10. klass, 11. klass, 12. klassKeemia

Anorgaanilised ained

1.1. METALLIDE FÜÜSIKALISED OMADUSED

Metalle on kerge ära tunda nende iseloomulike omaduste järgi. Enamik metalle on tahked ained, mis peegeldavad hästi valgust ning on hea elektri- ja soojusjuhtivusega. Metallide iseloomulikud füüsikalised omadused on tingitud metallides esinevast metallilisest sidemest, mis võimaldab väliskihi elektronidel suhteliselt vabalt liikuda ühe aatomi juurest teise juurde. Metallilise sideme tõttu on metallid plastilised, aatomid saavad üksteise suhtes nihkuda, ilma et metallikristall seejuures puruneks. Metalle saab seetõttu suhteliselt kergesti töödelda – painutada, venitada ja valtsida, saamaks vajaliku kujuga esemeid.

Metallide ühised iseloomulikud omadused ei avaldu kõigil metallidel siiski võrdsel määral. Olenevalt metalliliste elementide elektronstruktuurist ja metallikristalli ehitusest võivad metallide omadused varieeruda laiades piirides.

oranžikalt kumav metall, toruna või "juhtmena"
1.2. Metalli töötlemine
peegel
1.1. Metalli kasutamine peeglina

METALLIDE FÜÜSIKALISTE OMADUSTE VÕRDLUS

Metallide elektrijuhtivus

Parimad elektri- ja soojusjuhid on hõbe, vask ning kuld. Nende aatomite väliskihis on 1 paardumata elektron. Ka leelismetallid on väga head elektrijuhid, nendegi aatomite väliskihis on vaid 1 elektron. Suure keemilise aktiivsuse tõttu pole aga leelismetallid praktiliseks kasutamiseks sobivad.

Küllaltki hästi juhivad elektrit ka metallid, mille aatomite väliskihis on 3 elektroni (tuntuim nendest on alumiinium). Enamikul siirdemetallidest on aatomite väliskihis 2 elektroni (elektronipaar). Need metallid juhivad elektrit suhteliselt halvemini, paljud neist kuumenevad elektrivoolu toimel. Selliseid suure elektritakistusega metalle saab seetõttu kasutada elektri- küttekehade ja elektrilampide hõõgniidi materjalina.

elektriliin
1.3. Metalli kasutamine elektrijuhina

Metallide plastilisus

Metallid on seda plastilisemad, mida suurem on nendes metallilise sideme osatähtsus. Kõige puhtamal kujul esineb metalliline side leelis- ja leelismuldmetallides. Seepärast ongi need metallid üsna pehmed, neid on võimalik kergesti noaga lõigata.

Vähemaktiivsetes metallides, eriti enamikus siirdemetallides on küllaltki suur osatähtsus kovalentsetel sidemetel (siirdemetallides moodustavad kovalentseid sidemeid aatomite eelviimase kihi d-alakihi elektronid). Sellised metallid on küllaltki kõvad ja suhteliselt haprad. Üks kõvemaid metalle on kroom.

Metallide sulamistemperatuur

Ka metallide sulamistemperatuur oleneb suurel määral sellest, milline on metallilise sideme osatähtsus metallis. Metalliline side on suhteliselt nõrk. Valdavalt metallilise sidemega metallid, leelis- ja leelismuldmetallid, on seetõttu küllaltki madala sulamistemperatuuriga. Kuna aatomiraadiuse kasvades metalliline side järjest nõrgeneb, siis A-rühmade metallide sulamistemperatuur rühmas ülevalt alla üldreeglina alaneb.

Kõige kõrgema sulamistemperatuuriga on tüüpilised 5. ja 6. perioodi siirdemetallid, eelkõige need, mis paiknevad siirdemetallide reas rohkem keskel. Nendes metallides on aatomitevaheliste kovalentsete sidemete osatähtsus eriti suur. Kõrgeima sulamistemperatuuriga metall on volfram, väga kõrge sulamistemperatuuriga on ka tantaal, nioobium, molübdeen ja mitmed teised siirdemetallid.

IIB rühma metallidel tsingil, kaadmiumil ja elavhõbedal on aga erandina palju madalam sulamistemperatuur. Selle alarühma metallid ei käitu tüüpiliste siirdemetallidena. Elavhõbe on üldse kõige madalama sulamistemperatuuriga metall $(\textnormal{t}_\textnormal{sul} = −36 ° \textnormal{C})$.

