Articles

Learn All About the Properties of Metals

  • Share
  • Share on Facebook
  • Share on Twitter
  • Share on Pinterest
  • Share through Email
  • Share to Google Classroom

Dla większości ludzi, metal to inne słowo dla żelaza, stali, lub podobnej twardej, błyszczącej substancji.

Ale czy ta definicja pasuje do prawdziwych właściwości metali?

Tak… i nie.

Zanim to wyjaśnimy, powinieneś wiedzieć, że większość pierwiastków w układzie okresowym to metale.

Metale znajdują się w centrum i po lewej stronie układu okresowego. Mogą być dalej sklasyfikowane jako metale alkaliczne, metale ziem alkalicznych, metale przejściowe i metale podstawowe.

Metale Lekcja Nauki

Właściwości Metali

Pierwiastek jest substancją składającą się z jednego rodzaju atomu; nie może być rozdzielony na prostsze części. Na przykład, element hel (myśleć balony z gorącym powietrzem) składa się wyłącznie z atomów helu.

Pierwiastki są ogólnie klasyfikowane jako metale lub niemetale (chociaż niektóre elementy mają cechy obu; te nazywane są metaloidy).

Trzy właściwości metali są:

  • Połysk: Metale są błyszczące, gdy cięte, zadrapane lub polerowane.
  • Kowalność: Metale są mocne, ale plastyczne, co oznacza, że mogą być łatwo zgięte lub ukształtowane. Przez wieki, kowale byli w stanie kształtować metalowe przedmioty przez ogrzewanie metalu i walenie go młotkiem. Gdyby spróbowali tego z niemetalami, materiał roztrzaskałby się! Większość metali jest również plastyczna, co oznacza, że można je wyciągnąć, aby zrobić wire.
  • Przewodnictwo: Metale są doskonałymi przewodnikami elektryczności i ciepła. Ponieważ są one również plastyczne, są idealne do przewodów elektrycznych. (Możesz to sprawdzić używając niektórych przedmiotów gospodarstwa domowego. Czytaj dalej, aby dowiedzieć się jak!)

Dodatkowe właściwości metali

Wysoka temperatura topnienia: Większość metali ma wysoką temperaturę topnienia i wszystkie z wyjątkiem rtęci są stałe w temperaturze pokojowej.

Sonorous: Metale często wydają dzwoniący dźwięk, gdy są uderzane.

Reaktywność: Niektóre metale będą ulegać zmianom chemicznym (reakcja), same lub z innymi elementami, i uwalniają energię. Metale te nigdy nie występują w czystej postaci i są trudne do oddzielenia od minerałów, w których występują. Potas i sód są najbardziej reaktywnymi metalami. Reagują gwałtownie z powietrzem i wodą; potas zapali się w kontakcie z wodą!

Inne metale w ogóle nie reagują z innymi metalami. Oznacza to, że można je znaleźć w czystej postaci (przykładami są złoto i platyna). Ponieważ miedź jest stosunkowo niedroga i ma niską reaktywność, jest przydatna do produkcji rur i przewodów.

Pięć grup metali:

Metale szlachetne występują jako czyste metale, ponieważ są niereaktywne i nie łączą się z innymi pierwiastkami, tworząc związki. Ponieważ są one tak niereaktywne, nie korodują łatwo. To czyni je idealnymi do produkcji biżuterii i monet. Metale szlachetne obejmują miedź, pallad, srebro, platynę i złoto.

Metale alkaliczne są bardzo reaktywne. Mają niskie temperatury topnienia i są wystarczająco miękkie, aby być cięte nożem. Potas i sód to dwa metale alkaliczne.

Metale ziem alkalicznych występują w związkach z wieloma różnymi minerałami. Są one mniej reaktywne niż metale alkaliczne, a także twardsze i mają wyższe temperatury topnienia. Grupa ta obejmuje wapń, magnez i bar.

Metale przejściowe są tym, o czym zwykle myślimy, gdy myślimy o metalach. Są one twarde i błyszczące, mocne i łatwe do kształtowania. Są one wykorzystywane do wielu celów przemysłowych. Ta grupa obejmuje żelazo, złoto, srebro, chrom, nikiel i miedź, z których niektóre są również noble metals.

Poor Metals są dość miękkie, a większość z nich nie są wykorzystywane bardzo dużo przez siebie. Stają się one bardzo przydatne po dodaniu do innych substancji, choć. Słabe metale to aluminium, gal, cyna, tal, antymon i bizmut.

