תכונות פיזיקליות וכימיות של מתכות - כִּימִיָה - 2025

תכונות של מתכות, הן פיזי וכימי, הם המפתח לבניית חפצים אינספור עבודות הנדסה, כמו גם קישוטים דקורטיביים בתרבויות ומסיבות שונות.

מאז ימי קדם הם עוררו סקרנות למראהם האטרקטיבי, בניגוד לאטימות הסלעים. חלק מהתכונות המוערכות ביותר הללו הן עמידות גבוהה בפני קורוזיה, צפיפות נמוכה, קשיות רבה וקשיחות ואלסטיות, בין השאר.

מתכות ניתנות לזיהוי במבט ראשון על ידי המשטחים המבריקים ובגוון הכסף שלהם. מקור: ג'ורג 'בקר דרך Pexels.

בכימיה הוא מתעניין יותר במתכות מנקודת מבט אטומית: התנהגות היונים שלהם כנגד תרכובות אורגניות ואורגניות. כמו כן, ניתן להכין מלחים ממתכות לשימושים מאוד ספציפיים; למשל, מלחי נחושת וזהב.

עם זאת, התכונות הגופניות היו אלה ששבו את האנושות לראשונה. באופן כללי, הם מאופיינים בכך שהם עמידים, וזה נכון במיוחד במקרה של מתכות אצילות. כך, כל מה שדומה לזהב או כסף נחשב לבעל ערך; נוצרו מטבעות, תכשיטים, תכשיטים, שרשראות, פסלים, צלחות וכו '.

מתכות הן האלמנטים השופעים ביותר בטבע. פשוט תסתכל על הטבלה המחזורית כדי לאשר שכמעט כל האלמנטים שלה מתכתיים. בזכותם, חומרים היו זמינים להובלת זרם חשמלי במכשירים אלקטרוניים; כלומר הם עורקי הטכנולוגיה ועצמות הבניינים.

תכונות פיזיקליות של מתכות

המאפיינים הפיזיים של מתכות הם אלה המגדירים ומבדילים אותם כחומרים. אין צורך שהם יעברו טרנספורמציה שנגרמה על ידי חומרים אחרים, אלא על ידי פעולות פיזיות כמו חימום אותם, עיוותם, ליטושם או פשוט התבוננות בהם.

זוֹהַר

הרוב המכריע של המתכות בוהקות, וגם צבעי אפרפר או כסוף. ישנם כמה חריגים: כספית שחורה, נחושת אדמדמה, זהב זהוב ואוסמיום מראה כמה גוונים כחלחלים. בהירות זו נובעת מאינטראקציות של פוטונים עם פני השטח שלהם ממוקמים אלקטרונית על ידי הקשר המתכתי.

קַשִׁיוּת

מתכות קשות, למעט אלקליין וכמה אחרות. משמעות הדבר היא כי מוט מתכת יוכל לגרד את המשטח בו הוא נוגע. במקרה של מתכות אלקליות, כמו רובידיום, הן כה רכות שניתן לגרד אותן בעזרת ציפורן; לפחות לפני שהם מתחילים לאשש את הבשר.

גְמִישׁוּת

מתכות ניתנות בדרך כלל לטיהור בטמפרטורות שונות. כאשר הם מכים, ואם הם מעוותים או מרוסקים מבלי לשבור או להתפורר, אז אומרים שהמתכת ניתנת לניתנות ומפגינה ניתנות לסחירות. לא כל המתכות ניתנות לניתוק.

מְשִׁיכוּת

מתכות, בנוסף להיותן ניתנות לטיפול, יכולות להיות רקשיות. כשמתכת רקומה היא מסוגלת לעבור עיוותים באותו כיוון, ולהיות כאילו מדובר בחוט או חוט. אם ידוע שאפשר לסחור במתכת בגלגלי כבלים, נוכל לאשר שמדובר במתכת רקומית; לדוגמה, חוטי נחושת וזהב.

גבישי זהב סינטטיים. Alchemist-hp (שיחה) www.pse-mendelejew.de

מוליכות תרמית וחשמלית

מתכות הן מוליכות טובות של חום וחשמל כאחד. בין המוליכים הטובים ביותר לחום יש לנו אלומיניום ונחושת; ואילו אלה שמוליכים חשמל בצורה הטובה ביותר הם כסף, נחושת וזהב. לכן נחושת היא מתכת המוערכת מאוד בתעשייה בגלל המוליכות התרמית והחשמלית המצוינת שלה.

