METALEN: GESCHIEDENIS, EIGENSCHAPPEN, SOORTEN, TOEPASSINGEN, VOORBEELDEN - CHEMIE - 2025

De metalen worden gevormd door een groep elementen die zich aan de linkerkant bevinden, met uitzondering van de niet- metalen waterstof, van het periodiek systeem. Metalen vormen ongeveer 75% van de chemische elementen, dus kan worden gezegd dat een groot deel van de natuur metaalachtig van aard is.

De metalen die de mens aanvankelijk in de prehistorie verwerkte, waren de volgende: goud, zilver, koper, tin, lood en ijzer. Dit was te wijten aan het feit dat ze in hun oorspronkelijke staat waren of omdat ze gemakkelijk te verwerken waren om nuttige objecten te maken.

Metalen elementen in blauwe kleur. Metalloïden in groen en niet-metalen in bruin

Het lijkt iets magisch dat uit stapels stenen en mineralen glanzende en zilveren lichamen kunnen worden gewonnen (met bepaalde belangrijke en opvallende uitzonderingen). Dat is het geval met bauxiet en aluminium, uit de klei waarvan dit gereduceerde metaal wordt gewonnen in vellen of zilverpapier.

Metalen zijn het raamwerk van industrieën; zijn bekabeling, reactoren, eenheden, containers, allemaal op de een of andere manier gemaakt van metalen en hun legeringen.

De eerste munten, wapens, gereedschappen en bepantsering werden gemaakt met metalen, om later te worden gebruikt bij de fabricage van voertuigen, fietsen, boten, vliegtuigen, computers en andere essentiële voorwerpen in het moderne leven.

Geschiedenis

Copper Age

Metallurgische uitbreiding - Bron: Metallurgical diffusion.svg onder de Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International-licentie

In 9000 voor Christus werden de eerste gesmede koperen metalen voorwerpen gemaakt in het Nabije Oosten, toen de mens ontdekte dat het hameren van koper zijn kracht en weerstand verhoogde en er messen van maakte. Dit is het kopertijdperk.

Men ontdekte dat koper kon worden verkregen door blauwe mineralen, zoals corvelliet en malachiet (4000-3000 v.Chr.), Te verhitten.

De Chalcolithische periode is een periode die voorafgaat aan de bronstijd, overeenkomend met 5.000-3.000 v.Chr. De mens begon te experimenteren met het smelten en smelten van koper om koper te verkrijgen dat uit koperoxide was gesmeed.

Bronstijd (3.000-1500 voor Christus)

Materiaal uit de bronstijd - Bron: Gaguilella onder de Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International-licentie.

De mens begon waarschijnlijk per ongeluk legeringen te maken, aanvankelijk van koper en arseen, en later van koper en tin, om in het Nabije Oosten brons te verkrijgen.

De bronzen voorwerpen, overeenkomend met deze tijd, bevatten 87% koper, 11% tin en kleine hoeveelheden ijzer, arseen, nikkel, lood en antimoon.

IJzertijd (700 voor Christus)

De man gebruikte zijn ervaring bij de productie van gesmeed koper voor de productie van smeedijzer in het Nabije Oosten. In diezelfde periode vond de granulatie van Etruskisch poeder plaats, Italië.

De vroegst bekende productie van staal, een legering van ijzer en koolstof, kwam tot uiting in stukjes metaal op een archeologische vindplaats in Anatolië (1800 voor Christus)

Rond het jaar 1122 werd op een onbekende datum en plaats gietijzer geïntroduceerd. In 1440 na Christus werd de Grote Klok van Peking, China, geproduceerd. Bijna drie eeuwen later, in 1709 na Christus, wordt gesmolten ijzer geproduceerd met cokes als brandstof.

In 1779 werd gietijzer in Engeland gebruikt als architectonisch materiaal. In 1855 gebruikte Henry Bessenir ruwijzer als grondstof om zacht staal te verkrijgen. Het Engelse Clark and Wood (1872) patenteerde een legering die momenteel als roestvrij staal wordt beschouwd.

Fysieke eigenschappen van metalen

Het brons van deze oude klokken toont het nut van metalen aan voor decoratieve of religieuze doeleinden. Bron: Pxhere.

Onder enkele fysieke eigenschappen van metalen hebben we:

-Metalen zien er glanzend uit en kunnen licht reflecteren.

-Over het algemeen zijn ze goede geleiders van elektriciteit en warmte.