Stopy: Strong Combinations

Właściwości tych różnych metali mogą być połączone przez zmieszanie dwóch lub więcej z nich razem. Powstała w ten sposób substancja nazywana jest stopem. Niektóre z naszych najbardziej użytecznych materiałów budowlanych są w rzeczywistości stopami. Stal, na przykład, jest mieszaniną żelaza z niewielkimi ilościami węgla i innych pierwiastków; połączenie to jest zarówno mocne, jak i łatwe w użyciu. (Dodaj chrom, a otrzymasz stal nierdzewną. Sprawdź swoje garnki i patelnie w kuchni, aby zobaczyć jak wiele z nich jest wykonanych ze stali nierdzewnej!)

Inne stopy takie jak mosiądz (miedź i cynk) i brąz (miedź i cyna) są łatwe do kształtowania i piękne do oglądania. Brąz jest również często używany w przemyśle stoczniowym, ponieważ jest odporny na korozję powodowaną przez wodę morską.

Tytan jest znacznie lżejszy i mniej gęsty niż stal, ale równie mocny; i chociaż cięższy niż aluminium, jest również dwa razy mocniejszy. Jest również bardzo odporny na korozję. Wszystkie te czynniki sprawiają, że jest to doskonały materiał stopowy. Stopy tytanu są używane w samolotach, statkach i statkach kosmicznych, a także farbach, rowerach, a nawet laptopach!

Złoto, jako czysty metal, jest tak miękkie, że zawsze jest mieszane z innym metalem (zwykle srebrem, miedzią lub cynkiem), gdy jest wykonane w biżuterii. Czystość złota jest mierzona w karatach. Najczystszy można dostać w biżuterii jest 24 karaty, który jest około 99,7% czystego złota. Złoto może być również mieszane z innymi metalami, aby zmienić jego kolor; białe złoto, które jest popularne w biżuterii, jest stopem złota i platyny lub palladu.

Metal z rudy

Rudy są skałami lub minerałami, z których cenna substancja – zazwyczaj metal – może być wydobyta. Niektóre powszechnie występujące rudy to galena (ruda ołowiu), bornit i malachit (miedź), cynober (rtęć) i boksyt (aluminium). Najbardziej powszechne rudy żelaza to magnetyt i hematyt (minerał o rdzawym zabarwieniu utworzony przez żelazo i tlen), które zawierają około 70% żelaza.

Istnieje kilka procesów rafinacji żelaza z rudy. Starszy proces polega na spalaniu rudy żelaza z węglem drzewnym (węgiel) i tlenem dostarczanym przez miechy. Węgiel i tlen, w tym tlen zawarty w rudzie, łączą się i pozostawiają żelazo. Żelazo nie jest jednak wystarczająco gorące, aby całkowicie się stopić i zawiera krzemiany pozostałe z rudy. Może być ogrzewane i młotkowane w celu utworzenia kutego żelaza.

Najnowszy proces wykorzystuje wielki piec do ogrzewania rudy żelaza, wapienia i koksu (produkt węglowy, a nie napój bezalkoholowy). W wyniku zachodzących reakcji żelazo zostaje oddzielone od tlenu zawartego w rudzie. Ta „surówka” musi być dalej mieszana, aby stworzyć żelazo kute. Można ją również wykorzystać do innego ważnego celu: po podgrzaniu z węglem i innymi pierwiastkami staje się mocniejszym metalem zwanym stalą.

Biorąc pod uwagę związany z tym proces, nie jest zaskakujące, że żelazo nie było używane aż do około 1500 r. p.n.e. Ale niektóre czyste metale – złoto, srebro i miedź – były używane już wcześniej, a stop brązu został odkryty przez Sumerów około 3500 r. p.n.e. Ale aluminium, jeden z najbardziej istotnych metali w nowoczesnym użyciu, nie został odkryty aż do AD 1825, i nie był powszechnie stosowany aż do 20 wieku!

Korozja: Proces & Zapobieganie

Czy kiedykolwiek widziałeś kawałek srebra, który stracił swój blask, lub żelazo z czerwonawą rdzą na nim lub nawet dziury w nim spowodowane przez korozję? Dzieje się tak, gdy tlen (zwykle z powietrza) reaguje z metalem. Metale o wyższej reaktywności (takie jak magnez, aluminium, żelazo, cynk i cyna) są znacznie bardziej podatne na ten rodzaj chemicznego zniszczenia, czyli korozję.

Gdy tlen reaguje z metalem, tworzy tlenek na powierzchni metalu. W niektórych metalach, takich jak aluminium, jest to dobra rzecz. Tlenek zapewnia warstwę ochronną, która utrzymuje metal przed dalszą korozją.

