מתכות: היסטוריה, מאפיינים, סוגים, שימושים, דוגמאות - כִּימִיָה - 2025

מתכות נוצרות על ידי קבוצה של אלמנטים הנמצאים בצד שמאל, למעט המימן אל מתכתיים, של הטבלה המחזורית. מתכות מהוות כ 75% מהיסודות הכימיים, כך שניתן לומר שחלק גדול מהטבע הוא מטאלי מטבעו.

המתכות שהאדם עיבד בתחילה לפני ההיסטוריה היו כדלקמן: זהב, כסף, נחושת, פח, עופרת וברזל. זה נבע מהעובדה שהם היו במולדתם או מכיוון שהיה קל לעבד אותם לייצור חפצים שימושיים.

אלמנטים מתכיים בצבע כחול. מטאלואידים בירוק ולא מתכות בצבע חום

נראה שזה עניין של קסם, שמהם ניתן להפיק גופות מבריקות וכסופות מתוך ערמות של סלעים ומינרלים (עם חריגים מסוימים חשובים ומצטיינים). כזה הוא המקרה של בוקסיט ואלומיניום, שמסלעי החרס שלהם מתקבל מתכת מופחתת זו ביריעות או בניירות כסף.

מתכות הן מסגרת של תעשיות; הכבלים, הכורים, היחידות, המכולות שלו, כולם בדרך זו או אחרת מורכבים ממתכות וסגסוגותיהם.

המטבעות הראשונים, כלי הנשק, הכלים, השריון נעשו ממתכות, שישמשו בהמשך לייצור כלי רכב, אופניים, סירות, מטוסים, מחשבים, בין חפצים חיוניים אחרים בחיים המודרניים.

הִיסטוֹרִיָה

עידן הנחושת

התרחבות מטלורגית - מקור: Metallurgical diffusion.svg תחת הרישיון הבינלאומי Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0

בשנת 9000 לפני הספירה, חפצי המתכת הראשונים של נחושת מזויפת נוצרו במזרח הקרוב, כאשר האדם גילה כי פטיש בנחושת הגביר את כוחו ועמידותו, והשתמש בו לייצור סכינים. זהו עידן הנחושת.

התגלה שניתן להשיג נחושת על ידי חימום של מינרלים כחולים, כמו קורוויליט ומלכיט (4000-3000 לפני הספירה).

התקופה הכלקוליתית היא תקופה שקדמה לתקופת הברונזה, המתאימה ל 5,000-3,000 לפני הספירה. האדם החל להתנסות באיחוי ונחושת נחושת, על מנת להשיג נחושת המזויפת מתחמוצת הנחושת.

תקופת הברונזה (3,000-1,500 לפני הספירה)

חומרים מתקופת הברונזה - מקור: Gaguilella ברישיון הבינלאומי Creative Commons ייחוס-שיתוף דומה 4.0.

האדם בטח החל בטעות לייצר סגסוגות, בתחילה מנחושת וארסן, ובהמשך עם נחושת ופח, להשיג ברונזה במזרח הקרוב.

במוצרי הברונזה, המתאימים לתקופה זו, היו 87% נחושת, 11% פח, וכמויות קטנות של ברזל, ארסן, ניקל, עופרת ואנטימון.

תקופת הברזל (700 לפני הספירה)

האיש ניצל את ניסיונו בייצור נחושת מחושבת לייצור ברזל יצוק במזרח הקרוב. בפרק זמן זה התרחשה גרגיר האבקה האטרוסקית, איטליה.

הייצור המוקדם ביותר הידוע של פלדה, סגסוגת ברזל ופחמן, בא לידי ביטוי בחלקי המתכת באתר ארכיאולוגי באנטוליה (1800 לפני הספירה).

בסביבות 1122 לספירה, בתאריך ובמקום לא ידוע, הוצג ברזל יצוק. בשנת 1440 לספירה הופק הפעמון הגדול של בייג'ינג, סין. כמעט שלוש מאות שנים מאוחר יותר, בשנת 1709 לספירה, מיוצר ברזל מותך באמצעות קולה כחומר דלק.

בשנת 1779 שימש ברזל יצוק באנגליה כחומר אדריכלי. בשנת 1855 השתמש הנרי בסנר ברזל חזיר כחומר גלם להשגת פלדה קלה. קלארק ועץ האנגלים (1872) רשמו פטנט על סגסוגת שנחשבת כיום כפלדת אל חלד.

תכונות פיזיקליות של מתכות

הברונזה של הפעמונים העתיקים הללו מדגימה את התועלת של מתכות למטרות נוי או דתיות. מקור: Pxhere.

בין כמה תכונות פיזיקליות של מתכות שיש לנו:

מתכות מבריקות במראהן ומסוגלות לשקף אור.

