Metāli ir elementu grupa, kam ir unikālas īpašības, piemēram, elektriskā vadītspēja, augsta siltuma pārnese, pozitīvs pretestības koeficients, raksturīgais spīdums un relatīvā elastība. Šāda veida viela ir vienkārša ķīmisko savienojumu ziņā.
Klasifikācija pēc grupām
Metāli ir viens no visbiežāk izmantotajiem materiāliem cilvēces vēsturē. Lielākā daļa no tiem atrodas zemes garozas vidējos slāņos, bet ir arī tādi, kas paslēpušies dziļi kalnu nogulumos.
Šobrīd metāli aizņem lielāko daļu periodiskās tabulas (94 no 118 elementiem). No oficiāli atzītajām grupām ir vērts atzīmēt šādas grupas:
1. Sārmains (litijs, kālijs, nātrijs, francijs, cēzijs, rubīdijs). Saskaroties ar ūdeni, tie veido hidroksīdus.
2. Sārmzeme (kalcijs, bārijs, stroncijs, rādijs). Atšķiras pēc blīvuma un cietības.
3. Gaisma (alumīnijs, svins, cinks, gallijs, kadmijs, alva, dzīvsudrabs). Bieži izmanto sakausējumos zemā blīvuma dēļ.
4. pārejas (urāns,zelts, titāns, varš, sudrabs, niķelis, dzelzs, kob alts, platīns, pallādijs utt.). Tiem ir mainīgs oksidācijas līmenis.
5. Pusmetāli (germānija, silīcijs, antimons, bors, polonijs utt.). To struktūrā ir kristālisks kovalentais režģis.
6. Aktinīdi (amerīcijs, torijs, aktīnijs, berkelijs, kūrijs, fermijs utt.).
7. Lantanīdi (gadolīnijs, samārijs, cērijs, neodīms, lutēcijs, lantāns, erbijs u.c.).
Ir vērts atzīmēt, ka zemes garozā ir metāli un tādi, kas nav definēti grupās. Tajos ietilpst magnijs un berilijs.
Vietējie savienojumi
Dabā ir atsevišķa kristāliski ķīmiskās kodifikācijas klase. Šie elementi ietver vietējos metālus. Tie ir minerāli, kas nav saistīti viens ar otru. Visbiežāk vietējie metāli dabā veidojas ģeoloģisko procesu rezultātā.
45 vielas ir zināmas kristāliskā stāvoklī zemes garozā. Lielākā daļa no tiem dabā ir ārkārtīgi reti, tāpēc to augstās izmaksas. Šādu elementu īpatsvars ir tikai 0,1%. Jāpiebilst, ka arī šo metālu atrašana ir darbietilpīgs un dārgs process. Tas ir balstīts uz atomu ar stabilu apvalku un elektronu izmantošanu.
Vietējos metālus sauc arī par cēliem. Tiem ir raksturīga savienojumu ķīmiskā inerce un stabilitāte. Tajos ietilpst zelts, pallādijs, platīns, irīdijs, sudrabs, rutēnijs uc Varš visbiežāk sastopams dabā. Dzelzs dzimtajā stāvoklī galvenokārt atrodas kalnu nogulumos meteorītu veidā. visvairākreti sastopami šīs grupas elementi ir svins, hroms, cinks, indijs un kadmijs.
Pamatfunkcijas
Gandrīz visi metāli normālos apstākļos ir cieti un izturīgi. Izņēmums ir francijs un dzīvsudrabs, sārmu metāli. Kušanas temperatūra visiem grupas elementiem ir atšķirīga. Tās diapazons svārstās no -39 līdz +3410 grādiem pēc Celsija. Volframs tiek uzskatīts par visizturīgāko pret kušanu. Tā savienojumi zaudē savu izturību tikai temperatūrā virs +3400 C. Svins un alva ir jāatšķir no viegli kūstošiem metāliem.
Arī elementus iedala pēc blīvuma (viegls un smags) un plastiskuma (cietais un mīkstais). Visi metālu savienojumi ļoti labi vada elektrību. Šī īpašība ir saistīta ar kristālisko režģu klātbūtni ar aktīviem elektroniem. Vara, sudraba un alumīnija vadītspēja ir maksimālā, nātrija vadītspēja ir nedaudz zemāka. Ir vērts atzīmēt metālu augstās termiskās īpašības. Sudrabs tiek uzskatīts par labāko siltuma vadītāju, dzīvsudrabs ir vissliktākais.
Metāli vidē
Visbiežāk šos elementus var atrast savienojumu un rūdu veidā. Metāli dabā veido sulfītus, oksīdus, karbonātus. Lai savienojumus attīrītu, vispirms ir nepieciešams tos izolēt no rūdas sastāva. Nākamais solis būs leģēšana un galīgā apstrāde.
