Kun ajattelet sanaa "metallit", ajattelet yhtä todennäköisesti jokapäiväisiä esineitä ja niiden toimintaa kuin kemia tai mikä tahansa muu tiede. Esimerkiksi useimmat koneet ja monet rakenteet on valmistettu yhdestä useammasta metallista näiden materiaalien tarjoaman kestävyyden ja jäykkyyden vuoksi. Lisäksi jotkut metallit arvostetaan ulkonäöltään, ne maksavat paljon rahaa massayksikköä kohti ja luokitellaan kirjaimellisesti "jalometalleiksi"; kulta ja hopea ovat ehkä tunnetuimpia esimerkkejä.
Mutta metallit edustavat myös yhtä kemian kolmesta elementtityypistä, kaksi muuta ovat ei-metallit ja metalloidit. Metallit muodostavat itse asiassa suurimman osan luonnon elementeistä, vaikka olet todennäköisesti kuullut vain pienestä osasta näitä. Ennen metallien ominaisuuksien tutkimista on hyödyllistä ymmärtää, mitä termi "elementti" tunnetaan ja kuinka jaksollista taulukkoa käytetään elementtien rakentamiseen taulukossa.
Mitä elementit ovat?
Jokapäiväisessä elämässä "elementti" on osa kokonaisuutta. Sanalla on samanlainen, mutta tiukempi määritelmä kemiassa: Elementti on jotain, joka on valmistettu tietystä atomityypistä. Sitä ei voida jakaa yksinkertaisempiin komponentteihin jokapäiväisiä kemiallisia työkaluja käyttämällä. Vuodesta 2018 lähtien kemistit olivat tunnistaneet 92 luonnossa esiintyvää elementtiä yhdessä 11 epästabiilin alkuaineen kanssa, jotka on luotu laboratorio-olosuhteissa. Annettu alkuaine esiintyy joko kiinteänä aineena, nestemäisenä tai kaasuna alkuperäisessä muodossaan.
Atomi puolestaan on mikroskooppinen kokoelma protoneja, neutroneja ja elektroneja jossakin yhdistelmässä. Vety, yksinkertaisin atomi, koostuu vain protonista ja elektronista; Massiivisimmalla uraanilla on 92 protonia, 92 elektronia ja 146 neutronia yhdessä isotoopeistaan. Atomilla on yleensä sama määrä protoneja, joilla on positiivinen varaus, ja elektroneilla, joilla on saman suuruinen negatiivinen varaus. Neutronien määrä, joka yhdessä protonien kanssa muodostaa atomien ytimet (yksisydämen) ja joilla ei ole sähkövarausta, on likimääräinen protonien lukumäärä jossakin määrin, vaikka elementtien koon kasvaessa neutronien taipumus ylittää protonien määrä yhä suuremmaksi laajuus.
Elementtien jaksollinen taulukko
Jaksotaulukko on kemian kannalta, mitä indeksoitu ainesosaluettelo on keittokirjaan. Mikä tahansa kemiallinen yhdiste, jonka sinulla on tai voi ajatella, suuri tai pieni, voidaan pelkistää joksikin jaksollisen taulukon elementtien yhdistelmäksi.
113 elementtiä on järjestetty tähän taulukkoon nousevassa järjestyksessä atomiluvun mukaan. Tämä luku on vain elementillä olevien protonien määrä. Jos tämä numero muuttuu, elementin identiteetti muuttuu. Tämä ei koske neutroneja tai elektroneja; kutsutaan elementtien muunnelmia, jotka sisältävät eri lukumäärän neutroneja isotoopit alkua, kun taas elementtiä, jossa on enemmän tai vähemmän elektroneja kuin protoneja, kutsutaan ioni ja sillä on positiivinen tai negatiivinen sähkövaraus.
Jaksotaulukko saa nimensä, koska se sisältää elementtiluokkia, jotka toistuvat toisinaan ja ennustettavasti. Kun tarkastelet jaksollista taulukkoa (katso interaktiivisen esimerkin kohdasta Resurssit), voit nähdä sen yläosassa on joitain uteliaita aukkoja, mutta ne katoavat suurempien numeroiden kanssa elementtejä. Tämä johtuu siitä, että alkuaineita ei ole pelkästään järjestetty atomiluvun perusteella; ne on jaettu tyyppeihin niiden erilaisten atomien ja kemiallisten ominaisuuksien perusteella.
Jaksolliset taulukot
Tarkkaan ottaen elementit voidaan ryhmitellä metallit ja ei-metallit, mutta perinteisesti on kolme elementtiryhmää: metallit, ei-metallit ja metalloidit. Kuten nimestä "metalloidit" voidaan päätellä, näillä elementeillä on sekä metallimaisia että ei-metallimaisia ominaisuuksia.
