Metale – charakterystyka

Przydatne kalkulatory i narzędzia

Metale  to grupa pierwiastków, które posiadają charakterystyczną budowę molekularną oraz wiele wspólnych cech fizykochemicznych. Sieć krystaliczna metali składa się z regularnie rozmieszczonych dodatnio naładowanych jonów oraz swobodnie poruszających się elektronów (określanych chmurą elektronową) – oddziaływania te określane są wiązaniami metalicznymi

Schematyczne przedstawienie sieci krystalicznej metalu

Taka struktura determinuje szereg cech, które są typowe dla metali. Pierwiastki te wykazują bardzo dobre przewodnictwo cieplne oraz elektryczne, mają dobrą kowalność, ciągliwość oraz dużą gęstość. Wszystkie metale (poza rtęcią) w warunkach standardowych występują pod postacią ciała stałego. Charakteryzują się dużym połyskiem powierzchni, która może matowieć pod wpływem tlenu (reaktywne metale reagują z tlenem z powietrza, tworząc tlenki). Są bezwonne i większość z nich ma barwę szarą.

Większość metali jest silnie reaktywna. Z tego też względu, tylko nieliczne występują w skorupie ziemskiej w czystej postaci. Tworzą związki o charakterze nukleofilowym i zasadowym. Mogą reagować m.in. z gazami zawartymi w powietrzu, wodą, kwasami czy zasadami.

Metalami jest większość znanych pierwiastków. Ze względu na właściwości i położenie w układzie okresowym metale dzieli się na: metale lekkie, ciężkie, przejściowe, szlachetne i metale ziem rzadkich.

Do metali lekkich zalicza się te, których gęstość jest mniejsza od 4,5 g/cm3. Są to pierwiastki z I i II grupy układu okresowego (litowce i berylowce), które tworzą silnie zasadowe wodorotlenki oraz skand, tytan, itr, glin

Poza dużą gęstością (ponad 4,5 g/cm3) metale ciężkie wykazują działanie toksyczne. Zalicza się do nich arsen, bizmut, chrom, cynk, kadm, miedź, nikiel, ołów, rtęć, tellur. Toksyczność metali ciężkich polega na zdolności do akumulacji w organizmach żywych, co upośledza ich funkcjonowanie.

Metalami szlachetnymi złoto, srebro oraz platynowce – ruten, rod, pallad, osm, iryd i platyna. Są to pierwiastki o niskiej reaktywności i w odróżnieniu od innych metali praktycznie nie ulegają korozji, nie roztwarzają się w stężonych kwasach beztlenowych, reagują jedynie z kwasami utleniającymi i wodą królewską.

Metalami przejściowymi są pierwiastki leżące w bloku d układu okresowego. Posiadają właściwości pośrednie między metalami alkalicznymi bloku s a metalami bloku p – tworzą wodorotlenki amfoteryczne. Większość z może występować na kilku stopniach utlenienia i mają zdolność tworzenia związków kompleksowych.

Metale ziem rzadkich to grupa 17 pierwiastków chemicznych, do której zaliczane są wszystkie lantanowce (lantan, cer, prazeodym, neodym, promet, samar, europ, gadolin, terb, dysproz, holm, erb, tul, iterb i lutet) i dwa skandowce (skand i itr). Pierwiastki te zakwalifikowano do wspólnej grupy ze względu na podobne właściwości fizykochemiczne oraz częste współwystępowanie w minerałach.

Ze względu na swoje właściwości (przede wszystkim dużą wytrzymałość i powszechność występowania) metale mają szerokie zastosowanie w przemyśle – od materiału konstrukcyjnego po katalizatory w reakcjach chemicznych.