2. τα μέταλλα

ΠΟΥ ΤΑ ΒΡΙΣΚΟΥΜΕ

Τα περισσότερα μέταλλα τα συναντάμε μέσα σε ενώσεις όπως

οξείδια ( Fe2O3 αιματίτης , Fe3O4 μαγνητίτης , Al2O3 βωξίτης )

σουλφίδια (PbS γαληνίτης , ΖnS σφαλερίτης , FeS2 σιδηροπυρίτης → ο χρυσός των ανόητων )

ανθρακικά άλατα ( Na2CO3 σόδα , PbCO3 ψιμυθίτης )

πυριτικά άλατα ( ΜgSiO3 αμίαντος )

θειικά άλατα ( CaSO4  ο γύψος )

Χρειάζονται ειδικές γνώσεις για να  εξάγουμε αυτά τα μέταλλα  από τις ενώσεις τους.

Κάποια όμως μέταλλα  τα συναντάμε ελεύθερα, σε στοιχειακή κατάσταση , αυτοφυή όπως: χρυσός, λευκόχρυσος, άργυρος, παλλάδιο, ιρίδιο , βισμούθιο,  …

ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ

Ο άνθρωπος πρώτα άρχισε να χρησιμοποιεί τα αυτοφυή μέταλλα που δεν χρειαζόντουσαν ιδιαίτερη επεξεργασία, παρά μόνο έναν καθαρισμό . Στη συνέχεια  εφηύρε αρχικά τη μεταλλουργία του χαλκού και των κραμάτων του ( μπρούντζος , ορείχαλκος ) – εποχή χαλκού – και μετά τη μεταλλουργία των κραμάτων του σιδήρου– εποχή σιδήρου. Φυσικά στην επεξεργασία των μετάλλων συνέβαλε καθοριστικά η ανακάλυψη της φωτιάς.

*  Μεταλλουργία είναι οι διεργασίες με τις οποίες εξάγουμε τα μέταλλα από τις ενώσεις τους- ορυκτά.

ΤΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΑ

•    ΣΙΔΗΡΟΣ: με μορφή κραμάτων που περιέχουν ποσότητες Cr, Ni, Si  και C  ( χυτοσίδηρος ή  μαντέμι –      χάλυβας ή ατσάλι –  σφυρήλατος  ή μαλακός σίδηρος )

•    ΑΛΟΥΜΙΝΙΟ: ελαφρύ και ανθεκτικό —  οικοδομικό υλικό, αλουμινόχαρτο, τενεκεδάκια –  με μορφή  κραμάτων  ( ντουραλουμίνιο, μαγνάλιο )

•   ΜΟΛΥΒΔΟΣ: μαλακός και εύτηκτος –  οικοδομικό υλικό,  μπαταρίες αυτοκινήτων — με μορφή κράματος  με Sn  ( καλάι για συγκολλήσεις) και με As  ( για σκάγια)

•  ΧΑΛΚΟΣ: πολύ καλή θερμική κ’ ηλεκτρική αγωγιμότητα ,πλαστικότητα – ηλεκτροτεχνία και σωληνώσεις –  με μορφή κραμάτων με Sn ( μπρούντζος για υδραυλικά εξαρτήματα,  αγάλματα ,διακοσμητικά ), με  Zn (ορείχαλκος για σωληνώσεις και στη  ναυπηγική),  με Ni ( κονσταντάν για ηλεκτρ. αντιστάσεις )

Tα κράματα είναι μίγματα διάφορων μετάλλων ( μπορεί να περιέχουν και αμέταλλα ) που λαμβάνονται με σύντηξη των συστατικών τους , σε διάφορες αναλογίες μέσα σε χωνευτήρια και στη συνέχεια ψύξη και στερεοποίηση του τήγματος (μίγματος των τηγμένων μετάλλων).  Παρουσιάζουν γενικά ανώτερες μηχανικές ιδιότητες  από τα μέταλλα που τα αποτελούν.

ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΠΟ ΤΗ ΔΙΑΒΡΩΣΗ

•   ΒΑΨΙΜΟ: μίνιο Pb3O4 (πορτοκαλί)  , TiO2 (λευκό)

•   ΓΑΛΒΑΝΟΠΛΑΣΤΙΚΗ: επικάλυψη με Ζn(τσίγκος)  – η λαμαρίνα είναι φύλλα γαλβανισμένου σιδήρου

•   ΕΠΙΚΑΣΣΙΤΕΡΩΣΗ: επικάλυψη με Sn  –  ο λευκοσίδηρος (τενεκές) είναι επικασσιτερωμένος σίδηρος   –  τα εμαγέ είναι επικαλυμμένα με SnO2

#  ανοδιομένο αλουμίνιο είναι αλουμίνιο που έχει καλυφθεί ηλεκτρολυτικά με ένα λεπτό στρώμα  Al2O3  για προστασία.

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ

A. χημικές ιδιότητες:

Τα άτομα των δραστικών μετάλλων ( ηλεκτροθετικά ) αποβάλλουν e  και μετατρέπονται σε κατιόντα.  Τα e  αυτά τα παίρνουν

τα κατιόντα υδρογόνου ( τα οποία έτσι αποφορτίζονται και δίνουν μοριακό υδρογόνο)

ή

τα κατιόντα των αδρανέστερων μετάλλων ( τα οποία έτσι αποφορτίζονται και γίνονται άτομα )

ή

τα άτομα των αμετάλλων # ( τα οποία έτσι γίνονται ανιόντα ).