-Ze hebben een hoog smelt- en kookpunt.

-Ze zijn kneedbaar, dat wil zeggen dat ze gehamerd kunnen worden om dunne platen te produceren.

-Ze zijn taai, hiermee kun je draden of vezels maken met een zeer kleine diameter.

-Ze worden in vaste toestand aangeboden, met uitzondering van kwik, dat bij kamertemperatuur vloeibaar is, en gallium, dat smelt door het tussen uw handen te knijpen. Op de volgende afbeelding zie je een container met kwik:

-Ze zijn ondoorzichtige lichamen, hun dunne vellen worden niet doorkruist door licht.

-Ze zijn erg hard, behalve natrium en kalium, die met een mes kunnen worden gesneden.

-Ze hebben een hoge dichtheid, waarbij osmium en iridium de hoogste dichtheid hebben en lithium de laagste dichtheid.

Chemische eigenschappen van metalen

Onder enkele van de chemische eigenschappen van metalen hebben we:

-Ze hebben de neiging elektronen te verliezen en metaalkationen te vormen, M ^{n +} , waarbij n hun oxidatiegetal aangeeft, dat alleen voor alkali- en aardalkalimetalen samenvalt met hun valentiegetal.

-Zijn elektronegativiteiten zijn laag.

-Ze corroderen en ervaren oxidatieschade.

-Vorming van basische oxiden bij reactie met zuurstof. Deze oxiden vormen in combinatie met water metaalhydroxiden. Metaaloxiden reageren met zuren om zouten en water te vormen.

-Ze zijn goede reductiemiddelen, omdat ze hun elektronen opgeven.

Metalen soorten

Metalen worden als volgt ingedeeld: alkalisch, aardalkalimetaal, post-transitioneel, transitioneel en de zogenaamde zeldzame aarden.

Alkalimetalen

Ze komen meestal niet vrij in de natuur voor omdat ze gemakkelijk oxideren. Ze hebben een suborbitale s ¹ in hun buitenste orbitale schaal, dus ze hebben een oxidatietoestand van +1. Het zijn metalen die exotherm reageren met water en sterk reducerend zijn.

Aardalkalimetalen

Het zijn kneedbare en ductiele metalen. De atomen van de elementen in deze groep hebben een s ^2- configuratie , dus ze kunnen twee elektronen opgeven en hun oxidatietoestand is +2. Met uitzondering van beryllium zijn ze oxideerbaar bij blootstelling aan lucht.

Metalen na de overgang

Het zijn metalen van het zogenaamde p-blok, gelegen tussen de overgangsmetalen en de metalloïden in het periodiek systeem.

De elementen van groep 3 hebben de oxidatietoestand +1 en +3 als de meest voorkomende, hoewel aluminium alleen de oxidatietoestand +3 heeft. Ook een deel van de postovergangsmetalen bevindt zich in de groepen 14 en 15.

Overgangsmetalen d

Ze vormen een groep die wordt aangetroffen tussen de basevormende elementen en de zuurvormende elementen. De atomaire orbitalen d en f zijn onvolledig en vullen. Hoewel de term overgangsmetalen verwijst naar overgangsmetalen d.

Overgangsmetalen hebben meer dan één oxidatietoestand. Ze hebben hogere smelt- en kookpunten dan andere groepen metalen. De overgangsmetalen zijn een zeer heterogene groep metalen waartoe onder meer ijzer, chroom, zilver enz. Behoren.

Zeldzame aarden

Zeldzaam aarderts

Deze groep metalen bestaat uit de elementen scandium en yttrium en de elementen van de reeks lanthaniden en actiniden. De term 'zeldzame aarden' verwijst naar het feit dat ze niet in zuivere staten in de natuur voorkomen en aangevallen kunnen worden door zuren.

Toepassingen

Alkalimetalen

Lithium wordt in sommige kernreactoren gebruikt als warmteoverdrachtsmedium. Het wordt gebruikt in sommige droge batterijen en lichte accu's. Lithiumchloride en lithiumbromide zijn hygroscopische verbindingen die worden gebruikt in industriële droog- en airconditioningprocessen.

Natrium wordt gebruikt in de metallurgie van metalen, zoals titanium en zirkonium. Het wordt gebruikt in openbare verlichting in natriumbooglampen. Natriumchloride (NaCl) wordt gebruikt als smaakstof voor levensmiddelen en voor het conserveren van vlees.