vedel oranž mass
1.4. Raua sulatamine (puhta raua sulamistemperatuur on üle 1500 °C)
IAIIAIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIBIBIIBIIIAIVAVA
2. periood$\textcolor{tan}{\ce{Li}}$$\textcolor{cyan}{\ce{Be}}$
3. periood$\textcolor{red}{\ce{Na}}$$\textcolor{green}{\ce{Mg}}$ $\textcolor{green}{\ce{Al}}$
4. periood$\textcolor{red}{\ce{K}}$ $\textcolor{green}{\ce{Ca}}$ $\textcolor{violet}{\ce{Sc}}$$\textcolor{violet}{\ce{Ti}}$ $\textcolor{violet}{\ce{V}}$ $\textcolor{violet}{\ce{Cr}}$ $\textcolor{blue}{\ce{Mn}}$ $\textcolor{violet}{\ce{Fe}}$ $\textcolor{blue}{\ce{Co}}$ $\textcolor{blue}{\ce{Ni}}$ $\textcolor{blue}{\ce{Cu}}$ $\textcolor{tan}{\ce{Zn}}$$\textcolor{red}{\ce{Ga}}$$\textcolor{green}{\ce{Ge}}$
5. periood$\textcolor{red}{\ce{Rb}}$ $\textcolor{green}{\ce{Sr}}$ $\textcolor{violet}{\ce{Y}}$ $\textcolor{violet}{\ce{Zr}}$ $\ce{Nb}$ $\ce{Mo}$ $\ce{Tc}$$\ce{Ru}$$\textcolor{violet}{\ce{Rh}}$$\textcolor{violet}{\ce{Pd}}$$\textcolor{green}{\ce{Ag}}$$\textcolor{tan}{\ce{Cd}}$$\textcolor{tan}{\ce{In}}$$\textcolor{tan}{\ce{Sn}}$$\textcolor{green}{\ce{Sb}}$
6. periood$\textcolor{red}{\ce{Cs}}$ $\textcolor{green}{\ce{Ba}}$ $\textcolor{green}{\ce{La}}$ $\ce{Hf}$$\ce{Ta}$ $\ce{W}$ $\ce{Re}$$\ce{Os}$$\ce{Ir}$$\textcolor{violet}{\ce{Pt}}$$\textcolor{blue}{\ce{Au}}$$\textcolor{red}{\ce{Hg}}$$\textcolor{tan}{\ce{Tl}}$$\textcolor{tan}{\ce{Pb}}$$\textcolor{tan}{\ce{Bi}}$
Tabel 1.1. Metallide sulamistemperatuuride võrdlus

Metallid sulamistemperatuuriga kuni $100 ° \textnormal{C}$ on tabelis tähistatud $\textcolor{red}{\textnormal{punase värvusega}}$;
sulamistemperatuuriga $100–500 ° \textnormal{C}$ on tähistatud $\textcolor{tan}{\textnormal{beeži värvusega}}$;
sulamistemperatuuriga $500–1000 ° \textnormal{C}$ on tähistatud $\textcolor{green}{\textnormal{rohelise värvusega}}$;
sulamistemperatuuriga $1000–1500 ° \textnormal{C}$ on tähistatud $\textcolor{blue}{\textnormal{sinise värvusega}}$;
sulamistemperatuuriga $1500–2000 ° \textnormal{C}$ on tähistatud $\textcolor{violet}{\textnormal{violetse värvusega}}$;
sulamistemperatuuriga üle $2000 ° \textnormal{C}$ on tähistatud $\textcolor{black}{\textnormal{musta värvusega}}$.

Metallide tihedus

Metallide tihedust mõjutavad mitmed tegurid – eelkõige vastava elemendi aatommass, kuid mõnevõrra ka aatomiraadius ja metalli kristallivõre ehitus. Kuna aatommass perioodilisustabeli rühmades ülevalt alla tugevasti suureneb, siis metallide tihedus kasvab üldreeglina samas suunas. Eriti suure tihedusega on 6. perioodi siirdemetallid (osmium jt).

Tinglikult liigitatakse metalle kergeteks (tihedus alla $5,0 \textnormal{g/cm}^3$), mõõdukalt rasketeks (tihedus vahemikus $5,0–10,0 \textnormal{g/cm}^3$) ja ülirasketeks (tihedus üle $10,0 \textnormal{g/cm}^3$). Metalltoodete valmistamiseks eelistatakse enamasti võimalikult kergeid (väikese tihedusega) metalle. Tuntumad kergmetallid on alumiinium, magneesium ja titaan (viimane on ka keemiliselt väga vastupidav).