באופן כללי, הם מוליכים חשמליים וחום טובים.

יש להם נקודות התכה ורתיחה גבוהות.

-הם ניתנים לניתוח, כלומר ניתן לפטיש בהם כדי לייצר סדינים דקים.

-הם שמישים, איתם ניתן לייצר חוטים או סיבים בקוטר קטן מאוד.

-הם מוצגים במצב מוצק, למעט כספית, שהיא נוזלית בטמפרטורת החדר, וגליום, שנמס רק על ידי סחיטת זה בין הידיים. בתמונה הבאה תוכלו לראות מיכל כספית:

-הם גופים אטומים, סדיניהם הדקים אינם חוצים אור.

הם קשים מאוד, למעט נתרן ואשלגן, אותם ניתן לחתוך בעזרת סכין.

יש להם צפיפות גבוהה, כאשר אוסמיום ואירידיום הם הצפיפות הגבוהה ביותר, וליתיום הוא הצפיפות הנמוכה ביותר.

תכונות כימיות של מתכות

בין חלק מהתכונות הכימיות של מתכות שיש לנו:

הם נוטים לאבד אלקטרונים ויוצרים קטיונים מתכתיים, M ^{n +} , כאשר n מציין את מספר החמצון שלהם, שרק עבור מתכות אדמה אלקליות ואלקליות עולה בקנה אחד עם מספר הערכיות שלהם.

-המכשירים האלקטרוניים שלהם נמוכים.

-הם מאכלים וחווים נזק לחמצון.

- יצירת תחמוצות בסיסיות בתגובה עם חמצן. תחמוצות אלה בשילוב עם מים יוצרים הידרוקסיד מתכות. תחמוצות מתכת מגיבות עם חומצות ליצירת מלחים ומים.

הם סוכני הפחתה טובים מכיוון שהם מוותרים על האלקטרונים שלהם.

סוגי מתכת

מתכות מסווגות כדלקמן: אלקליין, אלקליין-אדמה, לאחר מעבר, מעבר ומכונה אדמות נדירות.

מתכות אלקאליות

הם בדרך כלל לא נמצאים חופשיים בטבע מכיוון שהם מתחמצנים בקלות. יש להם suborbital s ¹ במעטפת האורביטאלית החיצונית שלהם, ולכן יש להם מצב חמצון +1. אלה מתכות המגיבות בצורה אקזוטית עם מים ומצמצמות מאוד.

מתכות אלקליות

מדובר במתכות ניתנות לדיכאון ורקיע. האטומים של היסודות בקבוצה זו הם בעלי תצורת s ² , כך שהם יכולים לוותר על שני אלקטרונים ומצב החמצון שלהם הוא +2. למעט בריליום, הם ניתנים לחמצון בעקבות חשיפה לאוויר.

מתכות לאחר מעבר

מדובר במתכות של מה שמכונה בלוק ה- p, שנמצא בין מתכות המעבר למטלואידים בטבלה המחזורית.

לאלמנטים מקבוצה 3 מצבי החמצון +1 ו- +3 הנפוצים ביותר, אם כי לאלומיניום יש רק מצב החמצון +3. כמו כן, חלק מהמתכות שלאחר המעבר נמצאות בקבוצות 14 ו -15.

מתכות מעבר ד

הם יוצרים קבוצה שנמצאת בין היסודות היוצרים בסיס לבין היסודות היוצרים חומצה. המעגלים האטומיים d ו- f אינם שלמים ומלאים. אמנם המונח מתכות מעבר מתייחס למתכות מעבר ד.

למתכות מעבר יש יותר ממצב חמצון אחד. יש להם נקודות התכה ורתיחה גבוהות יותר מקבוצות מתכות אחרות. מתכות המעבר היא קבוצה הטרוגנית מאוד של מתכות הכוללת בין היתר ברזל, כרום, כסף וכו '.

אדמות נדירות

עפרות אדמה נדירות

קבוצת מתכות זו מורכבת מהיסודות סקנדיום ויתריום ומהיסודות של סדרת הלנטנידים והאקטינידים. המונח 'אדמות נדירות' מתייחס לעובדה שהם לא נמצאים בטבע במצבים טהורים וניתנים לתקיפה על ידי חומצות.

יישומים

מתכות אלקאליות

ליתיום משמש כאמצעי העברת חום בכורים מסוימים בכורים גרעיניים. הוא משמש בחלק מהסוללות היבשות ומצברי האור. ליתיום כלוריד וליתיום ברומיד הם תרכובות היגרוסקופיות המשמשות בתהליכי ייבוש ומיזוג אוויר בתעשייה.

