Paskatieties apkārt… Cik daudz metāla lietu jūs varat redzēt? Parasti, kad mēs domājam par metāliem, mēs domājam par vielām, kas ir spīdīgas un izturīgas. Tomēr tie ir atrodami arī mūsu pārtikā un mūsu ķermenī. Apskatīsim visu zinātnei zināmo metālu sarakstu, uzzināsim to pamatīpašības un uzzināsim, kāpēc tie ir tik īpaši.
Kas ir metāli?
Elementus, kas viegli zaudē elektronus, ir spīdīgi (atstarojoši), kaļami (var tikt veidoti citās formās) un tiek uzskatīti par labiem siltuma un elektrības vadītājiem, sauc par metāliem. Tiem ir izšķiroša nozīme mūsu dzīvesveidā, jo tie ir ne tikai daļa no konstrukcijām un tehnoloģijām, bet arī ir būtiski gandrīz visu priekšmetu ražošanā. Metāls ir pat cilvēka ķermenī. Aplūkojot multivitamīnu sastāvdaļu etiķeti, jūs redzēsit desmitiem savienojumu.
Iespējams, jūs nezināt, ka tādi elementi kā nātrijs, kalcijs, magnijs un cinks ir būtiskidzīvību, un, ja tie nav mūsu ķermenī, mūsu veselība var tikt nopietni apdraudēta. Piemēram, kalcijs ir būtisks veseliem kauliem, magnijs – vielmaiņai. Cinks uzlabo imūnsistēmas darbību, savukārt dzelzs palīdz asins šūnām pārvadāt skābekli visā ķermenī. Tomēr metāli mūsu ķermeņos atšķiras no metāla karotē vai tērauda tiltiņā ar to, ka tie ir zaudējuši elektronus. Tos sauc par katjoniem.
Metāliem piemīt arī antibiotiskas īpašības, tāpēc margas un rokturi sabiedriskās vietās bieži tiek izgatavoti no šiem elementiem. Ir zināms, ka daudzi instrumenti ir izgatavoti no sudraba, lai novērstu baktēriju augšanu. Mākslīgie savienojumi ir izgatavoti no titāna sakausējumiem, kas gan novērš infekciju, gan padara saņēmējus stiprākus.
Metāli periodiskajā tabulā
Visi elementi Dmitrija Mendeļejeva periodiskajā sistēmā ir sadalīti divās lielās grupās: metāli un nemetāli. Pirmā ir vislielākā. Lielākā daļa elementu ir metāli (zili). Nemetāli tabulā ir parādīti uz dzeltena fona. Ir arī elementu grupa, kas tiek klasificēta kā metaloīdi (sarkanie). Visi metāli ir sagrupēti tabulas kreisajā pusē. Ņemiet vērā, ka ūdeņradis ir sagrupēts ar metāliem augšējā kreisajā stūrī. Neskatoties uz to, tas tiek uzskatīts par nemetālisku. Tomēr daži zinātnieki uzskata, ka planētas Jupitera kodolā var būt metālisks ūdeņradis.
Metāla līmēšana
Daudzas brīnišķīgas un noderīgas īpašībasElements ir saistīts ar to, kā tā atomi savienojas viens ar otru. Tas rada noteiktus savienojumus. Atomu metāliskā mijiedarbība izraisa metālisku struktūru veidošanos. Katrs šī elementa gadījums ikdienas dzīvē, sākot no automašīnas līdz monētām kabatā, ietver metāla savienojumu.
Šī procesa laikā metālu atomi savā starpā vienmērīgi sadala ārējos elektronus. Elektroni, kas plūst starp pozitīvi lādētiem joniem, viegli pārnes siltumu un elektrību, padarot šos elementus par tik labiem siltuma un elektrības vadītājiem. Strāvas padevei tiek izmantoti vara vadi.
Metālu reakcijas
Reaktivitāte attiecas uz elementa tendenci reaģēt ar ķīmiskām vielām savā vidē. Viņa ir savādāka. Daži metāli, piemēram, kālijs un nātrijs (periodiskās tabulas 1. un 2. slejā), viegli reaģē ar daudzām dažādām ķīmiskām vielām un reti sastopami to tīrā, elementārā formā. Abi parasti pastāv tikai savienojumos (saistīti ar vienu vai vairākiem citiem elementiem) vai kā joni (to elementārās formas uzlādēta versija).
No otras puses, ir arī citi metāli, tos sauc arī par rotaslietām. Zelts, sudrabs un platīns nav īpaši reaģējoši un parasti sastopami tīrā veidā. Šie metāli zaudē elektronus vieglāk nekā nemetāli, bet ne tik viegli kā reaktīvie metāli, piemēram, nātrijs. Platīna salīdzinošinereaģējošs un ļoti izturīgs pret reakcijām ar skābekli.
