lydosi tik kaitinami labai aukštoje temperatūroje . Metalo gabalai skleidžia varpo garsą, kai į juos atsitrenkiama kuo nors sunkiu (jie skamba). Per metalą lengvai sklinda šiluma ir elektra (jis yra laidus). Metalo gabalą galima suplakti į ploną lakštą (jis yra plastiškas) arba supinti į plonas vielutes (jis yra plastiškas). Metalą sunku išardyti (jis pasižymi dideliu tempimo stipriu) arba sudaužyti (jis pasižymi dideliu gniuždymo stipriu). Jei paspausite ilgą, ploną metalo gabalą, jis sulenksis, bet nesulūš (yra elastingas). Išskyrus cezį, varį ir auksą, metalai yra neutralios, sidabrinės spalvos.
Tokiomis savybėmis pasižymi ne visi metalai. Pavyzdžiui, gyvsidabris kambario temperatūroje yra skystas, švinas - labai minkštas, o šiluma ir elektra per geležį sklinda ne taip gerai kaip per varį.
Metalų naudojimas
Metalai yra labai naudingi žmonėms. Iš jų gaminami įrankiai, nes jie gali būti tvirti ir lengvai formuojami. Geležis ir plienas buvo naudojami tiltams, pastatams ar laivams gaminti.
Iš kai kurių metalų gaminami tokie daiktai kaip monetos, nes jie yra kieti ir greitai nenusidėvi. Pavyzdžiui, varis (blizgus ir raudonos spalvos), aliuminis (blizgus ir baltas), auksas (geltonas ir blizgus), sidabras ir nikelis (taip pat balti ir blizgūs).
Kai kuriuos metalus, pavyzdžiui, plieną, galima padaryti aštrius ir jie išlieka aštrūs, todėl iš jų galima gaminti peilius, kirvius ar skustuvus.
Juvelyriniams dirbiniams gaminti dažnai naudojami reti ir didelės vertės metalai, pavyzdžiui, auksas, sidabras ir platina. Metalai taip pat naudojami tvirtinimo detalėms ir varžtams gaminti. Maistui gaminti naudojami puodai gali būti pagaminti iš vario, aliuminio, plieno arba geležies. Švinas yra labai sunkus ir tankus, todėl gali būti naudojamas kaip balastas laivuose, kad jie neapvirstų, arba žmonėms apsaugoti nuo jonizuojančiosios spinduliuotės.
Tiltas Rusijoje, pagamintas iš metalo, tikriausiai geležies arba plieno.
Metalų lydiniai
Daugelis daiktų, kurie yra pagaminti iš metalų, iš tikrųjų gali būti pagaminti iš bent vieno metalo mišinio su kitais metalais arba su nemetalais. Šie mišiniai vadinami lydiniais. Kai kurie įprasti lydiniai yra šie:
- Plienas (geležis ir anglis) (anglis yra nemetalas)
- Žalvaris (varis ir cinkas)
- Bronza (varis ir alavas)
- Duraluminis (aliuminis ir varis)
- Metalas (varis, alavas ir cinkas)
Žmonės pirmą kartą pradėjo gaminti daiktus iš metalo daugiau kaip prieš 9000 metų, kai atrado, kaip išgauti varį iš []rūdos. Tada jie išmoko pagaminti kietesnį lydinį - bronzą, į varį pridėdami alavo. Maždaug prieš 3000 metų jie atrado geležį. Į geležį pridėję nedidelį kiekį anglies, jie pastebėjo, kad gali pagaminti ypač naudingą lydinį - plieną.
Metalai chemijoje
Chemijoje metalas - tai žodis, reiškiantis cheminių elementų, pasižyminčių tam tikromis savybėmis, grupę. Metalo atomai lengvai praranda elektroną ir tampa teigiamais jonais arba katijonais. Tuo metalai nepanašūs į kitų dviejų rūšių elementus - nemetalus ir metaloidus. Dauguma periodinės lentelės elementų yra metalai.
Periodinėje elementų lentelėje galime nubrėžti zigzaginę liniją nuo elemento boro (simbolis B) iki elemento polonio (simbolis Po). Elementai, per kuriuos eina ši linija, yra metaloidai. Elementai, esantys virš šios linijos ir į dešinę nuo jos, yra nemetalai. Likusieji elementai yra metalai.
Daugumą metalų savybių lemia tai, kad metalo atomai nelabai tvirtai laiko savo elektronus. Kiekvieną atomą nuo kitų skiria plonas valentinių elektronų sluoksnis.
