FYSISCHE EN CHEMISCHE EIGENSCHAPPEN VAN METALEN - CHEMIE - 2026

De eigenschappen van metalen, zowel fysisch als chemisch, zijn de sleutel tot de constructie van talloze artefacten en technische werken, evenals decoratieve ornamenten in verschillende culturen en feesten.

Sinds onheuglijke tijden hebben ze nieuwsgierigheid gewekt naar hun aantrekkelijke uiterlijk, dat contrasteert met de ondoorzichtigheid van de rotsen. Enkele van deze meest gewaardeerde eigenschappen zijn onder andere hoge corrosiebestendigheid, lage dichtheid, grote hardheid en taaiheid en elasticiteit.

Metalen zijn op het eerste gezicht herkenbaar aan hun glanzende en meestal zilverkleurige oppervlakken. Bron: George Becker via Pexels.

In de chemie is hij meer geïnteresseerd in metalen vanuit een atomair perspectief: het gedrag van hun ionen tegen organische en anorganische verbindingen. Evenzo kunnen zouten worden bereid uit metalen voor zeer specifieke toepassingen; bijvoorbeeld koper- en goudzouten.

Het waren echter de fysieke eigenschappen die de mensheid voor het eerst boeiden. Over het algemeen worden ze gekenmerkt door hun duurzaamheid, wat vooral het geval is bij edelmetalen. Dus alles wat op goud of zilver leek, werd als waardevol beschouwd; munten, juwelen, juwelen, kettingen, beelden, borden, enz. werden gemaakt.

Metalen zijn de meest voorkomende elementen in de natuur. Kijk maar eens naar het periodiek systeem om te bevestigen dat bijna alle elementen van metaal zijn. Dankzij hen waren er materialen beschikbaar om elektrische stroom in elektronische apparaten te geleiden; dat wil zeggen, ze zijn de slagaders van technologie en de botten van gebouwen.

Fysieke eigenschappen van metalen

De fysische eigenschappen van metalen zijn die welke ze als materialen definiëren en onderscheiden. Het is niet nodig dat ze een transformatie ondergaan die wordt veroorzaakt door andere substanties, maar door fysieke handelingen zoals verhitten, vervormen, polijsten of gewoon ernaar kijken.

Schittering

De overgrote meerderheid van metalen is glanzend en heeft ook grijsachtige of zilveren kleuren. Er zijn enkele uitzonderingen: kwik is zwart, koper is roodachtig, goud is goud en osmium vertoont enkele blauwachtige tinten. Deze helderheid is te wijten aan de interacties van fotonen met het oppervlak dat elektronisch is gedelokaliseerd door de metalen binding.

Hardheid

Metalen zijn hard, behalve alkalische en sommige andere. Dit betekent dat een metalen staaf krassen kan maken op het oppervlak dat het aanraakt. In het geval van alkalimetalen, zoals rubidium, zijn ze zo zacht dat ze met een vingernagel kunnen worden afgeschraapt; in ieder geval voordat ze het vlees gaan aantasten.

Vervormbaarheid

Metalen zijn meestal kneedbaar bij verschillende temperaturen. Wanneer ze worden geraakt en als ze worden vervormd of verbrijzeld zonder te breken of af te brokkelen, wordt gezegd dat het metaal vervormbaar is en vervormbaar is. Niet alle metalen zijn kneedbaar.

Buigbaarheid

Metalen kunnen niet alleen kneedbaar zijn, maar ook ductiel. Wanneer een metaal taai is, kan het vervormingen in dezelfde richting ondergaan, alsof het een draad of draad is. Als bekend is dat een metaal kan worden verhandeld in kabelwielen, kunnen we bevestigen dat het een taai metaal is; bijvoorbeeld koper- en gouddraden.

