«Մետաղ»–ի խմբագրումների տարբերություն
Տող 157. | Տող 157. | ||
<math>\mathrm{4Li+O_2=2Li_2O}</math> ''[[լիթիում]]ի օքսիդ'' <br /> |
<math>\mathrm{4Li+O_2=2Li_2O}</math> ''[[լիթիում]]ի օքսիդ'' <br /> |
||
<math>\mathrm{2Na+O_2=Na_2O_2}</math> ''[[նատրիում]]ի պերօքսիդ'' <br /> |
<math>\mathrm{2Na+O_2=Na_2O_2}</math> ''[[նատրիում]]ի պերօքսիդ'' <br /> |
||
<math>\mathrm{K+O_2=KO_2}</math> ''[[կալիում]]ի |
<math>\mathrm{K+O_2=KO_2}</math> ''[[կալիում]]ի գերրօքսիդ'' <br /> |
||
Պերօքսիդից օքսիդ ստանալու համար պերօքսիդը վերականգնվում է մետաղի միջոցով. <br /> |
Պերօքսիդից օքսիդ ստանալու համար պերօքսիդը վերականգնվում է մետաղի միջոցով. <br /> |
||
<math>\mathrm{Na_2O_2+2Na=2Na_2O}</math> <br /> |
<math>\mathrm{Na_2O_2+2Na=2Na_2O}</math> <br /> |
17:49, 14 փետրվարի 2014-ի տարբերակ
Մետաղը (լատ.՝ metallum բառից, նշանակում է «հանքահոր») առանձնահատուկ մետաղե հատկություններ տարրերի մի խումբ է, որոնք ունեն բարձր էլեկտրա և ջերմահաղորդականություն, դիմադրության դրական ջերմաստիճանային գործակից, բարձր գեղակերտություն և այլն։ Այսօր բացահայտված է միայն 98 մետաղատեսակ։
Բնության մեջ
Մետաղների մեծ մասը հանդիպում է բնության մեջ միացությունների և հանքաքարերի ձևով: Նրանք կազմում են օքսիդներ, սուլֆիդներ, կարբոնատներ և այլ քիմիական միացություններ: Մաքուր մետաղների ստացման և հետագա օգտածործման համար անհրաժեշտ է զատել դրանք հանքաքարերից և զտում կատարել: Անհրաժեշտության դեպքում կատարվում է լեգիրում և մետաղների այլ մշակում: Դրա ուսումնասիրությամբ զբաղվում է մետալուրգիա կոչվող գիտությունը: Այն տարբերում է սև (երկաթի հիմքով) և գունավոր (դրանց բաղադրության մեջ չի մտնում երկաթը, շուրջ 70 տարր) մետաղների հանքաքարեր: Ոսկին, արծաթը և պլատինը պատկանում են նաև թանկարժեք (ազնիվ) մետաղների շարքին: Բացի այդ՝ փոքր քանակությամբ դրանք առկա են նաև ծովի ջրում, բույսերում, կենդանի օրգանիզմներում (կարևոր նշանակություն ունենալով):
Հայտնի է, որ մարդու օրգանիզմը 3%-ով կազմված է մետաղներից: Մեր բջիջներում ամենաշատը առկա են կալցիումը (ոսկորներում) և նատրիումը, որը հանդես է գալիս էլեկտրոլիտի դերում միջբջջային հեղուկում և ցիտոպլազմայում: Մագնեզիումը կուտակվում է մկանային և նյարդային համակարգում, պղինձը՝ լյարդում, երկաթը՝ արյան մեջ:
Արդյունահանումը
