Articles

Lær alt om metallers egenskaber

  • Del
  • Del på Facebook
  • Del på Twitter
  • Del på Pinterest
  • Del via e-mail
  • Del til Google Classroom

For de fleste mennesker, er metal et andet ord for jern, stål eller et lignende hårdt, skinnende stof.

Men passer denne definition med metallernes sande egenskaber?

Ja … og nej.

Hvor vi forklarer det, skal du vide, at de fleste grundstoffer i det periodiske system er metaller.

Metaller findes i midten og i venstre side af det periodiske system. De kan yderligere klassificeres som alkalimetaller, jordalkalimetaller, overgangsmetaller og basiske metaller.

Metaller Science Lesson

Metallers egenskaber

Et grundstof er et stof, der består af én slags atom; det kan ikke adskilles i simplere dele. For eksempel består grundstoffet helium (tænk på varmluftballoner) udelukkende af heliumatomer.

Elementer klassificeres generelt som metaller eller ikke-metaller (selv om nogle grundstoffer har egenskaber fra begge dele; disse kaldes metalloider).

Tre egenskaber ved metaller er:

  • Glans: Metaller er skinnende, når de skæres, ridses eller poleres.
  • Formbarhed: Metaller er glinsende, når de skæres, ridses eller poleres.
  • Formbarhed: Metaller er stærke, men formbare, hvilket betyder, at de let kan bøjes eller formes. I århundreder har smede været i stand til at forme metalgenstande ved at opvarme metal og slå på det med en hammer. Hvis de forsøgte dette med ikke-metaller, ville materialet gå i stykker! De fleste metaller er også duktile, hvilket betyder, at de kan trækkes ud til at lave tråd.
  • Ledningsevne: Metaller er fremragende ledere af elektricitet og varme. Fordi de også er duktile, er de ideelle til elektriske ledninger. (Du kan teste dette ved hjælp af nogle husholdningsartikler. Læs videre for at finde ud af hvordan!)

Metaller har yderligere egenskaber

Højt smeltepunkt: De fleste metaller har et højt smeltepunkt, og alle undtagen kviksølv er faste ved stuetemperatur.

Sonorøse: Metaller giver ofte en rungende lyd, når de rammes.

Reaktivitet: Nogle metaller vil undergå en kemisk ændring (reaktion), af sig selv eller sammen med andre grundstoffer, og frigøre energi. Disse metaller findes aldrig i ren form, og de er vanskelige at adskille fra de mineraler, de findes i. Kalium og natrium er de mest reaktive metaller. De reagerer voldsomt med luft og vand; kalium vil antændes ved kontakt med vand!

Andre metaller reagerer slet ikke med andre metaller. Det betyder, at de kan findes i ren form (eksempler er guld og platin). Fordi kobber er relativt billigt og har en lav reaktivitet, er det nyttigt til fremstilling af rør og ledninger.

Fem grupper af metaller:

Edle metaller findes som rene metaller, fordi de er ikke-reaktive og ikke kombineres med andre grundstoffer for at danne forbindelser. Fordi de er så ikke-reaktive, korroderer de ikke let. Det gør dem ideelle til smykker og mønter. Ædle metaller omfatter kobber, palladium, sølv, platin og guld.

Alkali metaller er meget reaktive. De har et lavt smeltepunkt og er bløde nok til at blive skåret med en kniv. Kalium og natrium er to alkalimetaller.

Alkalinejordmetaller findes i forbindelser med mange forskellige mineraler. De er mindre reaktive end alkalimetaller, samt hårdere og har højere smeltepunkt. Denne gruppe omfatter calcium, magnesium og barium.

Transitionsmetaller er det, vi normalt tænker på, når vi tænker på metaller. De er hårde og skinnende, stærke og lette at forme. De anvendes til mange industrielle formål. Denne gruppe omfatter jern, guld, sølv, krom, nikkel og kobber, hvoraf nogle også er ædle metaller.

Dårlige metaller er ret bløde, og de fleste bruges ikke særlig meget i sig selv. De bliver dog meget nyttige, når de tilsættes til andre stoffer. Dårlige metaller omfatter aluminium, gallium, tin, thallium, antimon og bismuth.