Tačiau kai kurie metalai skiriasi. Pavyzdžiui, metalas natris. Jis yra minkštas, lydosi žemoje temperatūroje ir yra toks lengvas, kad plūduriuoja ant vandens. Tačiau žmonės neturėtų to bandyti, nes kita natrio savybė yra ta, kad prisilietęs prie vandens jis sprogsta.
Dauguma metalų yra chemiškai stabilūs ir lengvai nereaguoja, tačiau kai kurie reaguoja. Reaktyvūs yra šarminiai metalai, pavyzdžiui, natris (simbolis Na), ir šarminiai žemės metalai, pavyzdžiui, kalcis (simbolis Ca). Kai metalai reaguoja, jie dažnai reaguoja su deguonimi. Metalų oksidai yra baziniai. Nemetalų oksidai yra rūgštūs.
Junginiai, kuriuose metalo atomai susijungia su kitais atomais ir sudaro molekules, yra bene labiausiai paplitusios medžiagos Žemėje. Pavyzdžiui, valgomoji druska yra natrio junginys.
Metalai istorijoje
Sakoma, kad žmonės nuo gyvūnų skiriasi tuo, kad naudoja metalus. Prieš pradėdami naudoti metalus, žmonės įrankius gamino iš akmenų, medžio ir gyvūnų kaulų. Dabar tai vadinama akmens amžiumi.
Niekas nežino, kada buvo rastas ir panaudotas pirmasis metalas. Tikriausiai tai buvo vadinamasis vietinis varis, kuris kartais randamas dideliais gabalais ant žemės. Žmonės išmoko iš jo gaminti varinius įrankius ir kitus daiktus, nors, kaip metalas, jis yra gana minkštas. Jie išmoko lydyti varį iš įprastų rūdų. Varį išlydžius ant ugnies, žmonės išmoko gaminti lydinį, vadinamą bronza, kuris yra daug kietesnis ir tvirtesnis už varį. Iš bronzos žmonės gamino peilius ir ginklus. Šis žmonijos istorijos laikotarpis po maždaug 3300 m. pr. m. e. dažnai vadinamas bronzos amžiumi, t. y. bronzinių įrankių ir ginklų laikotarpiu.
Apie 1200 m. pr. m. e. kai kurie žmonės išmoko gaminti geležinius įrankius ir ginklus. Jie buvo dar kietesni ir stipresni už bronzą, o tai buvo pranašumas kare. Geležinių įrankių ir ginklų laikotarpis dabar vadinamas geležies amžiumi. Metalai buvo labai svarbūs žmonijos istorijoje ir civilizacijoje. Geležis ir plienas buvo svarbūs gaminant mašinas. Auksas ir sidabras buvo naudojami kaip pinigai, kad žmonės galėtų prekiauti, t. y. keistis prekėmis ir paslaugomis dideliais atstumais.
Gryno vario gabalas, rastas kaip vietinis varis
Metalai astronomijoje
Astronomijoje metalas yra bet kuris elementas, išskyrus vandenilį ar helį. Taip yra todėl, kad šie du elementai (ir kartais litis) vieninteliai susidaro už žvaigždžių ribų. Danguje spektrometras gali įžvelgti metalų požymius ir parodyti astronomui, kokie metalai yra žvaigždėje.
Susiję puslapiai
| · v · t · e | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Klausimai ir atsakymai
K: Kokios yra kai kurios elementų, priskiriamų metalams, savybės?
Atsakymas: Metalams priskiriamų elementų savybės yra šios: gebėjimas praleisti elektrą ir šilumą, lengvas formavimas, blizgi išvaizda, aukšta lydymosi temperatūra ir vyriškumas.
K: Kiek periodinės lentelės elementų priskiriami metalams?
A: Dauguma periodinės lentelės elementų priskiriami metalams.
K: Ar visi metalai kambario temperatūroje yra kieti?
A: Ne, ne visi metalai kambario temperatūroje yra kieti. Pavyzdžiui, gyvsidabris yra skystas.
K: Kas yra lydiniai?
A: Lydiniai yra mišiniai, kuriuose bent viena mišinio dalis yra metalas.
K: Ar galite pateikti keletą metalų pavyzdžių?
A: Kai kurie metalų pavyzdžiai yra aliuminis, varis, geležis, alavas, auksas, švinas, sidabras, titanas, uranas ir cinkas.
K: Kas yra metalurgija?
A: Metalurgija - tai mokslas apie metalus.
K: Kokie yra gerai žinomi lydiniai?
A: Kai kurie gerai žinomi lydiniai yra bronza ir plienas.
Ieškoti