Metallid: omadused, näited ja sulamid — metallurgia alused
Avasta metallide omadused, tüüpnäited (raud, vask, alumiinium) ja sulamid nagu teras ja pronks. Põhjalik sissejuhatus metallurgia alustesse, omadused ja kasutusalad.
Mõnda keemilist elementi nimetatakse metallideks. Need moodustavad enamiku elementidest perioodilisustabelis. Nendel elementidel on tavaliselt järgmised omadused:
- Nad suudavad juhtida elektrit ja soojust.
- Neid saab kergesti moodustada.
- Nad on läikiva välimusega.
- Neil on kõrge sulamistemperatuur.
Mis tähendab need omadused praktiliselt?
Metallide hea elektri- ja soojusjuhtivus tuleneb metallilisest sidemest, kus vabad elektronid liiguvad kergesti läbi aine. Seetõttu kasutatakse metalle laialdaselt juhtmete, soojusvahetite ja elektroonikakomponentide valmistamisel. Metalli kergesti vormitavus (malleaalsus ja ductiilsus) tähendab, et neid saab valtsida, lamineerida, tõmmata juhtmeteks või vajutada keerukateks vormideks ilma purunemata. Läige on tingitud valguse peegeldumisest metallise pinna vabal elektronpilvel.
Erandid ja täiendavad füüsikalised omadused
Enamik metalle on toatemperatuuril tahked, kuid see ei pea nii olema. Elavhõbe on vedel. On ka teisi erandeid — näiteks gallium sulab käe soojusel. Metalle iseloomustab tavaliselt kõrge tihedus, suur mehaaniline tugevus (eriti teatud sulamitel) ja mitmed kristallstruktuurid (nt kuup-, tihe- ja hekstraalne tihendatud võre), mis mõjutavad nende omadusi.
Keemilised omadused ja korrosioon
Metallid kipuvad kaotama elektrone ja moodustama positiivseid ioone ning seetõttu reageerivad nad sageli hapetega ja mõnikord õhuga, moodustades oksüdeid. Korrosioon (nt roostetamine raual) on paljude metallide oluline probleem — sellele aitavad vastu pinnatöötlused, kate- või sulamitooted nagu roostevaba teras. Kaitsemeetoditeks on katmine maali, galvaniseerimine või passiivse oksüdikihi moodustamine.
Sulamid (legeerid)
Sulamid ehk legeerid on segud, kus vähemalt üks osa segust on metall. Sulamid võivad oluliselt muuta mehaanilisi omadusi, korrosioonikindlust ja töödeldavust. Tuntud sulamid on näiteks pronks ja teras. Pronks on peamiselt vase ja tina sulam, kasutatav eelkõige kummarduvuse ja kulumiskindluse tõttu. Teras on raua ja süsiniku (ning sageli teiste elementide) sulam, mille omadusi saab varieerida sõltuvalt koostisest ja kuumtöötlusest (nt malm, süsinikteras, legeerteras, roostevaba teras).
Näited
Metallid on näiteks alumiinium, vask, raud, tina, kuld, plii, hõbe, titaan, uraan ja tsink. Igaühel neist on spetsiifilised omadused ja kasutusalad — näiteks alumiinium on kerge ja korrosioonikindel, vask on hea elektrijuht, titaan on tugev ja kerge, uraan on radioaktiivne kütuseallikas energiatööstuses. Tuntud sulamid on näiteks pronks ja teras.
Tootmine ja töötlemine
Metallide saamine algab tavaliselt maapealsetest või maapõue sisalduvatest malmidest. Töötlemine hõlmab purustamist, kontsentreerimist, sulatamist ja keemilist või elektrokeemilist redutseerimist (nt raua reduktsioon kõrgel temperatuuril või alumiiniumi eraldamine elektroloosi teel). Pärast rafineerimist tehakse sageli täiendav kuumtöötlus ja mehaaniline töötlemine, et saavutada soovitud mehaanilised ja füüsikalised omadused.
Kasutusvaldkonnad ja ringlus
Metalle kasutatakse peaaegu kõigis tänapäeva majanduse valdkondades: ehituses, transpordis, elektroonikas, tervishoius, energiatootmises ja palju mujal. Paljud metallid, eriti teras ja alumiinium, on hästi taaskasutatavad — ringlus säästab loodusressursse ja energiat. Taaskasutus on eriti oluline GSM-siseste hinnalistena metallide (nt hõbe, kuld, plaatina) puhul.