Synthetische gouden kristallen. Alchemist-hp (overleg) www.pse-mendelejew.de

Thermische en elektrische geleidbaarheid

Metalen zijn goede geleiders van zowel warmte als elektriciteit. Tot de beste warmtegeleiders behoren aluminium en koper; terwijl zilver, koper en goud de elektriciteit het beste geleiden. Daarom is koper een metaal dat in de industrie zeer gewaardeerd wordt vanwege zijn uitstekende thermische en elektrische geleidbaarheid.

Koperdraden. Scott ehardt

Sonoriteit

Metalen zijn degelijke materialen. Als twee metalen delen worden aangeslagen, wordt voor elk metaal een karakteristiek geluid geproduceerd. Experts en liefhebbers van metalen kunnen ze namelijk onderscheiden door het geluid dat ze uitzenden.

Hoge smelt- en kookpunten

Metalen zijn bestand tegen hoge temperaturen voordat ze smelten. Sommige metalen, zoals wolfraam en osmium, smelten bij temperaturen van respectievelijk 3422 ºC en 3033 ºC. Zink (419,5 ° C) en natrium (97,79 ° C) smelten echter bij zeer lage temperaturen.

Van alle zijn cesium (28,44 ºC) en gallium (29,76 ºC) die smelten bij de laagste temperaturen.

Uit deze waarden kan een idee worden verkregen waarom een ​​elektrische boog wordt gebruikt bij lasprocessen en er intense flitsen worden veroorzaakt.

Aan de andere kant geven de hoge smeltpunten zelf aan dat alle metalen vast zijn bij kamertemperatuur (25 ° C); Met uitzondering van kwik, het enige metaal en een van de weinige chemische elementen dat vloeibaar is.

Kwik in vloeibare vorm. Bionerd

Legeringen

Hoewel metalen niet als zodanig een fysieke eigenschap hebben, kunnen ze zich met elkaar vermengen, op voorwaarde dat hun atomen zich kunnen aanpassen om legeringen te creëren. Dit zijn dus vaste mengsels. Het ene paar metalen kan gemakkelijker worden gelegeerd dan het andere; en sommige kunnen in feite helemaal niet worden gelegeerd vanwege de lage affiniteit tussen hen.

Koper 'kan opschieten' met tin en zich ermee vermengen om brons te vormen; of met zink, om messing te vormen. Legeringen bieden meerdere alternatieven wanneer metalen alleen niet kunnen voldoen aan de vereiste eigenschappen voor een toepassing; zoals wanneer je de lichtheid van het ene metaal wilt combineren met de vasthoudendheid van een ander.

Chemische eigenschappen

Chemische eigenschappen zijn de eigenschappen die inherent zijn aan hun atomen en hoe ze interageren met moleculen buiten hun omgeving om te stoppen met metalen te zijn, en zo om te zetten in andere verbindingen (oxiden, sulfiden, zouten, organometaalcomplexen, enz.). Het gaat dan om hun reactiviteit en hun structuren.

Structuren en links

Metalen zijn, in tegenstelling tot niet-metalen elementen, niet gegroepeerd als moleculen, MM, maar als een netwerk van M-atomen die bij elkaar worden gehouden door hun buitenste elektronen.

In die zin blijven de metaalatomen sterk verenigd door een "zee van elektronen" die hen baadt, en ze gaan overal heen; dat wil zeggen, ze zijn gedelokaliseerd, ze zijn niet in een covalente binding gefixeerd, maar ze vormen de metallische binding. Dit netwerk is erg geordend en repetitief, dus we hebben metalen kristallen.

Metaalkristallen, van verschillende grootte en vol imperfecties, en hun metaalbinding, zijn verantwoordelijk voor de waargenomen en gemeten fysische eigenschappen van metalen. Het feit dat ze kleurrijk, helder, goede dirigenten en geluid zijn, is allemaal te danken aan hun structuur en hun elektronische delocalisatie.

Er zijn kristallen waarbij de atomen meer verdicht zijn dan andere. Daarom kunnen metalen zo dicht zijn als lood, osmium of iridium; of zo licht als lithium, zelfs in staat om op water te drijven alvorens te reageren.