Aardalkalimetalen

Magnesium werd in de fotografie gebruikt als flitslicht en bij vuurwerk. Barium is een onderdeel van legeringen die worden gebruikt in bougies vanwege het gemak van het element om elektronen uit te zenden. Bariumzouten worden gebruikt om schade door röntgenstraling aan platen in het maagdarmkanaal te beperken.

Calcium wordt gebruikt om opgeloste onzuiverheden in gesmolten metalen te verwijderen en bij het verwijderen van afvalgassen in vacuümbuizen. Het maakt deel uit van gips, een materiaal dat wordt gebruikt bij de constructie en bij de behandeling van botbreuken.

Metalen na de overgang

Aluminium omdat het een lichtgewicht metaal is, wordt gebruikt bij de constructie van vliegtuigen en schepen. Het wordt ook gebruikt bij de productie van tal van keukengerei. Het wordt gebruikt als grondstof bij de vervaardiging van deodorants die zweten beperken.

Gallium wordt gebruikt in transistors en thermometers op hoge temperatuur. De ⁶⁷ Ga- isotoop wordt in de geneeskunde gebruikt om sommige melanomen te behandelen. Lood wordt gebruikt bij de constructie van batterijen en ter bescherming tegen ioniserende straling.

Overgangsmetalen

Koper wordt gebruikt in watertoevoerleidingen, koelkasten en airconditioningsystemen. Het wordt ook gebruikt als onderdeel van het warmtedissipatiemechanisme van computers. Het wordt gebruikt bij de geleiding van elektrische stroom, in elektromagneten en bij het kleuren van glazen.

Nikkel wordt gebruikt om roestvrij staal te maken, maar ook voor gitaarsnaren en oplaadbare batterijen. Het wordt ook gebruikt bij galvaniseren bij de bescherming van metalen. Het wordt gebruikt in legeringen die in auto-onderdelen voorkomen, zoals kleppen, lagers en remmen.

Nikkel wordt al lang gebruikt bij het maken van munten.

Zink wordt gebruikt om metalen te beschermen tegen corrosie bij de productie van messing. Zinkoxide en zinksulfaat worden gebruikt bij de vervaardiging van platen voor daken, goten en regenpijpen.

Chroom wordt gebruikt om metalen te beschermen tegen corrosie en geeft ze glans. Het wordt gebruikt als katalysator bij de synthesereactie van ammoniak (NH ₃ ). Chroomoxide wordt gebruikt om hout te beschermen.

Zeldzame aarden

Scandium wordt gebruikt in legeringen met aluminium voor lucht- en ruimtevaartcomponenten. Het is een additief in kwikdamplampen.

Lanthaan wordt gebruikt in alkalibestendige glazen met een hoge brekingsindex. Bovendien wordt het gebruikt bij de vervaardiging van cameralenzen en als katalysator voor katalytisch kraken voor olieraffinaderijen.

Cerium wordt gebruikt als chemisch oxidatiemiddel. Bovendien wordt het gebruikt om een ​​gele kleur te geven aan glas en keramiek, en als katalysator voor zelfreinigende ovens.

Voorbeelden van metalen elementen

Alkalisch

Natrium (Na), kalium (K), cesium (Cs), lithium (Li) en rubidium (Ru).

Alkaline-aards

Beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba) en radium (Ra).

Post-transitioneel

Aluminium (Al), gallium (Ga), indium (In), thallium (Tl), tin (Sn) en lood (Pb).

Overgang

Titanium (Ti), vanadium (V), chroom (Cr), mangaan (Mn), ijzer (Fe), kobalt (Co), nikkel (Ni), koper (Cu), zink (Zn), zirkonium (Zr), niobium (Nb), molybdeen (Mo), palladium (Pd), zilver (Ag), wolfraam (W), rhenium (Re), osmium (Os), iridium (Ir),

Platina (Pt), Goud (Au) en Kwik (Hg).

Zeldzame aarden

Scandium (Sc), yttrium (Y), lanthaan (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb) en lutetium (Lu).

Referenties

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie (8e ed.). CENGAGE Leren.
2. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde . (Vierde druk). Mc Graw Hill.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (05 oktober 2019). Metalen versus niet-metalen. Hersteld van: thoughtco.com
4. Metalen en hun eigenschappen - fysisch en chemisch. . Hersteld van: csun.edu
5. Jonathan Maes. (2019). 18 verschillende soorten metaal (feiten en toepassingen). Hersteld van: makeitfrommetal.com