Elementa rekvizīti
Kad pamatskolā studējāt alfabētu, jūs atklājāt, ka visiem burtiem ir savs unikāls īpašību kopums. Piemēram, dažiem bija taisnas līnijas, dažiem bija līknes, bet citās bija abu veidu līnijas. To pašu var teikt par elementiem. Katram no tiem ir unikāls fizikālo un ķīmisko īpašību kopums. Fizikālās īpašības ir īpašības, kas raksturīgas noteiktām vielām. Spīdīgs vai nē, cik labi vada siltumu un elektrību, kādā temperatūrā kūst, cik tas ir blīvs.
Ķīmiskās īpašības ietver tās īpašības, kas tiek novērotas, reaģējot uz skābekļa iedarbību, ja tās sadedzina (cik grūti viņiem būs saglabāt elektronus ķīmiskās reakcijas laikā). Dažādiem elementiem var būt kopīgas īpašības. Piemēram, gan dzelzs, gan varš ir elementi, kas vada elektrību. Tomēr tiem nav vienādas īpašības. Piemēram, dzelzi pakļaujot mitram gaisam, tā rūsē, bet, iedarbojoties vienādos apstākļos, varš iegūst specifisku zaļu pārklājumu. Tāpēc Brīvības statuja ir zaļa un nav sarūsējusi. Tas ir izgatavots no vara, nevis no dzelzs).
Elementu organizācija: metāli un nemetāli
Fakts, ka elementiem ir dažas kopīgas un unikālas īpašības, ļauj tos sakārtot jaukā, glītā diagrammā, kassauc par periodisko tabulu. Tas organizē elementus, pamatojoties uz to atomu skaitu un īpašībām. Tātad periodiskajā tabulā mēs atrodam kopā sagrupētus elementus, kuriem ir kopīgas īpašības. Dzelzs un varš atrodas tuvu viens otram, abi ir metāli. Dzelzs ir apzīmēts ar simbolu "Fe", bet varš ir apzīmēts ar simbolu "Cu".
Lielākā daļa periodiskās tabulas elementu ir metāli, un tie parasti atrodas tabulas kreisajā pusē. Tie ir sagrupēti kopā, jo tiem ir noteiktas fizikālās un ķīmiskās īpašības. Piemēram, metāli ir blīvi, spīdīgi, tie ir labi siltuma un elektrības vadītāji, ķīmiskās reakcijās tie viegli zaudē elektronus. Turpretim nemetāliem ir pretējas īpašības. Tie nav blīvi, nevada siltumu un elektrību, un tiem ir tendence iegūt elektronus, nevis tos atdot. Aplūkojot periodisko tabulu, mēs redzam, ka lielākā daļa nemetālu ir sagrupēti labajā pusē. Tie ir tādi elementi kā hēlijs, ogleklis, slāpeklis un skābeklis.
Kas ir smagie metāli?
Metālu saraksts ir diezgan daudz. Daži no tiem var uzkrāties organismā un nenodarīt kaitējumu, piemēram, dabiskais stroncijs (formula Sr), kas ir kalcija analogs, jo tas produktīvi nogulsnējas kaulaudos. Kurus no tiem sauc par smagiem un kāpēc? Apsveriet četrus piemērus: svinu, varu, dzīvsudrabu un arsēnu.
Kur atrodas šie elementi un kā tie ietekmē vidi un cilvēku veselību? Smagsmetāli ir metāliski, dabā sastopami savienojumi, kuriem salīdzinājumā ar citiem metāliem ir ļoti augsts blīvums – vismaz piecas reizes lielāks par ūdens blīvumu. Tie ir toksiski cilvēkiem. Pat nelielas devas var izraisīt nopietnas sekas.
- Svins. Tas ir smagais metāls, kas ir toksisks cilvēkiem, īpaši bērniem. Saindēšanās ar šo vielu var izraisīt neiroloģiskas problēmas. Lai gan svins savulaik bija ļoti pievilcīgs, pateicoties tā elastībai, augstajam blīvumam un spējai absorbēt kaitīgo starojumu, svins daudzos veidos ir pakāpeniski atmests. Šis uz Zemes sastopamais mīkstais, sudrabotais metāls ir bīstams cilvēkiem un laika gaitā uzkrājas organismā. Sliktākais ir tas, ka no tā nevar tikt vaļā. Tas tur sēž, uzkrājas un pamazām saindē ķermeni. Svins ir toksisks nervu sistēmai un var izraisīt smagus smadzeņu bojājumus bērniem. To plaši izmantoja 1800. gados, lai izveidotu grimu, un līdz 1978. gadam to izmantoja kā vienu no matu krāsošanas sastāvdaļām. Mūsdienās svinu galvenokārt izmanto lielās baterijās, kā rentgena vairogus vai kā izolāciju radioaktīviem materiāliem.
- Varš. Tas ir sarkanbrūns smagais metāls, kam ir daudz pielietojumu. Varš joprojām ir viens no labākajiem elektrības un siltuma vadītājiem, un daudzi elektrības vadi ir izgatavoti no šī metāla un pārklāti ar plastmasu. No šī periodiskās sistēmas elementa tiek izgatavotas arī monētas, galvenokārt sīknaudas. Akūta saindēšanās ar varu ir reta, taču, tāpat kā svins, tas var uzkrāties audos, galu galā izraisot toksicitāti. Arī cilvēki, kuri ir pakļauti lielam vara vai vara putekļu daudzumam, ir pakļauti riskam.
