Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki
bg‑azure

Czym są metale?

bg
Metale
Metale

(gr. muέtaualfalambdalambdaomicronnu „kopalnia”, „szyb”, „kamieniołom”) – pierwiastki chemiczne, w których występuje wiązanie metaliczne. W sieci krystalicznej metali występują niezwiązane elektrony (elektrony swobodne). Metale stanowią zdecydowaną większość pierwiastków w układzie okresowym pierwiastków (94 ze 118).

R1cY7G4JT4SLm1
Układ okresowy pierwiastków. W legendzie zaznaczono, które pierwiastki są metalami.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Pierwiastki chemiczne, należące do tej grupy, charakteryzują specyficzne właściwości:

RyL1uU9exeIqL
Mapa myśli. Lista elementów: Nazwa kategorii: Właściwości metaliElementy należące do kategorii Właściwości metaliNazwa kategorii: Przewodzą prąd elektryczny (dzięki obecności wolnych elektronów w sieci krystalicznej)Nazwa kategorii: Przewodzą ciepłoNazwa kategorii: Posiadają połyskNazwa kategorii: Są ciągliwe i kowalneKoniec elementów należących do kategorii Właściwości metali
Mapa pojęć pt. „Właściwości metali”
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑azure

Zastosowania metali w życiu codziennym

bg

Metale jako przewodniki prądu elektrycznego

Ze względu na bardzo dobre właściwości przewodzące, metale wykorzystuje się w elektronice oraz przy produkcji różnego rodzaju kabli. Najczęściej w tym celu stosuje się metale 11 grupy układu okresowego – miedziowce. Miedź, srebro oraz złoto, ze względu na obecność elektronów o dużej ruchliwości, posiadają niezapełnioną podpowłokę s.

Konfiguracja powłoki walencyjnej miedziowców: ndIndeks górny 10(n+1)sIndeks górny 1.

R19kFZ2qN4ph61
Miedziane przewody
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Metale jako źródło energii

Niektóre metale mogą być źródłem energii. Do takich należy chociażby uran. Jest to radioaktywny pierwiastek, którego rozpadowi towarzyszy powstanie dużej ilości energii, która później jest wykorzystywana do generowania pary wodnej. Ta z kolei, napędzając turbiny, generuje prąd elektryczny. Jeden gram uranu może dostarczyć około 2,0·10Indeks górny 10 J energii, co odpowiada spaleniu 1,5 t węgla. W tym procesie wykorzystuje się izotopizotopizotop uranu U235. Naturalnie występuje on w uranie tylko w 0,7%. W reaktorach jądrowych zachodzi odpowiednia reakcja:

n01+U92235Ba56141+Kr3692+3 n01
RQfkJ05NNz0Ss1
Reakcja rozszczepienia uranu‑235
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Rozszczepienie, czyli rozpad jądra atomu uranu U235 następuje na skutek zderzenia z neutronami. W wyniku tej reakcji powstają dwa mniejsze jądra: atomów baru (Ba141) i kryptonu (Kr92) oraz 3 neutrony, które mogą rozszczepiać kolejne jądra atomów uranu.

Mimo niskiego kosztu energii jądrowej, pojawia się problem ze składowaniem jej radioaktywnych odpadów, powstałych w trakcie tego procesu. Mają one bardzo długi okres połowicznego rozpadu, przez co będą nam towarzyszyć jeszcze przez wiele lat. Takie odpady muszą być magazynowane w taki sposób, aby nie nastąpił ich wyciek do środowiska.

Metale jako materiały konstrukcyjne

Ze względu na swoją trwałość, kowalność i ciągliwość są wykorzystywane w budownictwie. Już w starożytności metale oraz ich stopy były wykorzystywane do konstrukcji np. sieci wodociągowych w starożytnym Rzymie czy do odlewania figur bogów i mitologicznych postaci. Z metali wykonuje się również obudowy samochodów czy pokrycia dachów. Odpowiednio dobrane są odporne na korozję, a ponadto są stosunkowo tanie i łatwe w obróbce.

ROyczynzaJ4j81
Wymyśl pytanie na kartkówkę związane z tematem materiału.

Metale jako katalizatory reakcji chemicznych

Wszystkie współczesne samochody spalinowe posiadają katalizatorykatalizatorkatalizatory samochodowe (reaktory katalityczne). Pełnią one bardzo istotną rolę, a mianowicie przekształcają szkodliwe dla środowiska związki chemiczne na takie, które są mniej szkodliwe lub przynajmniej neutralne, np.:

2 CO+2 NO2 CO2+N2
węglowodory+NOCO2+H2O+N2
2 H2+2 NO2 H2O+N2

W katalizatorach samochodowych możemy odnaleźć metale, takie jak platyna czy pallad. Dzięki wysokiej trwałości tych metali, mogą służyć przez dłuższy czas swoim właścicielom, a po upływie pewnego czasu da się je w odpowiedni sposób zregenerować lub poddawać recyklingowirecyklingrecyklingowi.

Katalizatory metaliczne możemy odnaleźć również przy innych ważnych procesach, jak np. uwodornianie nienasyconych kwasów tłuszczowych pochodzenia roślinnego (utwardzanie tłuszczów) przy użyciu katalizatorów niklowych. Innym przykładem może być reakcja syntezy amoniaku z pierwiastków, zachodząca na metalicznym żelazie pełniącym funkcję katalizatora.

We wszystkich powyższych reakcjach mamy do czynienia z katalizą heterogeniczną, co oznacza, że katalizator jest w innej fazie aniżeli pozostałe reagenty.

bg‑azure

Podsumowanie

bg

Metale możemy odnaleźć w praktycznie każdej dziedzinie życia. Wszystkie urządzenia elektroniczne mają metaliczne podzespoły. Wiele sprzętów użytku codziennego również wykonana jest z wielu rodzajów metali. Tory kolejowe, które umożliwiają nam transport pomiędzy miastami, także są wykonane z kilku stopów. Rozejrzyj się dookoła, a na pewno znajdziesz kolejnych jeszcze kilka przykładów metali wokół siebie.

Słownik

izotop
izotop

jądro tego samego pierwiastka, które posiada tę samą liczbę atomową, ale różną liczbę masową

katalizator
katalizator

substancja przyspieszająca przebieg reakcji chemicznej, która tym samym nie zużywa się w jej trakcie

recykling
recykling

przekształcanie odpadów w nowe materiały i przedmioty

elektrony walencyjne
elektrony walencyjne

elektrony znajdujące się na ostatniej zewnętrznej powłoce

Bibliografia

Atkins, P., Jones L., Laverman L., Chemical Principles, 7th EditionNew York 2016.

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, t. 2, Warszawa 2012.

Greenwood N. N., Earnshaw A., Chemistry of the Elements, Second Edition, Oksford 1997.

Kaspar J., Fornasiero P., Hickey N., Automotive Catalytic Converters: Current Status and Some Perspectives, „Catalysis Today” 2003, t. 77, nr 4, s. 419–449.