מתכות הן קבוצה של יסודות בעלי תכונות ייחודיות כמו מוליכות חשמלית, העברת חום גבוהה, מקדם התנגדות חיובי, ברק אופייני וגמישות יחסית. סוג זה של חומר פשוט מבחינת תרכובות כימיות.
סיווג לפי קבוצות
מתכות הן בין החומרים הנפוצים ביותר בשימוש האנושות לאורך ההיסטוריה שלה. רובם ממוקמים בשכבות האמצעיות של קרום כדור הארץ, אבל יש גם כאלה המוסתרות עמוק במרבצי הרים.
כרגע, מתכות תופסות את רוב הטבלה המחזורית (94 מתוך 118 יסודות). מבין הקבוצות המוכרות רשמית, ראוי לציין את הקבוצות הבאות:
1. אלקליין (ליתיום, אשלגן, נתרן, פרנציום, צסיום, רובידיום). במגע עם מים, הם יוצרים הידרוקסידים.
2. אדמה בסיסית (סידן, בריום, סטרונציום, רדיום). שונים בצפיפות ובקשיות.
3. אור (אלומיניום, עופרת, אבץ, גליום, קדמיום, פח, כספית). משמש לעתים קרובות בסגסוגות עקב צפיפות נמוכה.
4. מעברי (אורניום,זהב, טיטניום, נחושת, כסף, ניקל, ברזל, קובלט, פלטינה, פלדיום וכו'). יש להם מצב חמצון משתנה.
5. מתכות למחצה (גרמניום, סיליקון, אנטימון, בורון, פולוניום וכו'). יש להם סריג קוולנטי גבישי במבנה שלהם.
6. אקטינידים (אמריקיום, תוריום, אקטיניום, ברקליום, קוריום, פרמיום וכו').
7. לנתנידים (גדוליניום, סמריום, צריום, ניאודימיום, לוטציום, לנתנום, ארביום ועוד).
כדאי לשים לב שיש מתכות בקרום כדור הארץ וכאלה שאינן מוגדרות בקבוצות. אלה כוללים מגנזיום ובריליום.
תרכובות מקומיות
בטבע, יש מחלקה נפרדת של קודיפיקציה גבישית-כימית. יסודות אלה כוללים מתכות מקומיות. אלו מינרלים שאינם קשורים זה לזה. לרוב, מתכות מקומיות בטבע נוצרות כתוצאה מתהליכים גיאולוגיים.
45 חומרים ידועים במצב הגבישי בקרום כדור הארץ. רובם נדירים ביותר בטבעם, ומכאן מחירם הגבוה. חלקם של אלמנטים כאלה הוא רק 0.1%. יש לציין שגם מציאת מתכות אלו היא תהליך מייגע ויקר. הוא מבוסס על שימוש באטומים עם קליפות ואלקטרונים יציבים.
מתכות מקומיות נקראות גם אצילות. הם מאופיינים באינרציה כימית ויציבות של תרכובות. אלה כוללים זהב, פלדיום, פלטינה, אירידיום, כסף, רותניום וכו'. נחושת נמצאת לרוב בטבע. ברזל במדינת הילידים קיים בעיקר במרבצי הרים בצורה של מטאוריטים. לפי הכי הרבהיסודות נדירים של הקבוצה הם עופרת, כרום, אבץ, אינדיום וקדמיום.
תכונות בסיסיות
כמעט כל המתכות בתנאים רגילים הן קשות ועמידות. היוצא מן הכלל הוא פרנציום וכספית, מתכות אלקליות. טמפרטורת ההיתוך עבור כל מרכיבי הקבוצה שונה. הטווח שלו נע בין -39 ל-+3410 מעלות צלזיוס. טונגסטן נחשב לעמיד ביותר בפני התכה. התרכובות שלו מאבדות את עמידותן רק בטמפרטורות מעל +3400 C. יש להבחין בין עופרת ופח לבין מתכות מותכות בקלות.
כמו כן, אלמנטים מחולקים לפי צפיפות (קל וכבד) ופיסטיות (קשה ורכה). כל תרכובות המתכות מוליכות חשמל טוב מאוד. תכונה זו נובעת מנוכחותם של סריג קריסטל עם אלקטרונים פעילים. לנחושת, כסף ואלומיניום יש את המוליכות המרבית, לנתרן מוליכות מעט נמוכה יותר. ראוי לציין את התכונות התרמיות הגבוהות של מתכות. כסף נחשב למוליך החום הטוב ביותר, כספית היא הגרועה ביותר.
מתכות בסביבה
לרוב, ניתן למצוא את היסודות הללו בצורה של תרכובות ועפרות. מתכות בטבע יוצרות סולפיטים, תחמוצות, קרבונטים. כדי לטהר את התרכובות, תחילה יש צורך לבודד אותן מהרכב העפר. השלב הבא יהיה סגסוגת ועיבוד סופי.