Metallurgia
Metallide uurimist nimetatakse metallurgiaks. Metallurgia hõlmab metalliomaduste seletamist füüsika ja keemia abil, materjalide projekteerimist ja tootmisprotsesside arendamist. Metallurgid töötavad nii baas- kui ka rakendusuuringutes, et parandada tugevust, kergust, korrosioonikindlust, töötlusvõimet ja teisi olulisi omadusi.
Kokkuvõttes on metallid mitmekülgsed materjalid, mille omadused ja kasutusvõimalused sõltuvad nii keemilisest koostisest kui ka struktuurist ja töödeldusest. Õige materali valik, legeerimine ja pinnakaitse võimaldavad saavutada vajalikud omadused paljudes tööstuslikes ja igapäevastes rakendustes.
Metallide sarnasuse viisid (metallide omadused)
Enamik metalle on kõvad, läikivad, tunduvad rasked ja sulavad ainult siis, kui neid kuumutatakse väga kõrgel temperatuuril . Metallitükid teevad kellukeskset heli, kui neid lüüakse millegi raskega (nad on kõlavad). Soojus ja elekter läbivad metalli kergesti (see on juhtiv). Metallklumpi saab peksta õhukeseks leheks (see on plastne) või tõmmata õhukesteks traatideks (see on plastne). Metalli on raske laiali tõmmata (tal on suur tõmbetugevus) või purustada (tal on suur survetugevus). Kui suruda pikka, õhukest metallitükki, siis see paindub, mitte ei purune (see on elastne). Välja arvatud tseesium, vask ja kuld, on metallid neutraalse, hõbedase värvusega.
Kõikidel metallidel ei ole neid omadusi. Näiteks elavhõbe on toatemperatuuril vedel, plii on väga pehme ning soojus ja elekter ei liigu läbi raua nii hästi kui läbi vase.
Metallide kasutamine
Metallid on inimestele väga kasulikud. Neid kasutatakse tööriistade valmistamiseks, sest need on tugevad ja kergesti vormitavad. Rauast ja terasest on valmistatud sildu, hooneid või laevu.
Mõnedest metallidest valmistatakse selliseid esemeid nagu mündid, sest need on kõvad ja ei kulu kiiresti ära. Näiteks vask (mis on läikiv ja punane), alumiinium (mis on läikiv ja valge), kuld (mis on kollane ja läikiv) ning hõbe ja nikkel (samuti valge ja läikiv).
Mõned metallid, näiteks teras, saab teravaks teha ja teravana hoida, nii et neist saab valmistada noad, kirved või terasid.
Kõrge väärtusega haruldasi metalle, nagu kuld, hõbe ja plaatina, kasutatakse sageli ehete valmistamiseks. Metalle kasutatakse ka kinnitusdetailide ja kruvide valmistamiseks. Toiduvalmistamiseks kasutatavad potid võivad olla valmistatud vasest, alumiiniumist, terasest või rauast. Plii on väga raske ja tihe ning seda võib kasutada paatide ballastina, et vältida nende ümberminekut, või inimeste kaitsmiseks ioniseeriva kiirguse eest.
Venemaal asuv sild, mis on valmistatud metallist, tõenäoliselt rauast või terasest.
Metallide sulamid
Paljud asjad, mis on valmistatud metallidest, võivad tegelikult olla valmistatud vähemalt ühe metalli ja teiste metallide või mittemetallide segudest. Neid segusid nimetatakse sulamiteks. Mõned tavalised sulamid on järgmised:
- teras (raud ja süsinik) (süsinik on mittemetall)
- Messing (vask ja tsink)
- Pronks (vask ja tina)
- Duralumiinium (alumiinium ja vask)
- Relvismetall (vask, tina ja tsink)
Inimesed hakkasid esmakordselt valmistama asju metallist üle 9000 aasta tagasi, kui nad avastasid, kuidas saada vaske selle []maagist. Seejärel õppisid nad, kuidas teha kõvemat sulamit, pronksi, lisades vasele tina. Umbes 3000 aastat tagasi avastasid nad raua. Lisades rauale väikestes kogustes süsinikku, leidsid nad, et nad saavad valmistada eriti kasulikku sulamit - terast.
Metallid keemias
Keemias tähistab metall teatud omadustega keemiliste elementide rühma. Metalli aatomid võivad kergesti kaotada elektroni ja muutuda positiivseteks ioonideks ehk katioonideks. Sel moel ei ole metallid sarnased kahe teise elementide liigi - mittemetallide ja metalloididega. Enamik elemente perioodilisustabelis on metallid.