Legeringer: Stærke kombinationer

Egenskaberne ved disse forskellige metaller kan kombineres ved at blande to eller flere af dem sammen. Det resulterende stof kaldes en legering. Nogle af vores mest nyttige byggematerialer er faktisk legeringer. Stål er f.eks. en blanding af jern og små mængder af kulstof og andre grundstoffer; en kombination, der både er stærk og nem at bruge. (Tilsæt krom, og du får rustfrit stål. Tjek dine gryder og pander i køkkenet for at se, hvor mange der er lavet af rustfrit stål!)

Andre legeringer som messing (kobber og zink) og bronze (kobber og tin) er lette at forme og smukke at se på. Bronze bruges også ofte i skibsbyggeri, fordi det er modstandsdygtigt over for korrosion fra havvand.

Titan er meget lettere og mindre tæt end stål, men lige så stærkt; og selv om det er tungere end aluminium, er det også dobbelt så stærkt. Det er også meget modstandsdygtigt over for korrosion. Alle disse faktorer gør det til et fremragende legeringsmateriale. Titanlegeringer anvendes i fly, skibe og rumfartøjer samt i maling, cykler og endda bærbare computere!

Guld er som rent metal så blødt, at det altid blandes med et andet metal (normalt sølv, kobber eller zink), når det fremstilles til smykker. Renheden af guld måles i karat. Det reneste, du kan få i smykker, er 24 karat, som er ca. 99,7 % rent guld. Guld kan også blandes med andre metaller for at ændre farve; hvidguld, som er populært til smykker, er en legering af guld og platin eller palladium.

Metal fra malm

Malme er bjergarter eller mineraler, hvorfra et værdifuldt stof – normalt metal – kan udvindes. Nogle almindelige malme omfatter galena (blymalm), bornit og malakit (kobber), cinnabar (kviksølv) og bauxit (aluminium). De mest almindelige jernmalme er magnetit og hæmatit (et rustfarvet mineral dannet af jern og ilt), som begge indeholder ca. 70 % jern.

Der findes flere processer til raffinering af jern fra malm. Den ældre proces er at brænde jernmalm med trækul (kulstof) og ilt, der leveres af bælge. Kulstof og ilt, herunder ilten i malmen, kombineres og efterlader jern. Jernet bliver dog ikke varmt nok til at smelte helt, og det indeholder silikater, der er tilbage fra malmen. Det kan opvarmes og hamres ud for at danne smedejern.

Den mere moderne proces bruger en højovn til at opvarme jernmalm, kalksten og koks (et kulprodukt, ikke sodavand). De resulterende reaktioner adskiller jernet fra ilten i malmen. Dette “råjern” skal blandes yderligere for at skabe smedejern. Det kan også bruges til et andet vigtigt formål: Når det opvarmes sammen med kulstof og andre elementer, bliver det til et stærkere metal kaldet stål.

I betragtning af den involverede proces er det ikke overraskende, at jern ikke blev brugt før omkring 1500 f.Kr. Men nogle rene metaller – guld, sølv og kobber – blev brugt før da, og legeringen bronze menes at være blevet opdaget af sumererne omkring 3500 f.Kr. Men aluminium, et af de mest essentielle metaller i moderne brug, blev ikke opdaget før 1825 e.Kr. og blev ikke almindeligt anvendt før det 20. århundrede!

Korrosion: Process & Forebyggelse

Har du nogensinde set et stykke sølv, der har mistet sin glans, eller jern med rødlig rust på sig eller endda huller i det forårsaget af korrosion? Dette sker, når ilt (normalt fra luften) reagerer med et metal. Metaller med en højere reaktivitet (såsom magnesium, aluminium, jern, zink og tin) er meget mere udsat for denne form for kemisk ødelæggelse eller korrosion.

Når ilt reagerer med et metal, danner det et oxid på overfladen af metallet. I nogle metaller, som f.eks. aluminium, er dette en god ting. Oxiden giver et beskyttende lag, der forhindrer metallet i at korrodere yderligere.