Corrosie

Metalen zijn gevoelig voor corrosie; hoewel verschillende van hen er uitzonderlijk tegen kunnen onder normale omstandigheden (edelmetalen). Corrosie is een voortschrijdende oxidatie van het metalen oppervlak, dat uiteindelijk afbrokkelt, waardoor vlekken en gaten ontstaan ​​die het glanzende oppervlak bederven, evenals andere ongewenste kleuren.

Metalen zoals titanium en iridium hebben een hoge corrosiebestendigheid, aangezien de laag van hun gevormde oxiden niet reageert met vocht en ook geen zuurstof doorlaat in het binnenste van het metaal. En van de gemakkelijkst te corroderen metalen hebben we ijzer, waarvan de roest vrij herkenbaar is aan zijn bruine kleur.

Reducerende middelen

Sommige metalen zijn uitstekende reductiemiddelen. Dit betekent dat ze hun elektronen afstaan ​​aan andere elektronenhongerige soorten. Het resultaat van deze reactie is dat ze uiteindelijk kationen worden, M ^{n +} , waarbij n de oxidatietoestand van het metaal is; dat wil zeggen de positieve lading, die polyvalent kan zijn (groter dan 1+).

Zo worden alkalimetalen gebruikt om bepaalde oxiden of chloriden te verminderen. Wanneer dit gebeurt met natrium, Na, verliest het zijn enige valentie-elektron (omdat het tot groep 1 behoort) om een ​​natriumion of -kation te worden, Na ⁺ (eenwaardig).

Hetzelfde geldt voor calcium, Ca (groep 2), dat twee elektronen verliest in plaats van één en blijft als een tweewaardig kation Ca ²⁺ .

Metalen kunnen als reductiemiddel worden gebruikt omdat het elektropositieve elementen zijn; ze geven eerder hun elektronen op dan ze van andere soorten te winnen.

Reactiviteit

Dat gezegd hebbende, elektronen hebben de neiging elektronen te verliezen, maar het is te verwachten dat ze in al hun reacties (of de meeste) uiteindelijk in kationen veranderen. Deze kationen werken blijkbaar samen met anionen om een ​​breed scala aan verbindingen te genereren.

Zo reageren alkali- en aardalkalimetalen direct (en explosief) met water onder vorming van hydroxiden, M (OH) _n , gevormd door M ^{n +} en OH ^- ionen , of door M-OH bindingen.

Wanneer metalen reageren met zuurstof bij hoge temperaturen (zoals die bereikt door een vlam), veranderen ze in M ₂ O _n oxiden (Na ₂ O, CaO, MgO, Al ₂ O ₃ , enz.). Dit komt doordat we zuurstof in de lucht hebben; maar ook stikstof en sommige metalen kunnen een mengsel vormen van oxiden en nitriden, M ₃ N _n (TiN, AlN, GaN, Be ₃ N ₂ , Ag ₃ N, enz.).

Metalen kunnen worden aangetast door sterke zuren en basen. In het eerste geval worden zouten verkregen, en in het tweede weer hydroxiden of basische complexen.

De oxidelaag die sommige metalen bedekt, voorkomt dat zuren het metaal aantasten. Zoutzuur kan bijvoorbeeld niet alle metalen oplossen om hun respectievelijke in water oplosbare metaalchloriden te vormen.

Referenties

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie (8e ed.). CENGAGE Leren.
2. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde . (Vierde druk). Mc Graw Hill.
3. Home Science Tools. (2019). Metals Science Lesson. Hersteld van: learning-center.homesciencetools.com
4. De Rosen Publishing Group. (2019). Metalen. Hersteld van: pkphysicalscience.com
5. Toppr. (sf). Chemische eigenschappen van metalen en niet-metalen. Hersteld van: toppr.com
6. Wikipedia. (2019). Metaal. Hersteld van: en.wikipedia.org