Metalleja on myös kolme perustyyppiä: alkalimetallit, maa-alkalimetallit ja siirtymämetallit. Siirtymämetallit sisältävät useita omia alaluokkia, jotka kuvataan myöhemmin.
Tiukasti epämetalleiksi luokiteltuja elementtejä on lukumäärästä yllättävän vähän, ja vain seitsemän niistä (H, C, N, O, P, S ja Se) pisteyttää jaksollisen järjestelmän. Tämä luokitus sulkee kuitenkin pois ei-metallit, jotka ovat ansainneet oman luokansa, mukaan lukien viisi halogeenit (F, Cl, Br, I ja At) ja kuusi jalokaasut (Hän, Ne, Ar, Kr, Xe ja Ra).
Metallien ominaisuudet
Koska on olemassa seitsemän metalloidia ja 18 jonkinlainen ei-metallia (seitsemän ei-metallia sinänsä, kuusi jalokaasua ja viisi halogeenia), 88 jaksollisen järjestelmän 113 elementistä luokitellaan jonkin tyyppisiksi metalli. Vaikka metallien ominaisuudet vaihtelevat selvästi huomattavasti, metalleilla on useita yhteisiä ominaisuuksia.
Metallit ovat kiinteitä huoneenlämmössä lukuun ottamatta elohopeaa, nestettä, jota käytetään vanhemmissa lämpömittareissa. Heillä on kiilto, mikä tarkoittaa, että heijastavat valoa, ominaisuuden, joka usein antaa heille arvon (esim. Kupari, hopea). Ne ovat muokattavissa, mikä tarkoittaa, että ne voidaan fyysisesti muotoilla ohuiksi levyiksi murtumatta. Ne ovat tyypillisesti kovia, vaikka kalium ja natrium, jotka toimivat biologisesti aktiivisina ioneina ihmisen verenkierrossa, voidaan leikata tavallisella veitsellä. Ne ovat sitkeitä, mikä on hieno tapa sanoa, että metalleista voidaan tehdä lankoja; Tämä ominaisuus on kätevä, koska useimmat metallit ovat hyviä sähkön ja lämmön johtimia, mikä tekee niistä ratkaisevan tärkeitä nykyaikaisissa teollisissa sovelluksissa. Niiden johtavuus on seurausta siitä, että niillä on elektroneja, jotka eivät ole tiukasti sidoksissa ytimiin. Lopuksi, metallit ovat yleensä tiheitä (ts. Niillä on suuri massa tilavuusyksikköä kohti) ja niillä on korkeat kiehumis- ja sulamispisteet. Volframin sulamispiste on poikkeuksellisen korkea, eikä ole sattumaa, että tätä elementtiä käytetään laajalti hehkulamppufilamenteissa.
Metallien tyypit
Kolme metalliryhmää ovat alkalimetallit, maa-alkalimetallit ja siirtymämetallit. Jaksojärjestelmän järjestely on kätevä pitämään nämä tiiviisti ryhmiteltyinä; alkalimetallit ovat kuusi alkuaineen suoraan vedyn (H) alapuolella taulukon vasemmassa vasemmassa sarakkeessa, joka on merkitty IA: lla. Maa-alkalimetallit ovat pöydällä olevien alkalimetallien kuusi "naapurinaapuria", jotka ovat koko sarakkeen IIA.
Siirtymämetallit vievät jaksolliset sarakkeet III - XII ja rivit 3 - 6 yhteensä 40 elementille. 14 lantanidit (elementit 58-71) ja 14 aktinidit (elementit 90-103) pidetään harvinaisten maametallien joukossa. Lopuksi, useimmissa järjestelmissä kahdeksan elementtiä pidetään metalleina, joita ei ole määritelty toisin, mikä tuo kokonaismäärän metallien lukumäärä 6: een (alkali) + 6 (maa-alkalimetalli) + 40 (siirtymäkauden) +28 (harvinainen maametalli) + 8 (määrittelemätön) = 88.
Metalloidit ja epämetallit
Nämä seitsemän elementtiä, joilla on sekä metallimaisia että ei-metallimaisia ominaisuuksia, käyttävät jaksollisen taulukon rivejä 3-6 ja sisältävät:
- B
- Si
- Ge
- Kuten
- Sb
- Te
- Po
Ne ovat kiinteitä huoneenlämmössä ja hyödyllisiä puolijohdetekniikan alueella ja muodostavat usein seoksettai metallien yhdistelmä muiden metalliosien kanssa.