חוטי נחושת. סקוט ehardt

סוניוריות

מתכות הן חומרי קול. אם מכים שני חלקי מתכת, יופק צליל אופייני לכל מתכת. מומחים ואוהבי מתכות מסוגלים למעשה להבדיל ביניהם על ידי הצליל שהם מפלטים.

נקודות התכה ורתיחה גבוהות

מתכות יכולות לעמוד בטמפרטורות גבוהות לפני ההמסה. מתכות מסוימות, כמו טונגסטן ואוסמיום, נמסות בטמפרטורות של 3422 מעלות צלזיוס ו- 3033 מעלות צלזיוס, בהתאמה. עם זאת, אבץ (419.5 מעלות צלזיוס) ונתרן (97.79 מעלות צלזיוס) נמסים בטמפרטורות נמוכות מאוד.

בין כולם צזיום (28.44 מעלות צלזיוס) וגליום (29.76 מעלות צלזיוס) הם אלו שנמסים בטמפרטורות הנמוכות ביותר.

מערכים אלה ניתן לקבל רעיון מדוע נעשה שימוש בקשת חשמלית בתהליכי ריתוך ונגרמים הבזקים עזים.

מצד שני, נקודות ההיתוך הגבוהות עצמן מצביעות על כך שכל המתכות יציבות בטמפרטורת החדר (25 מעלות צלזיוס); למעט כספית, המתכת היחידה ואחת היסודות הכימיים הבודדים שהיא נוזלית.

כספית בצורה נוזלית. ביונרד

סגסוגות

אמנם לא כמאפיין פיזי שכזה, אך מתכות יכולות להתערבב זו עם זו, בתנאי שהאטומים שלהם יצליחו להסתגל ליצירת סגסוגות. מדובר אפוא בתערובות מוצקות. ניתן לסגסוגת זוג מתכות אחד בקלות רבה יותר מזו אחרת; וחלקם למעשה לא יכולים להיות סגסוגת כלל בגלל הזיקה הנמוכה ביניהם.

נחושת "מסתדרת" עם פח, ומתערבבת איתו ליצירת ברונזה; או עם אבץ, ליצירת פליז. סגסוגות מציעות אלטרנטיבות מרובות כאשר מתכות בלבד אינן יכולות לעמוד בתכונות הנדרשות ליישום; כמו כשרוצים לשלב את הקלילות של מתכת אחת עם העקשנות של אחרת.

תכונות כימיות

תכונות כימיות הן אלה הטמונים באטומים שלהם וכיצד הם מתקשרים עם מולקולות מחוץ לסביבתם כדי להפסיק להיות מתכות, להפוך לתרכובות אחרות (תחמוצות, סולפידים, מלחים, קומפלקסים אורגנו-מתכתיים וכו '). לאחר מכן מדובר בתגובה שלהם ובמבנים שלהם.

מבנים וקישורים

מתכות, שלא כמו אלמנטים לא מתכתיים, אינן מקובצות כמולקולות, MM, אלא כרשת של אטומי M המוחזקים יחד על ידי האלקטרונים החיצוניים שלהם.

במובן זה האטומים המתכתיים נשארים מאוחדים חזק על ידי "ים של אלקטרונים" המתרחצים אותם, והם הולכים לכל מקום; כלומר הם ממוקמים מחדש, הם אינם מקובעים באף קשר קוולנטי, אלא הם מהווים את הקשר המתכתי. רשת זו מאוד מסודרת וחוזרת על עצמה, כך שיש לנו גבישים מתכתיים.

גבישים מתכיים, בגדלים שונים ומלאי פגמים, והקשר המתכתי שלהם, אחראים לתכונות הפיזיקליות שנצפו ונמדדו למתכות. העובדה שהם מנצחים צבעוניים, בהירים, טובים וצליל, כל זה נובע מהמבנה שלהם והמיקום האלקטרוני שלהם.

ישנם גבישים שבהם האטומים דחוסים יותר מאחרים. לכן מתכות יכולות להיות צפופות כמו עופרת, אוסמיום או אירידיום; או קל כמו ליתיום, אפילו מסוגל לצוף על מים לפני שאתה מגיב.