Jern og stål har på den anden side alvorlige problemer, hvis de ikke behandles for at forhindre korrosion. Det rødlige oxidlag, der dannes på jern eller stål, når det reagerer med ilt, kaldes rust. Rustlaget flager hele tiden af og udsætter mere af metallet for korrosion, indtil metallet til sidst er ædt igennem.

En almindelig måde at beskytte jern på er at belægge det med en særlig maling, der forhindrer ilt i at reagere med metallet under malingen. En anden metode er galvanisering: Ved denne proces overtrækkes stål med zink. Luftens ilt, vandmolekyler og kuldioxid reagerer med zinken og danner et lag af zinkcarbonat, der beskytter mod korrosion. Se dig omkring i dit hus, din gård og din garage for at finde eksempler på korrosion samt galvanisering og andre metoder til at beskytte metal mod rust.

Teknologi: Fyrværkeri & Kemi

Hvis du ser fyrværkeri den 4. juli, vil du se smukke kombinationer af farver og gnister.

Hvordan fungerer dette fantastiske pyrotekniske show? Det korte svar er kemi. Det længere indebærer en opsummering af metallernes egenskaber.

En af de vigtigste ingredienser i fyrværkeri, jordfyrværkeri og luftfyrværkeri (fyrværkeri, der eksploderer i luften) er sortkrudt, som kineserne opfandt for ca. 1000 år siden. Det er en blanding af kaliumnitrat (salpeter), trækul og svovl i forholdet 75:15:10. Sortkrudt bruges til at affyre luftkasteller og forårsager også de eksplosioner, der er nødvendige for specielle effekter som støj eller farvet lys.

I gnisttændere blandes sortkrudt med metalpulver og andre kemiske forbindelser i en form, der vil brænde langsomt, fra top til bund. I simple fyrværkeriraketter er sortkrudtet indesluttet i et rør omkring en lunte. Når pulveret antændes, skaber pulveret en kraft, der resulterer i en lige stor og modsatrettet reaktion, der skubber fyrværkeriet af jorden og derefter får forbindelserne i det til at eksplodere i luften.

Mere komplekse fyrværkerigranater affyres fra en morter, et rør med sortkrudt, der forårsager en løftreaktion, når det antændes. Fyrværkeriskalens lunte tændes derefter, mens den stiger op i luften, og på det rette tidspunkt får en eksplosion inde i skallen dens specielle effektladninger til at sprænge.

Den lyse, farverige del af fyrværkeriet skyldes “exciterede” elektroner i atomerne i forskellige metal- og saltforbindelser. Disse forbindelser befinder sig i små kugler kaldet stjerner, der er lavet af en lignende forbindelse som det, der får en gnistbrænder til at virke.

Metaller som farvestoffer

De forskellige metaller brænder i forskellige farver; hvis man f.eks. tænder en kobberforbindelse, vil dens flamme have en blågrøn farve. Calcium brænder rødfarvet og kalium brænder lilla. I fyrværkeri kombineres metaller for at skabe forskellige farver.

Når stjerneforbindelserne i et fyrværkeri bliver opvarmet, afgiver de exciterede atomer lysenergi. Dette lys falder i to kategorier: glødning og luminescens. Glødning er lys, der produceres af varme: I fyrværkeri giver reaktive metaller som aluminium og magnesium et udbrud af meget kraftigt lys, når de bliver varme – nogle gange ved temperaturer på over 5.000 °F!

Forbindelser, der er mindre reaktive, bliver ikke så varme, hvilket resulterer i svagere gnister. Luminescens derimod produceres fra andre kilder og kan forekomme selv ved kolde temperaturer. Elektronerne i forbindelsen absorberer energi, hvilket gør dem “exciterede”. Elektronerne kan dog ikke opretholde dette høje niveau, så de springer tilbage til et lavere niveau og frigiver i den forbindelse lysenergi (fotoner).

Bariumklorid er en kemisk forbindelse, der giver fyrværkeri en luminescerende grøn farve, og kobberklorid giver en blå farve. For begge former for lys er det vigtigt at bruge rene ingredienser, da spor af andre forbindelser vil sløre farven.

Videre læsning om metaller:

  • Spinning Wire Sculpture
  • Chemistry Science Fair Projects
  • Physics Science Fair Projects
  • Circuit Science Projects

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.