נתרן משמש במתכות של מתכות, כמו טיטניום וזירקוניום. הוא משמש בתאורה ציבורית במנורות קשת נתרן. נתרן כלורי (NaCl) משמש כטעם מזון ולשימור בשר.

מתכות אלקליות

מגנזיום שימש בצילום כאור הבזק וזיקוקים. בריום הוא מרכיב בסגסוגות המשמשות במצתים בגלל קלות האלמנט לפליטת אלקטרונים. מלחי בריום משמשים להגבלת נזקי הרנטגן בלוחות בדרכי העיכול.

סידן משמש להסרת זיהומים מומסים במתכות מותכות ובהסרת גזי פסולת בצינורות ואקום. זהו חלק מגבס, חומר המשמש לבנייה וטיפול בשברים בעצמות.

מתכות לאחר מעבר

אלומיניום מכיוון שמדובר במתכת קלה משמש לבניית מטוסים וספינות. הוא משמש גם בייצור כלי מטבח רבים. הוא משמש כחומר גלם בייצור דאודורנטים המגבילים הזעה.

גליום משמש בטרנזיסטורים וטמפרטורת חום גבוהה. האיזוטופ ⁶⁷ Ga משמש ברפואה לטיפול במלנומות מסוימות. עופרת משמשת בבניית סוללות ובהגנה מפני קרינה מייננת.

מתכות מעבר

נחושת משמשת בצינורות אספקת מים, מקררים ומערכות מיזוג אוויר. הוא משמש גם כחלק ממנגנון פיזור החום של מחשבים. הוא משמש בהולכת זרם חשמלי, באלקטרומגנטים ובצביעת משקפיים.

ניקל משמש לייצור נירוסטה, כמו גם למיתרי גיטרה וסוללות נטענות. הוא משמש גם אלקטרוליטי להגנה על מתכות. הוא משמש בסגסוגות המצויות בחלקי רכב, כמו שסתומים, מיסבים ובולמים.

ניקל משמש מזה זמן רב בייצור מטבעות.

אבץ משמש להגנה על מתכות מפני קורוזיה בייצור פליז. תחמוצת אבץ וסולפטת אבץ משמשים לייצור סדינים המשמשים לגגות, מרזבים וזרמים חיצוניים.

כרום משמש להגנה על מתכות מפני קורוזיה ומעניק להם ברק. הוא משמש כזרז בתגובת הסינתזה של אמוניה (NH ₃ ). תחמוצת כרום משמשת להגנה על עץ.

אדמות נדירות

סקנדיום משמש בסגסוגות עם אלומיניום לרכיבי חלל. זהו תוסף במנורות אדי כספית.

Lanthanum משמש בכוסות אינדקס שבירה גבוהה ועמידות בפני אלקליות. בנוסף, הוא משמש בייצור עדשות מצלמה וכזרז פיצוח קטליטי לבתי זיקוק נפט.

Cerium משמש כחומר חמצון כימי. בנוסף, הוא משמש לאספקת צבע צהוב בזכוכית וקרמיקה, כמו גם לזרז לתנורים לניקוי עצמי.

דוגמאות לאלמנטים מתכתיים

בְּסִיסִי

נתרן (Na), אשלגן (K), צזיום (Cs), ליתיום (Li) ורודידיום (Ru).

אלקליין-אדמה

בריליום (Be), מגנזיום (מג), סידן (Ca), סטרונציום (Sr), בריום (Ba) ורדיום (Ra).

לאחר מעבר

אלומיניום (Al), גליום (Ga), אינדיום (In), תאליום (Tl), פח (Sn) ועופרת (Pb).

מָעֳבָר

טיטניום (Ti), ונדיום (V), כרום (Cr), מנגן (Mn), ברזל (Fe), קובלט (Co), ניקל (Ni), נחושת (Cu), אבץ (Zn), זירקוניום (Zr), ניוביום (Nb), מוליבדן (Mo), פלדיום (Pd), כסף (Ag), טונגסטן (W), רניום (Re), אוסמיום (Os), אירידיום (Ir),

פלטינה (Pt), זהב (Au) ומרקורי (Hg).

אדמות נדירות

Scandium (Sc), yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), holmium (Ho), ארביום (Er), תוליום (Tm), ytterbium (Yb) ולוטטיום (Lu).

הפניות

1. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
2. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
3. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (05 באוקטובר 2019). מתכות לעומת לא מתכות. התאושש מ: thoughtco.com
4. מתכות ותכונותיהן- פיזיקליות וכימיות. . התאושש מ: csun.edu
5. ג'ונתן מיי. (2019). 18 סוגים שונים של מתכת (עובדות ושימושים). התאושש מ: makeitfrommetal.com