Rūpnieciskajā metalurģijā izšķir melno un krāsaino metālu rūdas. Pirmie ir būvēti uz dzelzs savienojumu bāzes, otrie uz citiem metāliem. Platīns, zelts un sudrabs tiek uzskatīti par dārgmetāliem. Lielākā daļa no tām atrodas zemes garozā. Tomērmazākā mērā jūras ūdens veido arī nelielu daļu.
Pat dzīvos organismos ir cēli elementi. Cilvēks satur apmēram 3% metālu savienojumu. Lielākoties organismā ir nātrijs un kalcijs, kas darbojas kā starpšūnu elektrolīts. Magnijs ir nepieciešams normālai centrālās nervu sistēmas darbībai un muskuļu masai, dzelzs ir labs asinīm, varš ir labs aknām.
Metālu savienojumu atrašana
Lielākā daļa elementu visur atrodas zem augšējā augsnes slāņa. Visizplatītākais metāls zemes garozā ir alumīnijs. Tā procentuālā daļa svārstās 8,2% robežās. Atrast zemes garozā visizplatītāko metālu nav grūti, jo tas notiek rūdu veidā.
Dzelzs un kalcijs dabā ir sastopami nedaudz retāk. To īpatsvars ir 4,1%. Tālāk nāk magnijs un nātrijs - katrs 2,3%, kālijs - 2,1%. Atlikušie metāli dabā aizņem ne vairāk kā 0,6%. Jāatzīmē, ka magniju un nātriju var vienlīdz iegūt gan zemē, gan jūras ūdenī.
Metāla elementi dabā ir sastopami rūdu veidā vai to sākotnējā stāvoklī, piemēram, varš vai zelts. Ir vielas, kas jāiegūst no oksīdiem un sulfīdiem, piemēram, hematīts, kaolīns, magnetīts, galēna utt.
Metāla ražošana
Elementu ieguves procedūra ir saistīta ar minerālu ieguvi. Metālu atrašana dabā rūdu veidā ir vienkāršākais un visizplatītākais process vispārējā rūpniecībā. Meklēšanaikristāliskos nogulsnes, vielu sastāva analīzei konkrētā zemes gabalā tiek izmantota speciāla ģeoloģiskā iekārta. Retāk metālu klātbūtne dabā tiek samazināta līdz banālai atklātas bedres pazemes metodei.
Pēc ieguves sākas bagātināšanas posms, kad rūdas koncentrāts tiek atdalīts no sākotnējā minerāla. Elementu atšķiršanai izmanto mitrināšanu, elektrisko strāvu, ķīmiskās reakcijas, termisko apstrādi. Visbiežāk metāla rūdas izdalīšanās notiek kušanas rezultātā, tas ir, karsējot ar reģenerāciju.
Alumīnija ieguve
Šajā procesā ir iesaistīta krāsainā metalurģija. Patēriņa un ražošanas ziņā tas ir līderis starp citām smagās rūpniecības nozarēm. Mūsdienu pasaulē visizplatītākais metāls zemes garozā ir ļoti pieprasīts. Ražošanas ziņā alumīnijs ir otrajā vietā aiz tērauda.
Visvairāk šis elements tiek izmantots aviācijas, automobiļu un elektrotehnikas nozarēs. Zīmīgi, ka visizplatītāko metālu zemes garozā var iegūt arī ar "mākslīgiem" līdzekļiem. Šādai ķīmiskai reakcijai ir nepieciešami boksīti. Tie veido alumīnija oksīdu. Apvienojot šo vielu ar oglekļa elektrodiem un fluorīda sāli elektriskās strāvas iedarbībā, jūs varat iegūt tīrāko alumīnija rūdu.
Ķīna ir vadošā valsts starp šī komponenta ražotājiem. Ik gadu tajā tiek izkausēts līdz 18,5 miljoniem tonnu metāla. Krievijas un Šveices asociācija UC RUSAL ir līdere līdzīgā alumīnija ieguves reitingā.
Metālu izmantošana
Visi grupas elementi ir izturīgi, necaurlaidīgi un salīdzinoši izturīgi pret temperatūru. Tāpēc metāli ir tik izplatīti ikdienas dzīvē. Mūsdienās tos izmanto elektrisko vadu, rezistoru, ierīču un sadzīves priekšmetu izgatavošanai.
Metāli ir ideāli celtniecības un instrumentu materiāli. Būvniecībā tiek izmantoti tīri un kombinēti sakausējumi. Inženierzinātnēs un aviācijā galvenie savienojumi ir tērauds un cietākas saites.