Perioodilises tabelis võime tõmmata siksakilise joone elemendist boor (sümbol B) elemendi polooniumini (sümbol Po). Need elemendid, mida see joon läbib, on metalloidid. Selle joone kohal ja sellest paremal asuvad elemendid on mittemetallid. Ülejäänud elemendid on metallid.
Enamik metallide omadusi on tingitud sellest, et metalli aatomid ei hoia oma elektrone väga tihedalt kinni. Iga aatom on teistest eraldatud õhukese valentselektronide kihiga.
Mõned metallid on siiski teistsugused. Näiteks on metall naatrium. See on pehme, sulab madalal temperatuuril ja on nii kerge, et ujub vee peal. Inimesed ei tohiks seda siiski proovida, sest naatriumi teine omadus on see, et see plahvatab, kui ta veega kokku puutub.
Enamik metalle on keemiliselt stabiilsed ja ei reageeri kergesti, kuid mõned metallid reageerivad. Reaktiivsed on leelismetallid nagu naatrium (sümbol Na) ja leelismuldmetallid nagu kaltsium (sümbol Ca). Kui metallid reageerivad, reageerivad nad sageli hapnikuga. Metallide oksiidid on aluselised. Mittemetallide oksiidid on happelised.
Ühendid, milles metalli aatomid on ühendatud teiste aatomitega, et moodustada molekule, on tõenäoliselt kõige levinumad ained Maal. Näiteks keedusool on naatriumi ühend.
Metallid ajaloos
Öeldakse, et metallide kasutamine on see, mis eristab inimest loomadest. Enne metallide kasutamist valmistasid inimesed tööriistu kividest, puidust ja loomaluudest. Seda nimetatakse nüüd kiviajaks.
Keegi ei tea, millal esimene metall leiti ja kasutati. Tõenäoliselt oli see nn emakeelne vask, mida mõnikord leidub suurtes tükkides maapinnal. Inimesed õppisid sellest valmistama vasest tööriistu ja muid asju, kuigi metalliks on see üsna pehme. Nad õppisid sulatamist, et saada vask tavalisest maagist. Kui vaske sulatati tulega, õppisid inimesed valmistama sulamit nimega pronks, mis on palju kõvem ja tugevam kui vask. Inimesed valmistasid pronksist noad ja relvad. Seda aega inimkonna ajaloos pärast umbes 3300 aastat eKr nimetatakse sageli pronksiajaks, st pronksist tööriistade ja relvade ajaks.
Umbes 1200 eKr õppisid mõned inimesed valmistama rauast tööriistu ja relvi. Need olid isegi kõvemad ja tugevamad kui pronks ning see oli sõjas eeliseks. Rauast tööriistade ja relvade aega nimetatakse nüüd rauaajaks . Metallid on olnud inimkonna ajaloos ja tsivilisatsioonis väga olulised. Raud ja teras olid olulised masinate valmistamisel. Kulda ja hõbedat kasutati rahana, et inimesed saaksid kaubelda, st vahetada kaupu ja teenuseid pikkade vahemaade taha.
Puhta vase tükike, mis on leitud emakeelse vasena.
Metallid astronoomias
Astronoomias on metall mis tahes muu element kui vesinik või heelium. Seda seetõttu, et need kaks elementi (ja mõnikord ka liitium) on ainsad, mis tekivad väljaspool tähti. Taevas võib spektromeeter näha metallide märke ja näidata astronoomile, millised metallid on tähes.
Seotud leheküljed
| · v · t · e | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Küsimused ja vastused
K: Millised on metallideks liigitatud elementide omadused?
V: Metallideks klassifitseeritud elementide omaduste hulka kuuluvad nende võime juhtida elektrit ja soojust, nende kerge vormitavus, nende läikiv välimus, kõrge sulamistemperatuur ja mehelikkus.
K: Mitu elementi perioodilisustabelis liigitatakse metallideks?
V: Enamik elemente perioodilisustabelis liigitatakse metallideks.
K: Kas kõik metallid on toatemperatuuril tahked?
V: Ei, kõik metallid ei ole toatemperatuuril tahked. Näiteks elavhõbe on vedelik.
K: Mis on sulamid?
V: Sulamid on segud, kus vähemalt üks osa segust on metall.
K: Kas te oskate tuua mõned näited metallide kohta?
V: Mõned näited metallide kohta on alumiinium, vask, raud, tina, kuld, plii, hõbe, titaan, uraan ja tsink.
K: Mis on metallurgia?
V: Metallurgia on metallide uurimine.
K: Millised on mõned tuntud sulamid?
V: Mõned tuntud sulamid on näiteks pronks ja teras.