Metall
De Viquipèdia
S'anomena metall als elements químics que poden formar cations i enllaços iònics. Els metalls constitueixen un dels grups principals d'elements, junt amb els no metalls, semimetalls i gasos nobles. En la taula periòdica, els elements que van en diagonal del bor al poloni es consideren semimetalls, els que se situen a l'esquerra són els metalls, i els que apareixen a la dreta són els no metalls.
Els metalls generalment són brillants, tenen densitat i punt de fusió alts, són dúctils, durs i bons conductors de l'escalfor i de l'electricitat. Aquestes propietats es deuen a l'enllaç metàl·lic propi dels metalls, on els electrons exteriors dels metalls estan lligats només lleugerament als àtoms, formant un mar d'electrons de gran mobilitat que banya a tots els àtoms.
Els metalls formen la major part de la taula periòdica, i es poden classificar en diverses sèries químiques:
- Metalls alcalins
- Metalls alcalinoterris
- Lantànids
- Actínids
- Metalls de transició
- Metalls del bloc p, o altres metalls
Taula de continguts |
[edita] Propietats químiques
El metalls tenen tendència a formar cations perdent electrons en reaccionar amb l'oxigen de l'aire per a formar òxids. La velocitat de reacció varia des del ferro que es rovella durant anys, fins el potassi que es consumeix en segons.
Exemples:
- 4Na + O2 → 2Na2O (òxid de sodi)
- 2Ca + O2 → 2CaO (òxid de calci)
- 4Al + 3O2 → 2Al2O3 (òxid d'alumini)
Els metalls de transició, com el ferro, el coure, el zinc i el níquel, triguen molt temps a oxidar-se, altres com el pal·ladi, el platí o l'or no s'oxiden perquè no reaccionen amb l'atmosfera. Alguns metalls formen una barrera d'òxid a la seva superfície que evita que ja no puguin penetrar més molècules d'oxigen de manera que poden mantenir la seva lluïssor metàl·lica i una bona conductivitat durant dècades, en serien exemples l'alumini, alguns acers i el titani. L'òxid dels metalls és habitualment de tipus bàsic mentre que els dels no-metalls acostumen a ser de tipus àcid. La pintura, l'anoditzat o el revestiment són tècniques que permeten prevenir la corrosió dels metalls.
[edita] Propietats físiques
En general, els metalls presenten una gran conductivitat elèctrica i tèrmica, lluïssor i alta densitat, a més presenten la propietat de deformar-se sense fracturar-se quan són sotmesos a esforços. També hi ha diversos metalls, els alcalins i els alcalinoterris, que tenen una baixa densitat, duresa i punt de fusió, a més són extremadament reactius i per això és estrany de trobar-los en forma d'element metàl·lic.
[edita] Densitat
La majoria dels metalls tenen una densitat més gran que la dels no-metalls. Però hi ha una gran variació a la densitat dels diferents metalls, el liti és el menys dens mentre que a l'extrem oposat trobem l'osmi com al que presenta una densitat més gran. L'alta densitat de molts metalls és deguda a l'atapeït de la xarxa cristal·lina de la seva estructura metàl·lica. La força dels enllaços metàl·lics arriba al màxim vers el centre de la sèrie dels metalls de transició, atès que aquests elements tenen gran quantitat d'electrons deslocalitzats als enllaços metàl·lics. Tanmateix també hi ha d'altres factors involucrats com per exemple el radi atòmic, la càrrega nuclear efectiva o la forma del cristall entre d'altres.
[edita] Mal·leabilitat i ductilitat
La natura no direccional dels enllaços metàl·lics és la primera causa de la mal·leabilitat i la ductilitat dels metalls. Els plans d'àtoms de metall poden lliscar sobre els altres sotmesos a pressió, gràcies a la capacitat de deformació del cristall. Quan els plans d'un enllaç iònic llisquen sobre d'altres, el canvi resultant sobre la localització dels ions amb càrrega idèntica que esdevenen propers provoca l'exfoliació del cristall. En el cas dels enllaços covalents el que s'observa és la fractura.
[edita] Conductivitat
Els metalls presenten en general una bona conductivitat, tant elèctrica com tèrmica. En destaquen la plata, el coure i l'or.
La conductivitat elèctrica pot ser analitzada des d'un punt de vista microscòpic o macroscòpic. En el primer cas, la principal raó de la bona conductivitat rau a l'enllaç metàl·lic: els àtoms formen estructures de dues i tres dimensions que es repeteixen, les xarxes cristal·lines, al seu interior hi ha electrons gairebé lliures que circulen entorn els àtoms. Aquest moviment electrònic és el responsable de la bona conductivitat elèctrica, com més lliures són els electrons més bon conductor serà el metall.
Des d'un punt de vista macroscòpic és la teoria de bandes d'energia la que ens dóna la resposta: als metalls la banda d'energia més alta ocupada i la més baixa buida s'encavalquen, o com a mínin es toquen. Per això fa falta molt poca energia per excitar un metall, com més fàcil sigui d'excitar un metall més fàcilment podrà cedir un electró i serà més bon conductor.