קורוזיה

מתכות רגישות לשחיתות; למרות שכמה מהם יכולים לעמוד באופן יוצא דופן בתנאים רגילים (מתכות אצילות). קורוזיה היא חמצון מתקדם של משטח המתכת, שבסופו מתפורר, וגורם לכתמים וחורים המקלקלים את פני השטח המבריקים שלו, כמו גם צבעים לא רצויים אחרים.

מתכות כמו טיטניום ואירידיום הן בעלות עמידות גבוהה בפני קורוזיה, מכיוון ששכבת התחמוצות הנוצרות שלהן אינה מגיבה בלחות, והן אינן מאפשרות לחמצן לחדור פנימה אל המתכת. ובמתכות הקלות ביותר לשחיתה יש לנו ברזל שהחלודה שלו ניכרת למדי בצבעו החום.

צמצום סוכנים

חלק מהמתכות הן חומרי צמצום מצוינים. המשמעות היא שהם מוותרים על האלקטרונים שלהם למינים אחרים רעבים אלקטרונים. התוצאה של תגובה זו היא שהם בסופו של דבר הופכים לקטיונים, M ^{n +} , כאשר n הוא מצב החמצון של המתכת; כלומר המטען החיובי שלה, שיכול להיות רב-תוקף (גדול מ- 1+).

לדוגמה, מתכות אלקליות משמשות להפחתת תחמוצות או כלורידים מסוימים. כאשר זה קורה עם נתרן, Na, הוא מאבד את האלקטרון הערכי היחיד שלו (מכיוון שהוא שייך לקבוצה 1) כדי להפוך ליון נתרן או קטיון, Na ⁺ (חד-חד-פעמי).

באופן דומה עם סידן, Ca (קבוצה 2), המאבד שני אלקטרונים במקום אחד בלבד ונשאר כקטיון דו-ערכי Ca ²⁺ .

מתכות יכולות לשמש כחומרי הפחתה מכיוון שהם אלמנטים אלקטרופוזיטיביים; הם נוטים יותר לוותר על האלקטרונים שלהם מאשר להשיג אותם ממינים אחרים.

תגובתיות

לאחר שאמרו שאלקטרונים נוטים לאבד אלקטרונים, יש לצפות כי בכל התגובות שלהם (או ברובם) הם בסופו של דבר הופכים לקטיונים. כעת, ככל הנראה, הקטיונים הללו מתקשרים עם אניונים בכדי לייצר מגוון רחב של תרכובות.

לדוגמא, מתכות אדמה אלקליות ואלקליות מגיבות ישירות (ונפיצות) עם מים ליצירת הידרוקסיד, M (OH) _n , הנוצרות על ידי M ^{n +} ו- OH ^- יוני , או על ידי קשרי M-OH.

כאשר מתכות מגיבות עם חמצן בטמפרטורות גבוהות (כמו אלה שאליהן מגיעה הלהבה), הן הופכות לתחמוצות M ₂ O _n (Na ₂ O, CaO, MgO, Al ₂ O ₃ וכו '). הסיבה לכך היא שיש לנו חמצן באוויר; אך גם חנקן, וכמה מתכות יכולות ליצור תערובת של תחמוצות ונייטרידים, M ₃ N _n (TiN, AlN, GaN, Be ₃ N ₂ , Ag ₃ N וכו ').

ניתן לתקוף מתכות על ידי חומצות ובסיסים חזקים. במקרה הראשון מתקבלים מלחים, ובשני שוב הידרוקסידים או מתחמים בסיסיים.

שכבת התחמוצת המכסה מעט מתכות מונעת מחומצות לתקוף את המתכת. לדוגמה, חומצה הידרוכלורית לא יכולה להמיס את כל המתכות ליצירת כלוריד מתכות המסיס במים בהתאמה.

הפניות

1. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
2. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
3. כלים למדעי הבית. (2019). שיעור מתכות מדע. התאושש מ: learning-center.homesciencetools.com
4. קבוצת הוצאת רוזן. (2019). מתכות. התאושש מ: pkphysicalscience.com
5. Toppr. (sf). תכונות כימיות של מתכות ולא מתכות. התאושש מ: toppr.com
6. ויקיפדיה. (2019). מַתֶכֶת. התאושש מ: en.wikipedia.org