Մետաղները հաճախ հողից ստացվում են հանքային արդյունաբերության միջոցով, արդյունքը՝ ստացված հանքաքարերը, ծառայում են որպես անհրաժեշտ տարրերի համեմատաբար հարուստ աղբյուր: Հանքաքարերի գտնվելու վայրը պարզելու համար օգտագործվում են հատուկ հետազոտական մեթոդներ, որոնք մեջ են մտնում հանքաքարերի հանքատեղերի հետախուզությունը: Հանքատեղերը, որպես կանոն, բաժանվում են քարահանքերի (հանքաքարերի մշակումը մակերևույթին), որտեղ հանույթը կատարվում է բնահողի դուրսբերումով, որն ուղեկցվում է ծանր տեխնիկայով, ինչպես նաև՝ ստորգետնյա հանքահորերի:
Մետաղները դուրս են բերվում արդյունահանանված հանքաքարերից, որպես կանոն, քիմիական կամ էլեկտրոլիտիկ վերականգնման միջոցով: Հրամետաղագործության մեջ հրաքարից մետաղի հումքի փոխակերպման համար կիրառվում է բարձր ջերմաստիճանը, հիդրոմետաղագործության մեջ նույն նպատակներով օգտածործվում է ջրային քիմիան: Կիրառված մեթոդը կախված է մետաղի տեսակից և աղտոտվածության տիպից:
Երբ մետաղի հանքաքարը հանդիսանում է մետաղի և ոչ մետաղի իոնական միացություն, մաքուր մետաղի դուրսբերման համար այդ սովորաբար ենթարկվում է հալեցման՝ տաքացում, որն ուղեկցվում է վերականգնմամբ: Շատ տարածված մետաղներ, ինչպիսին է օրինակ երկաթը, հալեցվում են, կիրառելով ածխածին, որպես վերականգնող: Մի շարք մետաղներ, ինչպիսիք են ալյումինն ու նատրիումը, չունեն ոչ մի տնտեսապես արդարացված վերականգնող և արդյունահանվում են էլեկտրոլիզի միջոցով:
Սուլֆիդային հանքաքարերը չեն բարելավվում մինչև մաքուր մետաղի ստացումը, բայց այրվում են օդում՝ օքսիդի վերածման նպատակով:
Մետաղների հատկությունները
Մետաղների բնորոշ հատկություններ
- Մետաղական փայլ (բնորոշ է ոչ միայն մետաղների համար. առկա է նաև ոչ մետաղներ յոդի և գրաֆիտի տեսքով ածխածին|ածխածնի]] մոտ)
- լավ էլեկտրահաղորդականություն
- Հեշտ մեխանիկական մշակման հնարավորություն (տե՛ս պլաստիկություն, սակայն որոշ մետաղներ, օրինակ գերմանիումն ու բիսմութը պլաստիկ չեն)
- Բարձր խտություն (սովորաբար մետաղները ոչ մետաղներից ծանր են)
- Հալման բարձր ջերմաստիճան (բացառություններ են՝ սնդիկն ու ալկալիական մետաղները)
- Բարձր ջերմահաղորդականություն
- Ռեակցիաներում հիմնականում հանդիսանում են վերականգնողներ
Մետաղների ֆիզիկական հատկություններ
Բոլոր մետաղները (բացի սնդիկից և պայմանականորեն ֆրանցիումից) սովորական պայմաններում գտնվում են պինդ ագրեգատային վիճակում, սակայն ունեն տարբեր չափի կարծրություն: Ստորև ներկայացված են մի շարք մետաղների կարծրությունները՝ ըստ Մոոսի շարքի.