Żelazo i stal, z drugiej strony, mają poważne problemy, jeśli nie są traktowane w celu zapobiegania korozji. Czerwonawą warstwę tlenku, która tworzy się na żelazie lub stali w reakcji z tlenem, nazywamy rdzą. Warstwa rdzy stale się łuszczy, odsłaniając coraz więcej metalu na korozję, aż w końcu metal zostaje przeżarty na wylot.

Jednym z powszechnych sposobów ochrony żelaza jest pokrycie go specjalną farbą, która powstrzymuje tlen przed reakcją z metalem pod farbą. Inną metodą jest galwanizacja: w tym procesie stal jest pokrywana cynkiem. Tlen, cząsteczki wody i dwutlenek węgla zawarte w powietrzu reagują z cynkiem, tworząc warstwę węglanu cynku, która chroni przed korozją. Rozejrzyj się po swoim domu, podwórku i garażu w poszukiwaniu przykładów korozji, jak również galwanizacji i innych środków ochrony metalu przed rdzą.

Technologia: Fajerwerki & Chemia

Jeśli oglądasz fajerwerki na czwartego lipca, zobaczysz piękne kombinacje kolorów i iskier.

Jak działa ten niesamowity pokaz pirotechniczny? Krótka odpowiedź to chemia. Dłuższa wiąże się z podsumowaniem właściwości metali.

Jednym z kluczowych składników petard, fajerwerków naziemnych i powietrznych (takich, które wybuchają na niebie) jest czarny proch, wynaleziony przez Chińczyków około 1000 lat temu. Jest to mieszanka azotanu potasu (saletry), węgla drzewnego i siarki w proporcjach 75:15:10. Czarny proch jest używany do uruchamiania anten, a także powoduje eksplozje niezbędne do efektów specjalnych, takich jak hałas lub kolorowe światło.

W sparklers, czarny proszek jest mieszany z proszkami metali i innych związków chemicznych w formie, która będzie palić się powoli, od góry do dołu. W prostych rakietach fajerwerków, czarny proszek jest zamknięty w rurce wokół bezpiecznika. Po zapaleniu, proszek tworzy siłę, która powoduje równą i przeciwną reakcję, popychając fajerwerki od ziemi, a następnie powodując związki wewnątrz niego eksplodować w air.

Bardziej złożone pociski fajerwerków są uruchamiane z moździerza, rury z czarnym proszkiem, który powoduje reakcję lift-off po zapaleniu. Fajerwerki muszli bezpiecznik jest następnie zapalony, jak to idzie w górę w powietrze, a w odpowiednim czasie eksplozja wewnątrz powłoki powoduje jej ładunki efektów specjalnych do burst.

Jasne, kolorowe część pokazu fajerwerków jest spowodowane przez „wzbudzonych” elektronów w atomach różnych związków metali i soli. Te związki są w małych kulkach zwanych gwiazdami, wykonane z podobnego związku do tego, co sprawia, że sparkler work.

Metale jako czynniki barwiące

Różne metale palą się w różnych kolorach, na przykład, jeśli związek miedzi jest zapalony, jego płomień będzie niebiesko-zielony kolor. Wapń pali się na czerwono, a potas na fioletowo. W fajerwerkach, metale są łączone, aby stworzyć różne kolory.

Gdy związki gwiazd wewnątrz fajerwerków są ogrzewane, wzbudzone atomy wydzielają energię świetlną. To światło należy do dwóch kategorii: żarzenia i luminescencji. Żarzenie to światło wytwarzane przez ciepło: w fajerwerkach, reaktywne metale, takie jak aluminium i magnez, powodują wybuch bardzo jasnego światła, gdy się rozgrzeją – czasami w temperaturze ponad 5000 ° F!

Związki, które są mniej reaktywne, nie nagrzewają się tak bardzo, co powoduje słabsze iskry. Luminescencja, z drugiej strony, jest wytwarzana z innych źródeł i może wystąpić nawet w niskich temperaturach. Elektrony w związku absorbują energię, co powoduje ich „wzbudzenie”. Elektrony nie mogą utrzymać tego wysokiego poziomu, chociaż, więc skaczą z powrotem do niższego poziomu, uwalniając energię świetlną (fotony) w procesie.

Chlorek baru jest związkiem chemicznym, który daje fajerwerkom luminescencyjny zielony kolor, a chlorek miedzi sprawia, że niebieski kolor. Dla obu rodzajów światła, ważne jest, aby używać czystych składników, ponieważ ślady innych związków będą zaciemniać kolor.

Dalsza lektura na temat metali:

  • Spinning Wire Sculpture
  • Chemia Science Fair Projects
  • Fizyka Science Fair Projects
  • Circuit Science Projects

.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.