מתוך 118 יסודות הידועים לאדם, 94 הם מתכות. אלו אלמנטים היוצרים חומרים פשוטים בעלי ברק אופייני, פלסטיות גבוהה וגמישות. אילו תכונות נוספות יש למתכות? לאיזה קבוצות הם מחולקים? בואו לגלות.
מתכות ותכונותיהן
לא קל לתאר מתכות. קשה להשוות אותם עם יסודות או חומרים אחרים המוכרים בעולם המודרני. במובן הסטנדרטי, מתכת היא חומר אפור מוצק עם ברק חזק. אבל הכל הרבה יותר מסובך. רובם באמת אפורים, אבל הגוונים שונים עבור כל אחד. גליום כחלחל, ביסמוט ורוד, נחושת אדום בוהק, אך לצסיום, סטרונציום וזהב יש גוון צהוב.
מתכות שונות מאוד מבחינת מידת הביטוי של התכונות שלהן. אבל יש תכונות שמאחדות ביניהם. מתכות תורמות אלקטרונים בקלות יחסית לרמה החיצונית, מכיוון שהן קשורות בצורה חלשה לגרעין של אטום. המבנה הפנימי שלהם מיוצג על ידי סריג קריסטל, ולכן, בתנאים רגילים, כולם מוצקים. היוצא מן הכלל היחיד הוא כספית, שמתקשה רק בטמפרטורות מתחת ל-38.83°C.
מתכות הן מוליכות מצוינות של חום וחשמל. רבים מהם פלסטיים מאוד, כגון זהב, נחושת, כרום טהור, כסף. הם מסוגלים להתכופף או להתקמט מבלי להישבר. אחרים הם די שבירים (מנגן, פח, ביסמוט).
קבוצות מתכת
באותם תנאים, מתכות מתנהגות אחרת, מה שכבר ניתן לראות בדוגמה של כספית. זה הופך לנוזל בקלות רבה, אבל לא כל החומרים מתנהגים באותה צורה. בהתאם לנקודת ההיתוך, מבחינים בין מתכות ניתנות להתיך לבין מתכות עקשן. האחרונים כוללים טונגסטן, טנטלום, רניום, מוליבדן. הם נמסים בטמפרטורות מעל 2000 מעלות צלזיוס.
מתכות כבדות ומתכות קלות נבדלות גם הן. כבד - עופרת, קדמיום, קובלט, כספית, נחושת, ונדיום, בעלי משקל אטומי גדול (יותר מ-50) וצפיפות גבוהה. הריאות הן בדיוק ההפך. אלה כוללים אלומיניום, גליום, אינדיום. ליתיום הוא הקל ביותר, עם צפיפות של 0.533 גרם/ס מ³ ומסה אטומית של 3.
בטבלה המחזורית, מובחנת גם קבוצת המתכות האלקליות (ליתיום, נתרן, אשלגן, רובידיום). הם מגיבים די בקלות עם מים ליצירת אלקלי או הידרוקסיד מסיסים. כולם פעילים מאוד, רכים והרבה יותר קלים ממים. יש גם מתכות אדמה אלקליין (סידן, בריום, סטרונציום), אלקלי עם מים כבר יוצר תחמוצות או כדור הארץ שלהם. הם קשים יותר ולא פעילים כמו אלו אלקליים.
בהתבסס על התכונות השונות של מתכות, הן מחולקות גם ל:
- Transitional.
- פוסט מעבר.
- Colored.
- שחור.
- Lanthanides.
- Actinides.
- Noble.
- מתכות מקבוצת פלטינה.
- אדמה נדירה.
מתכות יקרות
מתכות פועלות לעתים קרובות כחומרים מפחיתים בתגובות כימיות. בוויתור על האלקטרונים שלהם, הם עוברים תהליכים קורוזיביים שהורסים אותם. תחת פעולתם של חומרי חמצון, נוצרות תחמוצות, הידרוקסידים, על פני השטח שלהם, הנקראים בפי העם חלודה.
מתכות רבות כפופות לתהליכים כאלה. משחתים עבורם יכולים להיות גזים ונוזלים שונים. עם זאת, יש סוג נפרד של מתכות העמידות למעשה בפני חמצון וחלודה. אלו מתכות אצילות. כולם גם נדירים ויקרים. המחירים שלהם נעים בין $300 (כסף) ל-$70,000 (רודיום) לקילו.
אצילים הם מתכות מקבוצת זהב, כסף ופלטינה: פלטינה, רותניום, אוסמיום, פלדיום, אירידיום, רודיום. פלטינה, פלדיום, זהב וכסף הם מאוד פלסטיים, אבל הם לא יכולים לעמוד בטמפרטורות גבוהות מדי. שאר המתכות האצילות הן גם עקשנות, נמסות מ-2334°C (רותניום) ל-3033°C (אוסמיום).
כולם עמידים בפני מים ואוויר, אך יכולים להגיב עם חומרים אגרסיביים יותר. לדוגמה, כסף מתמוסס בקלות בחומצה חנקתית, ומתכהה כאשר הוא בא במגע עם יוד. אגב, בעזרת יוד אפשר לבדוק האם המוצר באמת כסף.
להיות בטבע
מתכות נפוצות בכוכב הלכת שלנו. בצורה של מלחים ותרכובות שהם נמצאים במי הים. יותר מכל, הוא מלא במגנזיום (0.12%) וסידן (1.05%). המתכת הנפוצה ביותר בקרום כדור הארץ היא אלומיניום. הוא מהווה כ-8% מהמסה הכוללת שלו. הוא גם עשיר בברזל (4.1%), סידן (4%), נתרן (2.3%), מגנזיום (2.3%), אשלגן (2.1%).
אבל מתכות קיימות לא רק בסביבה החיצונית. הם נמצאים בכל אורגניזם חי, אחראי על פונקציות חיוניות רבות. גוף האדם מכיל כ-3% מהמתכות. ברזל בדם עוזר להמוגלובין לצרף חמצן ולהחליף עם פחמן דו חמצני. מגנזיום נמצא בשרירים ובמערכת העצבים. הוא מעורב בסינתזה של חלבונים, אחראי על הרפיית השרירים, מעכב את עירור קצות העצבים.
ההכרחי לנו ביותר: מגנזיום, ברזל, נתרן, סידן, אשלגן, אבץ, נחושת, קובלט, מנגן ומוליבדן. מתכות נמצאות בעצמות, במוח, ברקמות של איברים אחרים. אנחנו מקבלים אותם ממים ומאוכל, וצריכים כל הזמן לחדש את המלאי שלהם. עם מחסור באלמנטים אלו, הגוף אינו פועל כראוי, אולם גם העודף שלהם אינו טוב.
Application
אנשים למדו להשתמש במתכות כמעט בכל תחומי חייהם. חומרים מבניים, חוטים, הנדסת חשמל, כלים עשויים מהם. יסודות רדיואקטיביים לא יציבים כגון אורניום, קליפורניום, פולוניום מצאו שימוש בכוח גרעיני וייצור נשק.
מתכות קלות וחזקות משמשות בטכנולוגיית החלל ובתעשיית הרכב. נעשה שימוש באלמנטים שוניםתעשיית התרופות, המזון והטקסטיל. הם משמשים לייצור תכשיטים, כלי בית, כמו גם תרופות וכלים רפואיים. ליתיום, למשל, משמש כנוגד דיכאון, זהב כלול בתרופות לדלקת פרקים ושחפת. טיטניום וטנטלום משמשים בניתוח לייצור תותבות והחלפת חלקים פגומים בגוף.