# Τα άτομα των δραστικών αμετάλλων ( ηλεκτραρνητικά ) μπορούν να πάρουν e και από τα ανιόντα των αδρανέστερων αμετάλλων ( τα οποία έτσι αποφορτίζονται ).

Η δραστικότητα μετάλλων και αμετάλλων φαίνεται στην ηλεκτροχημική σειράτων στοιχείων :

Στον Περιοδικό Πίνακα  η δραστικότητα των μετάλλων αυξάνεται προς τα κάτω ↓ στην ίδια ομάδα, και προς τα αριστερά  ←  στην ίδια περίοδο .Το δραστικότερο λοιπόν μέταλλο είναι το  φράγκιο ( Fr ) που βρίσκεται κάτω – αριστερά

Αν βυθίσουμε έλασμα ψευδαργύρου σε διάλυμα κατιόντων Η+1 (αυτά τα διαλύματα τα λέμε όξινα) , γίνεται μεταφορά 2e από κάθε άτομο Zn σe 2 κατιόντα Η+1 :

Zn(s) – 2e ——> Zn+2 (aq)    [ οξείδωση ] και 2Η+1 (aq) + 2e   ——> Η2 (g)      [ αναγωγή ]

Η συνολική αντίδραση που συμβαίνει είναι η εξής:

Zn (s) + 2Η+1 (aq) ——->     Zn+2 (aq) + Η2(g)         [ οξειδοαναγωγή ]

Παρατηρούμε το σχηματισμό φυσαλίδων που οφείλεται στην έκλυση αερίου υδρογόνου ( το υδρογόνο είναι ένα ελαφρύ αέριο που καίγεται με χαρακτηριστικό ήχο και μάλιστα πολλές φορές εκρηκτικά-ψάξε για το κροτούν αέριο ). Επίσης αντιλαμβανόμαστε ότι το διάλυμα ζεσταίνεται, πράγμα που σημαίνει πως η αντίδραση αυτή είναι εξώθερμη.

Αν όμως στο όξινο διάλυμα βυθίσουμε έλασμα  χαλκού τότε δεν θα γίνει μεταφορά e ,  γιατί ο χαλκός είναι λιγότερο δραστικός από το υδρογόνο .

δες το βιντεάκι: τα μέταλλα με τα οξέα

Αν βυθίσουμε ένα έλασμα Zn0 σε υδατικό διάλυμα Cu+2 τότε θα γίνει μεταφορά 2e από τα άτομα Zn  προς τα ιόντα Cu+2 :

Zn – 2e ——> Zn+2 [οξείδωση ] και         Cu+2 + 2e ——-> Cu0 [ αναγωγή ]

Η συνολική αντίδραση που συμβαίνει είναι η εξής:

Zn0 + Cu+2 ——-> Zn+2 + Cu0 [ οξειδοαναγωγή ]

Ο ατομικός Cu είναι κοκκινωπός και επικάθεται στο έλασμα του Zn και το διάλυμα σιγά-σιγά αποχρωματίζεται – αρχικά είναι γαλάζιο ( γιατί;) .

αν θέλεις δες το σχετικό βιντεάκι εδώ: http://www.sciencetube.gr/index.php?option=com_content&view=article&id=205:2009-12-24-15-28-47&catid=37:2009-07-24-18-25-09&Itemid=53

Οξείδωση λέγεται η αποβολή e  και αναγωγή η πρόσληψη e .

B. φυσικές ιδιότητες:

Τα μέταλλα έχουν χαρακτηριστική λάμψη , έχουν αργυρό χρώμα εκτός από τον κόκκινο χαλκό και τον κίτρινο χρυσό , είναι αδιαφανή , είναι στερεά & μάλιστα κρυσταλλικά  –      οι κρύσταλλοί τους είναι  ή  κυβικοί χωροκεντρωμένοι BCC  ή  κυβικοί εδροκεντρωμένοι FCC  ή  πυκνοί εξαγωνικοί  HCP    –     εκτός από τον Ηg που είναι υγρός ,      είναι μονοατομικά στοιχεία ,   είναι αγωγοί της θερμότητας και του ηλεκτρισμού ( όταν όμως εξαερώνονται γίνονται μονωτές) ,   είναι όλκιμα – δηλαδή γίνονται σύρματα ,   είναι ελατά – δηλαδή γίνονται ελάσματα , γενικά  έχουν υψηλά σημεία τήξης και ζέσης .

Γενικά τα συστήματα κρυστάλλωσης είναι 7 : Κυβικό – Τετραγωνικό – Ρομβικό – Τριγωνικό – Εξαγωνικό – Μονοκλινές – Τρικλινές .

# αν θέλεις μπορείς να κάνεις μια ανάγνωση σε αυτά :

α) η ιστορία των μετάλλων:

https://skydrive.live.com/?cid=1578af147aca6b2f#!/view.aspx?cid=1578AF147ACA6B2F&resid=1578AF147ACA6B2F%21221&app=Word

β) τα βαρέα μέταλλα και η ρύπανση του Δούναβη:

https://skydrive.live.com/?cid=1578af147aca6b2f#!/view.aspx?cid=1578AF147ACA6B2F&resid=1578AF147ACA6B2F%21220&app=Word