[edita] Propietats magnètiques
Alguns metalls presenten propietats magnètiques remarcables com el ferromagnetisme, especialment en el cas del ferro, el cobalt i el níquel a temperatura ambient. Les propietats magnètiques varien quan es fan aliatges, i això s'aprofita per crear imants més potents o per anular el magnetisme del metall, especialment en el cas del ferro.
[edita] Aliatges
Un aliatge és una barreja de dos o més elements químics en una solució sòlida a la que el component majoritari és un metall. Molts metalls purs són massa tous, fràgils o massa reactius químicament per a ser utilitzats en aplicacions pràctiques. Combinant diferents proporcions de metalls en aliatges s'aconsegueix de modificar les propietats dels components purs assolint les característiques desitjades. El propòsit de fer aliatges és aconseguir materials menys fràgils, més durs, augmentar la resistència a la corrosió o millorar el color o la brillantor. Exemples d'aliatges en són l'acer (ferro i carboni), el llautó (coure i zinc), el bronze (coure i estany) o el duralumini (alumini i coure). Alguns aliatges per a propòsits especials com els motors de reacció poden contenir més de deu elements.
[edita] Obtenció
Alguns metalls es troben en forma d'elements natius, com l'or, la plata i el coure, tot i que no és l'estat més usual.
Molts metalls es troben en forma d'òxids. L'oxigen, en estar present en grans quantitats en l'atmosfera, es combina molt fàcilment amb els metalls, que són elements reductors, formant compostos com la bauxita (A12O3) i la limonita (Fe2O3).
Els sulfurs constitueixen el tipus de mena metàl·lica més freqüent. En aquest grup destaquen el sulfur de coure (I), Cu2S, el sulfur de mercuri (II), HgS, els sulfur de plom, PbS i el sulfur de bismut (III), Bi2S3.
Els metalls alcalins, a més del beril·li i el magnesi, se solen extreure a partir dels clorurs dipositats per l'evaporació de mars i llacs, tot i que també s'extreu de l'aigua del mar. L'exemple més característic és el clorur de sodi, o sal comuna, NaC1.
Alguns metalls alcalinoterris, com el calci, l'estronci o el bari, s'obtenen a partir dels carbonats insolubles en què estan inclosos.
Finalment, els lantànids i actínids se solen obtenir a partir dels fosfats, que són unes sals a les que poden estar inclosos.
[edita] Usos en la indústria
Alguns metalls com l'antimoni, el cadmi o el liti que es destinen a utilitzacions especials. Els pigments grocs i taronges del cadmi són molt cercats per la seva gran estabilitat, com a protecció contra la corrosió, per a les soldadures i els aliatges corresponents i per a la fabricació de bateries de níquel i cadmi, considerades excel·lents per la seguretat de llur funcionament. També és emprat com a estabilitzador en els materials plàstics (PVC) i com a aliatge per millorar les característiques mecàniques del filferro de coure. La seva producció es duu a terme en el moment de la refinació de zinc, amb el que està lligat, es tracta d'un contaminant perillós.
El liti és un metall lleuger que s'empra principalment en la producció de ceràmica i de vidre, com a catalitzador de polimerització i com a lubricant, així com per a l'obtenció de l'alumini mitjançant l'electròlisi. També és emprat per soldar, a les piles i a les bateries per a rellotges, en medecina (tractament de les depressions) i en química.
El níquel, a causa de la seva elevada resistència a la corrosió, serveix per niquelar els objectes metàl·lics, amb l'objectiu de protegir-los de l'oxidació.
El denominat "ferro blanc" és, en realitat, una làmina d'acer dolç que rep un bany de clorur de zinc fos, i a la que se li dóna després un revestiment especial d'estany.
[edita] Astronomia
En astronomia hi ha un ús especial del terme metall (per a referir-se a qualsevol element diferent de l'hidrogen i l'heli que hi ha als estels al medi estel·lar, incloent substàncies que químicament són no-metalls com el neó, el fluor o l'oxigen. Així es parla de la metal·licitat d'un estel per referir-se al seu contingut en elements pesants. Gairebé tot l'hidrogen i l'heli de lUnivers va ser creat durant la nucleosíntesi primordial mentre que la totalitat dels metalls han estat creats per nucleosíntesi a les estrelles o a les supernoves. El Sol i la Via Làctia es composen grosso modo d'un 74% d'hidrogen, un 24% d'heli i un 2% de metalls (la resta d'elements amb un nombre atòmic entre 3 i 118).[1]
[edita] Referències
- ↑ Sparke, Linda S. & Gallagher, John S. (2000), Galaxies in the Universe (1 ed.), Cambridge University Press, pp. 8, ISBN 0521592410
[edita] Vegeu també
[edita] Bibliografia
- Pere Molera i Solà; Marc J. Anglada i Gomila (versió anglesa original: W.D. Callister); Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales, Llibre I, Edicions Reverté, 1995, ISBN 84-291-7253-X
- Pere Molera i Solà; Marc J. Anglada i Gomila (versió anglesa original: W.D. Callister); Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales, Llibre II, Edicions Reverté, 1996, ISBN 84-291-7254-8