- Mercury. Šis metāls ir toksisks jebkurā formā, un to var pat absorbēt āda. Tās unikalitāte slēpjas faktā, ka tas ir šķidrs istabas temperatūrā, dažreiz to sauc par "ātro sudrabu". To var redzēt termometrā, jo, būdams šķidrums, tas absorbē siltumu, mainot tilpumu pat ar mazāko temperatūras starpību. Tas ļauj dzīvsudrabam pacelties vai nokrist stikla caurulē. Tā kā šī viela ir spēcīgs neirotoksīns, daudzi uzņēmumi pāriet uz sarkanās krāsas spirta termometriem.
- Arsēns. No romiešu laikiem līdz pat Viktorijas laikmetam arsēns tika uzskatīts par "indes karali" un arī par "karaļu indi". Vēsture ir caurstrāvota ar neskaitāmiem piemēriem, kad gan honorāri, gan vienkāršie iedzīvotāji izdara slepkavības personīga labuma gūšanai, izmantojot arsēna savienojumus, kuriem nebija smaržas, krāsas un garšas. Neskatoties uz visām negatīvajām ietekmēm, šim metaloīdam ir arī savs pielietojums pat medicīnā. Piemēram, arsēna trioksīds ir ļoti efektīvas zāles, ko lieto, lai ārstētu cilvēkus ar akūtu promielocītu leikēmiju.
Kas ir dārgmetāls?
Dārgmetāls ir metāls, kasvar būt reti vai grūti iegūstami un ekonomiski ļoti vērtīgi. Kāds ir dārgmetālu saraksts? Kopā ir trīs:
- Platīns. Neskatoties uz ugunsizturību, to izmanto juvelierizstrādājumos, elektronikā, automobiļos, ķīmiskos procesos un pat medicīnā.
- Zelts. Šo dārgmetālu izmanto juvelierizstrādājumu un zelta monētu izgatavošanai. Tomēr tam ir daudz citu lietojumu. To izmanto medicīnā, ražošanā un laboratorijas iekārtās.
- Sudrabs. Šis cēlmetāls ir sudrabaini b altā krāsā un ir ļoti kaļams. tīrā veidā ir diezgan smags, tas ir vieglāks par svinu, bet smagāks par varu.
Metāli: veidi un īpašības
Lielāko daļu elementu var uzskatīt par metāliem. Tie ir sagrupēti vidū tabulas kreisajā pusē. Metāli ir sārmi, sārmzemju metāli, pārejas metāli, lantanīdi un aktinīdi.
Viņiem visiem ir dažas kopīgas iezīmes, tās ir:
- cieta istabas temperatūrā (izņemot dzīvsudrabu);
- parasti spīdīgs;
- augsta kušanas temperatūra;
- labs siltuma un elektrības vadītājs;
- zema jonizācijas jauda;
- zema elektronegativitāte;
- elastīgs (var pieņemt noteiktu formu);
- plastmasa (var ievilkt stieplē);
- augsts blīvums;
- viela, kas reakcijās zaudē elektronus.
Zinātnei zināmo metālu saraksts
- litijs;
- berilijs;
- nātrijs;
- magnijs;
- alumīnijs;
- kālijs;
- kalcijs;
- skandijs;
- titāns;
- vanādijs;
- hroms;
- mangāns;
- dzelzs;
- kob alts;
- niķelis;
- varš;
- cinks;
- gallijs;
- rubidium;
- stroncijs;
- yttrium;
- cirkonijs;
- niobijs;
- molibdēns;
- tehnēcijs;
- rutēnijs;
- rodijs;
- pallādijs;
- sudrabs;
- kadmijs;
- indium;
- copernicus;
- cēzijs;
- bārijs;
- alva;
- dzelzs;
- bismuts;
- vada;
- dzīvsudrabs;
- volframs;
- zelts;
- platīns;
- osmium;
- hafnium;
- germānija;
- iridium;
- niobijs;
- rēnijs;
- antimons;
- tallijs;
- tantals;
- franču;
- livermorium.
Kopumā ir zināmi aptuveni 105 ķīmiskie elementi, no kuriem lielākā daļa ir metāli. Pēdējie ir ļoti izplatīts elements dabā, kas sastopams gan tīrā veidā, gan kā daļa no dažādiem savienojumiem.
Metāli sastopami zemes zarnās, tos var atrast dažādās ūdenstilpēs, dzīvnieku un cilvēku ķermeņu sastāvā, augos un pat atmosfērā. Periodiskajā tabulā tie atrodas, sākot ar litiju (metālu ar formulu Li) unbeidzas ar livermorium (Lv). Tabulu turpina papildināt ar jauniem elementiem, un pārsvarā tie ir metāli.
