No 118 cilvēkiem zināmajiem elementiem 94 ir metāli. Tie ir elementi, kas veido vienkāršas vielas ar raksturīgu spožumu, augstu plastiskumu un kaļamību. Kādas citas īpašības piemīt metāliem? Kādās grupās viņi ir sadalīti? Noskaidrosim.
Metāli un to īpašības
Aprakstīt metālus nav viegli. Tos ir grūti salīdzināt ar citiem mūsdienu pasaulē zināmiem elementiem vai vielām. Standarta izpratnē metāls ir cieta pelēka viela ar spēcīgu spīdumu. Bet viss ir daudz sarežģītāk. Lielākā daļa tiešām ir pelēkas, bet toņi katram ir atšķirīgi. Gallijs ir zilgans, bismuts ir rozā, varš ir spilgti sarkans, bet cēzijam, stroncijam un zeltam ir dzeltena nokrāsa.
Metāli ir ļoti dažādi pēc to īpašību izpausmes pakāpes. Bet ir īpašības, kas viņus vieno. Metāli salīdzinoši viegli nodod elektronus ārējam līmenim, jo tie ir vāji saistīti ar atoma kodolu. To iekšējo struktūru attēlo kristāla režģis, tāpēc normālos apstākļos tie visi ir cieti. Vienīgais izņēmums ir dzīvsudrabs, kas sacietē tikai temperatūrā, kas zemāka par -38,83°C.
Metāli ir lieliski siltuma un elektrības vadītāji. Daudzi no tiem ir ļoti plastmasas, piemēram, zelts, varš, tīrs hroms, sudrabs. Tie spēj saliekties vai saburzīt, nesalūstot. Citi ir diezgan trausli (mangāns, alva, bismuts).
Metāla grupas
Vienādos apstākļos metāli uzvedas atšķirīgi, ko jau var redzēt dzīvsudraba piemērā. Tas ļoti viegli kļūst šķidrs, bet ne visas vielas uzvedas vienādi. Atkarībā no kušanas temperatūras izšķir kausējamos un ugunsizturīgos metālus. Pie pēdējiem pieder volframs, tantals, rēnijs, molibdēns. Tie kūst temperatūrā virs 2000 °C.
Izšķir arī smagos un vieglos metālus. Smagie - svins, kadmijs, kob alts, dzīvsudrabs, varš, vanādijs, tiem ir liels atomsvars (vairāk nekā 50) un augsts blīvums. Plaušas ir tieši otrādi. Tajos ietilpst alumīnijs, gallijs, indijs. Litijs ir vieglākais, tā blīvums ir 0,533 g/cm³ un atomu masa 3.
Periodiskajā tabulā tiek izdalīta arī sārmainā metālu grupa (litijs, nātrijs, kālijs, rubīdijs). Tie diezgan viegli reaģē ar ūdeni, veidojot šķīstošu sārmu vai hidroksīdu. Visi no tiem ir ļoti aktīvi, mīksti un daudz vieglāki par ūdeni. Ir arī sārmzemju metāli (kalcijs, bārijs, stroncijs), sārmi ar ūdeni jau veido to oksīdus jeb zemes. Tie ir cietāki un nav tik aktīvi kā sārmaini.
Pamatojoties uz dažādajām metālu īpašībām, tos iedala arī:
- Pārejas periods.
- Izlikt pārejas periodu.
- Krāsaina.
- Melns.
- Lanthanides.
- Aktinīdi.
- Noble.
- Platīna grupas metāli.
- Retzeme.
Dārgmetāli
Metāli ķīmiskās reakcijās bieži darbojas kā reducētāji. Atdodot savus elektronus, tajos notiek kodīgi procesi, kas tos iznīcina. Oksidētāju iedarbībā uz to virsmas veidojas oksīdi, hidroksīdi, kurus tautā sauc par rūsu.
Daudzi metāli ir pakļauti šādiem procesiem. Iznīcinātāji tiem var būt gāzes un dažādi šķidrumi. Tomēr ir atsevišķa metālu klase, kas praktiski ir izturīgi pret oksidāciju un rūsu. Tie ir cēlmetāli. Tie visi ir arī reti un vērtīgi. To cenas svārstās no 300 USD (sudrabs) līdz 70 000 USD (rodijs) par kilogramu.
Noble ir zelta, sudraba un platīna grupas metāli: platīns, rutēnijs, osmijs, pallādijs, irīdijs, rodijs. Platīns, palādijs, zelts un sudrabs ir ļoti plastiski, taču tie nevar izturēt pārāk augstu temperatūru. Arī pārējie cēlmetāli ir ugunsizturīgi, kušanas temperatūra no 2334°C (rutēnijs) līdz 3033°C (osmijs).
Visas ir izturīgas pret ūdeni un gaisu, taču var reaģēt ar agresīvākām vielām. Piemēram, sudrabs viegli izšķīst slāpekļskābē un kļūst tumšāks, kad tas nonāk saskarē ar jodu. Starp citu, ar joda palīdzību var pārbaudīt, vai prece tiešām ir sudraba.
Būt dabā
Metāli uz mūsu planētas ir plaši izplatīti. sāļu veidā unsavienojumi tie ir atrodami jūras ūdenī. Visvairāk tas ir pilns ar magniju (0,12%) un kalciju (1,05%). Visbiežāk sastopamais metāls zemes garozā ir alumīnijs. Tas veido apmēram 8% no kopējās masas. Tas satur arī daudz dzelzs (4,1%), kalcija (4%), nātrija (2,3%), magnija (2,3%), kālija (2,1%).
Bet metāli atrodas ne tikai ārējā vidē. Tie atrodas jebkurā dzīvā organismā, atbildot par daudzām dzīvībai svarīgām funkcijām. Cilvēka ķermenī ir aptuveni 3% metālu. Dzelzs asinīs palīdz hemoglobīniem piesaistīt skābekli un apmainīties ar oglekļa dioksīdu. Magnijs atrodas muskuļos un nervu sistēmā. Tas ir iesaistīts olb altumvielu sintēzē, ir atbildīgs par muskuļu relaksāciju, kavē nervu galu ierosmi.
Mums visnepieciešamākais: magnijs, dzelzs, nātrijs, kalcijs, kālijs, cinks, varš, kob alts, mangāns un molibdēns. Metāli ir atrodami kaulos, smadzenēs, citu orgānu audos. Mēs tos iegūstam no ūdens un pārtikas, un to krājumi pastāvīgi jāpapildina. Ar šo elementu trūkumu organisms nedarbojas pareizi, tomēr arī to pārpalikums nav labs.
Pieteikums
Cilvēki ir iemācījušies izmantot metālus gandrīz visās savas dzīves jomās. No tiem tiek izgatavoti konstrukciju materiāli, vadi, elektrotehnika, trauki. Nestabīli radioaktīvie elementi, piemēram, urāns, kalifornijs, polonijs, ir izmantoti kodolenerģijas un ieroču ražošanā.
Viegli un spēcīgi metāli tiek izmantoti kosmosa tehnoloģijā un automobiļu rūpniecībā. Tiek izmantoti dažādi elementifarmācijas, pārtikas un tekstilrūpniecībā. No tiem gatavo rotaslietas, sadzīves priekšmetus, kā arī medikamentus un medicīnas instrumentus. Litiju, piemēram, lieto kā antidepresantu, zelts ir iekļauts artrīta un tuberkulozes līdzekļos. Titānu un tantalu izmanto ķirurģijā, lai izgatavotu protēzes un aizstātu bojātās ķermeņa daļas.