Կարծրություն | Մետաղ |
---|---|
0.2 | Ցեզիում |
0.3 | Ռուբիդիում |
0.4 | Կալիում |
0.5 | Նատրիում |
0.6 | Լիթիում |
1.2 | Ինդիում |
1.2 | Թալիում |
1.25 | Բարիում |
1.5 | Ստրոնցիում |
1.5 | Գալիում |
1.5 | Անագ |
1.5 | Կապար |
1.5 | Սնդիկ |
1.75 | Կալցիում |
2.0 | Կադմիում |
2.25 | Բիսմութ |
2.5 | Մագնեզիում |
2.5 | Ցինկ |
2.5 | Լանթան |
2.5 | Արծաթ |
2.5 | Ոսկի |
2.59 | Իտրիում |
2.75 | Ալյումին |
3.0 | Պղինձ |
3.0 | Ծարիր |
3.0 | Թորիում |
3.17 | Սկանդիում |
3.5 | Պլատին |
3.75 | Կոբալտ |
3.75 | Պալադիում |
3.75 | Ցիրկոնիում |
4.0 | Երկաթ |
4.0 | Նիկել |
4.0 | Հաֆնիում |
4.0 | Մանգան |
4.5 | Վանադիում |
4.5 | Մոլիբդեն |
4.5 | Ռոդիում |
4.5 | Տիտան |
4.75 | Նիոբիում |
5.0 | Իրիդիում |
5.0 | Ռութենիում |
5.0 | Տանտալ |
5.0 | Տեխնեցիում |
5.0 | Քրոմ |
5.5 | Բերիլիում |
5.5 | Օսմիում |
5.5 | Ռենիում |
6.0 | Վոլֆրամ |
6.0 | Ուրան |
Մաքուր մետաղների հալման ջերմաստիճանը տատանվում են -39оС-ից (սնդիկ) 3410о С միջակայքում (Վոլֆրամ): Մետաղների մեծամասնության հալման ջերմաստիճանը (ալկալիական մետաղներից բացի) բարձր է, սակայն որոշ «նորմալ» մետաղները, ինչպիսիք են օրինակ անագն ու կապարը, կարելի է հալեցնել հասարակ էլեկտրական կամ գազային վառարանի վրա:
Կախված խտությունից՝ մետաղները լինում են թեթև (խտությունը 0,53 ÷ 5 գ/սմ3) և ծանր (5 ÷ 22,5 գ/սմ³): Ամենաթեթև մետաղն է լիթիումը ( խտությունը 0.53 գ/սմ³): Ամենածանր մետաղը ներկա պահին անվանել հնարավոր չէ, քանի որ ամենածանր մետաղների՝ օսմիումի և իրիդիումի, խտությունները գրեթե հավասար են (մոտ 22.6 գ/սմ³ — ճիշտ 2 անգամ շատ քան կապարի խտությունն է), իսկ դրանց ստույգ խտության հաշվառումը չափազանց դժվար է՝ դրա համար անհրաժեշտ է լրիվ մաքրել մետաղները, քանզի ցանկացած խառնուրդներ ցածրացնում են դրանց խտությունը:
Մետաղների մեծամասնությունը պլաստիկ է, այսինքն մետաղյա լարը կարելի է թեքել, և այն չի կոտրվի: Սա տեղի է ունենում մետաղների ատոմների շերտերի՝ առանց նրանց միջև կապի խախտման տեղաշարժերի պատճառով: Ամենապլաստիկ մետաղներն են ոսկին, երկաթն ու պղինձը: Ոսկուց կարելի է պատրաստել 0.003 մմ հաստությամբ թիթեղ, որը կիրառվում է իրեղենի ոսկեպատման համար: Սակայն ոչ բոլոր մետաղներն են պլաստիկ: Ցինկի և անագի լարը ճռթճռթում է՝ այն թեքելիս, մանգանն ու բիսմութը, դեֆորմացիայի ենթարկվելիս, գրեթե ընդհանրապես չեն թեքվում, այլ միանգամից կոտրվում են:
Պլաստիկությունը կախված է նաև մետաղի մաքրությունից. այդպես՝ շատ մաքուր քրոմը բավականին պլաստիկ է, սակայն դրանում չնչին խառնուրդի դեպքում, այն դառնում է փխրուն և ավելի կարծր: Որոշ մետաղներ, ինչպիսիք են ոսկին, արծաթը, կապարը, ալյումինը, օսմիումը, կարող են միաձուլվել իրար հետ, սակայն դա կխլի տասնյակ տարիներ:
