In viata de zi cu zi suntem inconjurati de obiecte facute din metal si de ceea ce credem noi ca stim ca este un metal.Insa pentru chimisti , majoritatea elementelor pot fi numite metale , dintre care nu toate se potrivesc ideilor noastre.
Metalele ca atare si aliajele lor sunt de mare folos omului , datorita proprietatilor caracteristice metalelor.Civilizatia noastra moderna este bazata pe fier si otel si aliajele lor.
1. Caracterizarea generala a metalelor
Aproape trei sferturi din numarul elementelor din sistemul periodic sunt metale.Metalele au o structura cristalina ,fiind formate dintr-o aglomerare de cristale mici.Reteua cristalina a unui metal oarecare este alcatuita din ioni,inconjurati de gaz electronic,format din electroni care se pot deplasa liber intre ionii metalului respective.
Cercetarile metalelor cu ajutorul razelor X au dovedit existenta intre inii metalelor a unei densitati de electroni.De aceea se considera ca ionii sunt liberi in metal; ei s-au desprins de unii atomi,dar sunt si atomi neutri.Natura legaturii metalice este deci mai complexa;ea consta din suprapunerea legaturilor covalente dintre atomi si a atractiei coulombiene dintre ioni si electroni.Aceasta legatura metalica este caracteristica numai metalelor in stare solida si lichida,deoarece in stare gazoasa,metalele sunt formate din molecule monoatomice,izolate.Aceasta legatura este foarte puternica si de aceea marea majoritate a metalelor se caracterizeaza prin duritate mare,temperature inalte de topire etc.
Metalele care nu contin fier se numesc metale ,,neferoase".Acest grup include aproximativ 70 de elemente, de la aluminiu-metalul cel mai raspandit in scoarta terestra - pana la elementele artificiale cum este plutoniul, care nu se gasesc niciodata in natura.
In industrie, cele mai importante metale neferoase sunt aluminiul, cuprul, zincul, plumbul,staniul si nichelul. Metalele pretioase aur, platina si argint au, pe langa rolul lor decorativ si comercial, multe utilizari industriale importante. Si, in epoca energiei nucleare, uraniul si plutoniul ofera perspectiva unor rezerve vaste de energie.
Metalele se caracterizeaza prin proprietati generale ,comune tuturor metalelor,si prin proprietati particulare,specifice fiecarui metal in parte.Proprietatile generale sunt determinate de electronii liberi,in timp ce proprietatile particulare sunt date de atomii si de ionii metalelor,care variaza de la un metal la altul.Metalele isi mentin proprietatile lor numai in stare solida sau lichida , in timp ce in stare gazoasa nu mai pot fi deosebite.
Structura cristalina a metalelor.Studiul metalelor cu ajutorul radiatiilor X (Rontgen) a aratat ca metalele cristalizeaza in trei tipuri de retele cristaline. Particulele din aceste retele cristaline se caracterizeaza prin diferite numere de coordinare,care reprezinta numarul de atomi sau de ioni ce inconjoara o anumita particula din retea,asezati in mod identic la distantele cele mai mici .Fiecarui numar de coordinare ii corespunde un anumit tip de retea.
Retele cristaline: -Reteaua cubica cu fete centrate. Aceasta retea admite coordinarea 12. In ea ionii sunt asezati in cele 8 colturi ale cubului si in mijlocul fetelor cubului;fiecare ion este deci inconjurat la distante egale de 12 ioni. Intr-un asemenea tip de retea cristalizeaza:Cu, Ag ,Au,Al, Pb ,Ni.
-Reteaua cubica centrata intern. Aceasta retea se caracterizaza prin coordinarea 8.In retea ionii sunt asezati in cele 8 colturi ale cubului si in centrul cubului se mai gaseste un ion.;fiecare ion este deci inconjurat de 8 ioni la distante egale. Metalele care cristalizeza intr-o asemenea retea cristalina sunt: Fe, Mo,Cr,V.
-Reteaua hexagonala compacta. In aceasta retea ,care admite coordinarea 12,ionii sunt asezati in varfurile (colturile) si in centrele fetelor. Intr-o asemenea retea cristalizeaza Mg , Zn si Cd.
Ionii asezati in retelele cristaline nu stau intr-o pozitie fixa, ci au o miscare de vibratie, dupa cum metalul are o stare de incalzire mai mica sau mai mare. Asemenea retele cristaline, ca cele de mai sus, pot incorpora impuritati, fara ca ele sa fie distruse. Aceasta explica formarea aliajelor.