lennuk
1.5. Kergmetalli kasutamine
IAIIAIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIBIBIIBIIIAIVAVA
2. periood$\textcolor{red}{\ce{Li}}$$\textcolor{red}{\ce{Be}}$
3. periood$\textcolor{red}{\ce{Na}}$$\textcolor{red}{\ce{Mg}}$ $\textcolor{green}{\ce{Al}}$
4. periood$\textcolor{red}{\ce{K}}$ $\textcolor{red}{\ce{Ca}}$ $\textcolor{green}{\ce{Sc}}$$\textcolor{green}{\ce{Ti}}$ $\textcolor{blue}{\ce{V}}$ $\textcolor{blue}{\ce{Cr}}$ $\textcolor{blue}{\ce{Mn}}$ $\textcolor{blue}{\ce{Fe}}$ $\textcolor{blue}{\ce{Co}}$ $\textcolor{blue}{\ce{Ni}}$ $\textcolor{blue}{\ce{Cu}}$ $\textcolor{blue}{\ce{Zn}}$$\textcolor{blue}{\ce{Ga}}$$\textcolor{blue}{\ce{Ge}}$
5. periood$\textcolor{red}{\ce{Rb}}$ $\textcolor{green}{\ce{Sr}}$ $\textcolor{green}{\ce{Y}}$ $\textcolor{blue}{\ce{Zr}}$ $\textcolor{blue}{\ce{Nb}}$ $\textcolor{violet}{\ce{Mo}}$ $\textcolor{violet}{\ce{Tc}}$$\textcolor{violet}{\ce{Ru}}$$\textcolor{violet}{\ce{Rh}}$$\textcolor{violet}{\ce{Pd}}$$\textcolor{violet}{\ce{Ag}}$$\textcolor{blue}{\ce{Cd}}$$\textcolor{blue}{\ce{In}}$$\textcolor{blue}{\ce{Sn}}$$\textcolor{blue}{\ce{Sb}}$
6. periood$\textcolor{red}{\ce{Cs}}$ $\textcolor{green}{\ce{Ba}}$ $\textcolor{blue}{\ce{La}}$ $\textcolor{violet}{\ce{Hf}}$$\ce{Ta}$ $\ce{W}$ $\ce{Re}$$\ce{Os}$$\ce{Ir}$$\ce{Pt}$$\ce{Au}$$\textcolor{violet}{\ce{Hg}}$$\textcolor{violet}{\ce{Tl}}$$\textcolor{violet}{\ce{Pb}}$$\textcolor{blue}{\ce{Bi}}$
Tabel 1.2. Metallide tiheduste võrdlus

Metallid tihedusega kuni $2,0 \textnormal{g/cm}^3$ on tabelis tähistatud $\textcolor{red}{\textnormal{punase värvusega}}$;
tihedusega $2,0–5,0 \textnormal{g/cm}^3$ on tähistatud $\textcolor{green}{\textnormal{rohelise värvusega}}$;
tihedusega $5,0–10,0 \textnormal{g/cm}^3$ on tähistatud $\textcolor{blue}{\textnormal{sinise värvusega}}$;
tihedusega $10,0–15,0 \textnormal{g/cm}^3$ on tähistatud $\textcolor{violet}{\textnormal{violetse värvusega}}$;
tihedusega üle $15,0 \textnormal{g/cm}^3$ on tähistatud $\textcolor{black}{\textnormal{musta värvusega}}$.

Metallide magnetilised omadused

Mõnedel metallidel avalduvad ka magnetilised omadused. Tuntuim nendest on raud. Magnetiliste omadustega on ka koobalt, nikkel ja nende metallide sulamid.

magnet
1.6. Raual avalduvad magnetilised omadused

KOKKUVÕTE

  • Metallide iseloomulikud füüsikalised omadused (metalne läige, hea elektri- ja soojusjuhtivus, plastilisus) on tingitud metallides esinevast metallilisest sidemest.
  • Parimad elektrijuhid on hõbe, vask ja kuld. Suhteliselt hea elektrijuht on ka alumiinium.
  • Suhteliselt madala sulamistemperatuuriga on leelismetallid, nendes esineb valdavalt metalliline side. Kõrgeima sulamistemperatuuriga on 5. ja 6. perioodi siirdemetallid, milles on suur osatähtsus kovalentsetel sidemetel (volfram jt).
  • Metallide tihedus üldreeglina kasvab rühmas ülevalt alla (aatommassi kasvu tõttu). Praktikas olulised kergmetallid (väikese tihedusega metallid) on alumiinium, magneesium ja titaan.
    Suurima tihedusega on eelkõige 6. perioodi siirdemetallid (osmium jt).

KÜSIMUSED

  1. Selgitage metallide plastilisust (head töödeldavust), lähtudes metallides esineva metallilise sideme iseärasustest.
  2. Põhjendage metallide head elektri- ja soojusjuhtivust.
  3. Millised metallid on parimad elektrijuhid? Millised neist sobivad elektrijuhtmete valmistamiseks?
  4. Millised metallid on vedelas olekus a) temperatuuril $30 ° \textnormal{C}$, b) temperatuuril $100 ° \textnormal{C}$, c) temperatuuril $300 ° \textnormal{C}$?
  5. Miks on leelismetallid palju pehmemad ja madalama sulamistemperatuuriga kui enamik teisi metalle?
  6. Põhjendage tüüpiliste siirdemetallide suurt kõvadust ja kõrget sulamistemperatuuri.
  7. Millised kergmetallid (tihedus alla $5,0 \textnormal{g/cm}^3$) sobivad kasutamiseks materjalina seadmete või tarbeesemete valmistamisel?

results loading