במטלורגיה תעשייתית, מבדילים בין עפרות ברזל לא-ברזליות. הראשונים בנויים על בסיס תרכובות ברזל, השניים על מתכות אחרות. פלטינה, זהב וכסף נחשבים למתכות יקרות. רובם נמצאים בקרום כדור הארץ. למרות זאתבמידה פחותה, מי הים מהווים גם חלק קטן.
יש יסודות אצילים אפילו באורגניזמים חיים. אדם מכיל כ-3% מתרכובות מתכות. על פי רוב, הגוף מכיל נתרן וסידן, הפועלים כאלקטרוליט בין תאי. מגנזיום נחוץ לתפקוד תקין של מערכת העצבים המרכזית ומסת השריר, ברזל טוב לדם, נחושת טובה לכבד.
מציאת תרכובות מתכת
רוב האלמנטים ממוקמים מתחת לשכבת האדמה העליונה בכל מקום. המתכת הנפוצה ביותר בקרום כדור הארץ היא אלומיניום. האחוז שלו משתנה בתוך 8.2%. מציאת המתכת הנפוצה ביותר בקרום כדור הארץ אינה קשה, שכן היא מתרחשת בצורת עפרות.
ברזל וסידן שכיחים מעט פחות בטבע. האחוז שלהם הוא 4.1%. בהמשך מגיעים מגנזיום ונתרן - 2.3% כל אחד, אשלגן - 2.1%. שאר המתכות בטבע תופסות לא יותר מ-0.6%. ראוי לציין שניתן לכרות מגנזיום ונתרן באותה מידה הן בקרקע והן במי הים.
יסודות מתכת בטבע נמצאים בצורה של עפרות או במצב יליד, כמו נחושת או זהב. ישנם חומרים שצריך להשיג מתחמוצות וסולפידים, למשל המטיט, קאולין, מגנטיט, גלנה וכו'.
ייצור מתכת
ההליך להפקת יסודות מסתכם בהפקת מינרלים. מציאת מתכות בטבע בצורת עפרות הוא התהליך הפשוט והנפוץ ביותר בתעשייה הכללית. לחיפושמרבצים גבישיים, ציוד גיאולוגי מיוחד משמש לניתוח הרכב החומרים בפיסת אדמה מסוימת. לעתים רחוקות יותר, נוכחותן של מתכות בטבע מצטמצמת לשיטה תת-קרקעית בנאלית של בור פתוח.
לאחר הכרייה, מתחיל שלב ההעשרה, כאשר רכז עפרות מופרד מהמינרל המקורי. הרטבה, זרם חשמלי, תגובות כימיות, טיפול בחום משמשים כדי להבחין בין אלמנטים. לרוב, שחרור עפרות מתכת מתרחש כתוצאה מהתכה, כלומר, חימום עם התאוששות.
כריית אלומיניום
מתכות לא ברזליות עוסקת בתהליך זה. מבחינת צריכה וייצור, היא מובילה בין שאר ענפי התעשייה הכבדה. המתכת הנפוצה ביותר בקרום כדור הארץ מבוקשת מאוד בעולם המודרני. מבחינת ייצור, האלומיניום הוא שני רק לפלדה.
יותר מכל, האלמנט הזה משמש בתעשיות התעופה, הרכב והחשמל. ראוי לציין שניתן להשיג את המתכת הנפוצה ביותר בקרום כדור הארץ גם באמצעים "מלאכותיים". עבור תגובה כימית כזו, נדרשים בוקסיטים. הם יוצרים אלומינה. על ידי שילוב של חומר זה עם אלקטרודות פחמן ומלח פלואוריד תחת פעולת זרם חשמלי, ניתן להשיג את עפרות האלומיניום הטהורות ביותר.
סין היא המדינה המובילה בין היצרנים של רכיב זה. עד 18.5 מיליון טון מתכת מותכים שם מדי שנה. ההתאחדות הרוסית-שוויצרית UC RUSAL היא המובילה בדירוג כריית אלומיניום דומה.
שימוש במתכות
כל מרכיבי הקבוצה עמידים, אטומים ועמידים יחסית לטמפרטורה. לכן מתכות נפוצות כל כך בחיי היומיום. כיום הם משמשים לייצור חוטי חשמל, נגדים, מכשירי חשמל ופריטים ביתיים.
מתכות הן חומרי בנייה וכלי עבודה אידיאליים. בבנייה משתמשים בסגסוגות טהורות ומשולבות. בהנדסה ובתעופה, החיבורים העיקריים הם פלדה וקשרים קשים יותר.