2. Proprietatile fizice ale metalelor
Metalele au o serie de proprietati fizice prin care se deosebesc de nemetale:
- Starea de agregare. La temperatura obisnuita metalele sunt solide (cu exceptia mercurului care este lichid) spre deosebire de nemetale care se prezinta in toate starile de agregare.
- Luciul metalic. Metalele se caracterizeaza prin luciu metalic datorita proprietatii de a reflecta puternic razele de lumina care cad pe suprafata lor.
- Opacitatea. In timp ce marea majoritate a nemetalelor sunt substante transparente fata de razele luminoase, metalele, datorita electronilor liberi sunt opace. Aceasta proprietate decurge din faptul ca undele luminoase, intalnind in drumul lor electronii liberi, se amortizeaza nemaiputandu-se propaga mai departe.
- Culoarea. Majoritatea metalelor au culoarea alba-argintie, de exemplu argintul, mercurul, cositorul, aluminiul etc. sau alba-cenusie:zincul,fierul etc. Un numar mic de matale sunt colorate: aurul este galben, cuprul este rosu-aramiu. Luciul metalelor este alb sau cenusiu datorita faptului ca majoritatea reflecta aproape in intregime toate lungimile de unda; metalele care apar colorate, absorb mai puternic anumite lungimi de unda. In tehnica se obisnuieste ca metalele sa se clasifice in 3 categorii: metale negre (fierul si aliajele lui), metale colorate (aurul si cuprul) si metale albe (restul metalelor).
- Temperatura de topire. Metalele au temperaturi de topire foarte diferite. Unele se topesc la temperaturi sub 100? C ( sodiul si potasiul )altele la temperaturi relativ joase, 200?-400?C (staniul si plumbul), iar marea majoritate la temperaturi inalte (cuprul,fierul etc.). Temperatura cea mai inalta de topire o are wolframul la + 3 370? ; din aceasta cauza este folosit la fabricarea filamentelor pentru becurile electrice.
- Greutatea specifica. Dupa greutatea specifica metalele sunt impartite in:
a) Metale usoare cu greutate specifica sub 5 g ? cm?? // gf / cm? (magneziul, aluminiul etc.)
b) Metale grele cu greutate specifica peste 5 g o cm?? // gf / cm? ( fierul, cuprul, zincul, plumbul etc.)
- Conductibilitatea termica si electrica. Toate metalele sunt bune conducatore de caldura si electricitate. Cea mai mare conductibilitate electrica o au argintul si cuprul. Mobilitatea electronilor liberi din reteaua cristalina determina conductibilitatea termica si electrica. Conductibilitatea electrica a metalelor scade o data cu cresterea temperaturii.
- Magnetismul. Magnetismul este o proprietate pe care o au unele metale si aliaje de a se magnetiza. Unele pastreaza magnetismul un timp mai indelungat, altele se demagnetizeaza imediat ce inceteaza actiunea magnetizanta. Posibilitatea de a se magnetiza variaza deci de la un metal la altul. Din punct de vedere al comportarii lor in campul magnetic , metalele se clasifica in diamagnetice si feromagnetice.
- Metalele diamagnetice sunt respinse de un camp un camp magnetic, magnetizandu-se in sens contrar acestuia. Dintre metalele diamagnetice fac parte : Cu, Ag, Au, Sn, Pb, Bi.
- Metalele paramagnetice sunt atrase de un camp magnetic, magnetizandu-se in acelasi sens cu el. Metalele din aceasta categorie sunt : Al, V, Cr, Mn.
1. Sommer K. , Wunsch K. , Zettler M. , ,,Compendiu de chimie" , Editura ALL EDUCATIONAL , 2000, paginile 13-261-275-276
2. Pauling L. , ,,Chimie generala" , Editura Stiintifica, 1972 , paginile 547-560-584-626-630-635
3. Risavi I. , Ionescu I. , ,,Chimie si probleme de chimie" , Editura Tehnica , 1974 , paginile 300/306-308/310
4. Nenitescu C. , ,,Chimie anorganica", Editura Didactica si Pedagogica, 1972, paginile 81,82,234/237,278,292.
Pentru a descărca acest document,
trebuie să te autentifici in contul tău.