Բոլոր մետաղները էլեկտրական հոսանքի լավ հաղորդիչներ են, սա պայմանավորված է դրանց բյուրեղային ցանցում առկա շարժուն էլեկտրոններով, որոնք շարժվում են էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ: Արծաթը, պղինձն ու ալյումինը ունեն ամենաբարձր էլեկտրահաղորդականությունը, որի պատճառով վերջին երկուսը հաճախակի օգտագործվում են հաղորդալարերի պատրաստման համար: Բարձր էլեկտրահաղորդականություն ունի նաև նատրիումը: Փորձարարական տեխնիկայում հայտնի են նատրիումային էլեկտրահաղորդալարերի՝ նատրիումով լցված չժանգոտվող պողպատից խողովակների, կիրառման փորձեր: Նատրիումի ցածր տեսակարար զանգվածի շնորհիվ, հավասարաչափ դիմադրության դեպքում նատրիումային լարերը ստացվում են պղնձյա և նույնիսկ ալյումինե լարերից զգալիորեն թեթև:
Մետաղների բարձր ջերմահաղորդականությունը նույնպես կախված է ազատ էլեկտրոնների շարժունակությունից: Այդ պատճառով ջերմահաղորդականության շարքը նման է էլեկտրահաղորդականության շարքին, ուստի ջերմության, ինչպես նաև էլեկտրական հոսանքի ամենալավ հաղորդիչը հանդիսանում է արծաթը: Նատրիումը նույնպես կիրառվում է, որպես ջերմության լավ հաղորդիչ: Լայն տարածված է նատրիումի օգտագործումը օրինակ ավտոմոբիլային շարժիչների կափույրների սառեցման և բարելավման համար:
Մետաղների մեծամասնության գույնը գրեթե նունն է՝ բաց մոխրագույն՝ երկնագույն երանգով: Ոսկին, պղինձն ու ցեզիումը համապատասխանաբար դեղին, կարմիր և բաց դեղին գույնի են:
Մետաղների քիմիական հատկություններ
Մետաղների մեծամասնության արտաքին էներգիական մակարդակում առկա է էլեկտրոնների փոքր քանակ (1-3), այդ պատճառով նրանք ռեակցիաների մեծ մասում հանդես են գալիս որպես վերականգնողներ (այսինքն «տալիս են» իրենց էլեկտրոնները):
Պարզ նյութերի հետ փոխազդեցությունը
- Թթվածնի հետ փոխազդում են բոլոր մետաղները, բացի ոսկուց և պլատինից: Արծաթի հետ փոխազդեցությունը նկատվում է միայն բարձր ջերմաստիճանների դեպքում, սակայն արծաթի (II) օքսիդը գրեթե չի առաջանում, քանի որ այն ջերմապես անկայուն է: Կախված մետաղի տեսակից՝ ելանյութը կարող է լինել օքսիդ, պերօքսիդ:
լիթիումի օքսիդ
նատրիումի պերօքսիդ
կալիումի գերրօքսիդ
Պերօքսիդից օքսիդ ստանալու համար պերօքսիդը վերականգնվում է մետաղի միջոցով.
Միջին և ցածր ակտիվության մետաղների հետ ռեակցիան անցնում է տաքացման միջոցով.
- Ազոտի հետ փոխազդում են միայն ամենաակտիվ մետաղները, սենյակային ջերմաստիճանում փոխազդում է միայն լիթիումը՝ կազմելով նիտրիդներ:
Տաքացման ժամանակ՝
- Ծծմբի հետ փոխազդում են բոլոր մետաղները՝ բացի ոսկուց ու պլատինից.
Երկաթը փոխազդում է ծծմբի հետ տաքացման դեպքում, կազմելով սուլֆիդ:
- Ջրածնի հետ փոխազդում են միայն ամենաակտիվ մետաղները, այսինքն IA և IIA խմերի տարրերը, բացառությամբ բերիլիումի: Ռեակցիաները իրականացվում են տաքացման դեպքում՝ կազմելով հիդրիդներ: Ռեակցիաներում մետաղը հանդիսանում է վերականգնող, ջրածնի օքսիդացման աստիճանը -1 է:
- Ածխածնի հետ փոխազդում են միայն ամենաակտիվ մետաղները, ընդ որում՝ ռեակցիայի ընթացքում ստացվում են ացետիլենիդներ կամ մեթանիդներ: Ացետիլենիդները ջրի հետ փոխազդելիս տալիս են աթետիլեն, մեթանիդները՝ մեթան: