תסתכל מסביב לשנייה… כמה דברים מתכת אתה יכול לראות? בדרך כלל כשאנחנו חושבים על מתכות, אנחנו חושבים על חומרים מבריקים ועמידים. עם זאת, הם נמצאים גם במזון שלנו ובגופנו. בואו נסתכל על הרשימה המלאה של המתכות המוכרות למדע, נלמד את התכונות הבסיסיות שלהן ונגלה מדוע הן כל כך מיוחדות.
מהן מתכות?
אלמנטים המאבדים אלקטרונים בקלות, שהם מבריקים (רפלקטיביים), ניתנים לגיבוש (ניתן ליצוק לצורות אחרות), ונחשבים למוליכים טובים של חום וחשמל, נקראים מתכות. הם חיוניים לאורח החיים שלנו, מכיוון שהם לא רק חלק ממבנים וטכנולוגיות, אלא גם חיוניים לייצור כמעט כל הפריטים. מתכת נמצאת אפילו בגוף האדם. אם תסתכל על תווית המרכיבים של מולטי ויטמין, תראה עשרות תרכובות ברשימה.
ייתכן שלא ידעתם שאלמנטים כמו נתרן, סידן, מגנזיום ואבץ חיוניים עבורםחיים, ואם הם נעדרים מגופנו, בריאותנו עלולה להיות בסכנה חמורה. לדוגמה, סידן חיוני לעצמות בריאות, מגנזיום לחילוף החומרים. אבץ משפר את תפקוד המערכת החיסונית, בעוד הברזל עוזר לתאי הדם לשאת חמצן בכל הגוף. עם זאת, המתכות בגופנו שונות מהמתכת בכפית או בגשר פלדה בכך שאיבדו אלקטרונים. הם נקראים קטיונים.
למתכות יש גם תכונות אנטיביוטיות, ולכן מעקות וידיות במקומות ציבוריים עשויים לרוב מהאלמנטים האלה. ידוע שכלים רבים עשויים מכסף למניעת גדילת חיידקים. מפרקים מלאכותיים עשויים מסגסוגות טיטניום, אשר גם מונעות זיהום וגם מחזקות את הנמענים.
מתכות בטבלה המחזורית
כל היסודות במערכת המחזורית של דמיטרי מנדלייב מחולקים לשתי קבוצות גדולות: מתכות ולא-מתכות. הראשון הוא הרב ביותר. רוב היסודות הם מתכות (כחול). לא-מתכות בטבלה מוצגות על רקע צהוב. יש גם קבוצה של יסודות המסווגים כמטאלואידים (אדומים). כל המתכות מקובצות בצד שמאל של הטבלה. שימו לב שמימן מקובץ עם מתכות בפינה השמאלית העליונה. למרות זאת, הוא נחשב לא מתכתי. עם זאת, כמה מדענים משערים שייתכן שיש מימן מתכתי בליבת כוכב הלכת צדק.
Metal Bonding
רבות מהתכונות הנפלאות והשימושיותיסוד קשור לאופן שבו האטומים שלו מתחברים זה לזה. זה יוצר קשרים מסוימים. האינטראקציה המתכתית של אטומים מובילה ליצירת מבנים מתכתיים. כל מופע של אלמנט זה בחיי היומיום, ממכונית ועד מטבעות בכיס, כולל חיבור מתכת.
במהלך תהליך זה, אטומי המתכת חולקים את האלקטרונים החיצוניים שלהם באופן שווה זה עם זה. אלקטרונים הזורמים בין יונים טעונים חיוביים מעבירים בקלות חום וחשמל, מה שהופך את היסודות הללו למוליכי חום וחשמל כל כך טובים. חוטי נחושת משמשים לאספקת חשמל.
תגובות של מתכות
תגובתיות מתייחסת לנטייה של יסוד להגיב עם כימיקלים בסביבתו. היא שונה. מתכות מסוימות, כגון אשלגן ונתרן (בעמודות 1 ו-2 של הטבלה המחזורית), מגיבות בקלות עם כימיקלים רבים ושונים ונמצאות רק לעתים נדירות בצורתן הטהורה והיסודית. שניהם קיימים בדרך כלל רק בתרכובות (קשורות ליסוד אחד או יותר) או כיונים (גרסה טעונה של צורתם היסודית).
מצד שני, יש מתכות אחרות, הן נקראות גם תכשיטים. זהב, כסף ופלטינה אינם תגובתיים במיוחד ומתרחשים בדרך כלל בצורתם הטהורה. מתכות אלו מאבדות אלקטרונים בקלות רבה יותר מאשר מתכות שאינן מתכות, אך לא באותה קלות כמו מתכות תגובתיות כגון נתרן. פלטינה יחסיתלא מגיב ועמיד מאוד לתגובות עם חמצן.
Element Properties
כשלמדת את האלפבית בבית הספר היסודי, גילית שלכל האותיות יש מערכת מאפיינים ייחודית משלהן. לדוגמה, לחלקם היו קווים ישרים, לחלקם היו עקומות ולאחרים היו שני סוגי הקווים. אותו הדבר ניתן לומר על האלמנטים. לכל אחד מהם יש סט ייחודי של תכונות פיזיקליות וכימיות. תכונות פיזיקליות הן תכונות הטבועות בחומרים מסוימים. מבריק או לא, כמה טוב הוא מוליך חום וחשמל, באיזו טמפרטורה הוא נמס, כמה הוא צפוף.
מאפיינים כימיים כוללים את התכונות הנצפות כאשר הם מגיבים לחשיפה לחמצן אם הם נשרפים (כמה קשה יהיה להם לשמור על האלקטרונים שלהם במהלך תגובה כימית). אלמנטים שונים יכולים לחלוק מאפיינים משותפים. לדוגמה, ברזל ונחושת הם שניהם יסודות מוליכים חשמל. עם זאת, אין להם אותם מאפיינים. לדוגמה, כאשר הברזל נחשף לאוויר לח הוא מחליד, אך כאשר הנחושת נחשפת לאותם תנאים, הוא מקבל ציפוי ירוק ספציפי. לכן פסל החירות ירוק ולא חלוד. הוא עשוי מנחושת, לא מברזל).
ארגון האלמנטים: מתכות ולא-מתכות
העובדה שלאלמנטים יש כמה מאפיינים משותפים וייחודיים מאפשרת למיין אותם לתרשים נחמד ומסודר,נקרא הטבלה המחזורית. הוא מארגן יסודות על סמך המספר האטומי והתכונות שלהם. אז, בטבלה המחזורית, אנו מוצאים יסודות מקובצים יחד עם תכונות משותפות. ברזל ונחושת קרובים זה לזה, שניהם מתכות. ברזל מסומן בסמל "Fe" ונחושת מסומן בסמל "Cu".
רוב היסודות בטבלה המחזורית הם מתכות, והם נוטים להיות בצד שמאל של הטבלה. הם מקובצים יחד כי יש להם תכונות פיזיקליות וכימיות מסוימות. לדוגמה, מתכות צפופות, מבריקות, הן מוליכות טובות של חום וחשמל, והן מאבדות בקלות אלקטרונים בתגובות כימיות. לעומת זאת, ללא מתכות יש תכונות הפוכות. הם אינם צפופים, אינם מוליכים חום וחשמל, ונוטים לצבור אלקטרונים במקום לתת אותם. כאשר אנו מסתכלים על הטבלה המחזורית, אנו רואים שרוב הלא-מתכות מקובצות מימין. אלה יסודות כמו הליום, פחמן, חנקן וחמצן.
מהן מתכות כבדות?
רשימת המתכות די רבה. חלקם יכולים להצטבר בגוף ולא לגרום נזק, כמו סטרונציום טבעי (נוסחה Sr), שהוא אנלוגי של סידן, שכן הוא מושקע באופן פרודוקטיבי ברקמת העצם. מי מהם נקרא כבד ומדוע? שקול ארבע דוגמאות: עופרת, נחושת, כספית וארסן.
היכן נמצאים האלמנטים הללו וכיצד הם משפיעים על הסביבה ועל בריאות האדם? כָּבֵדמתכות הן תרכובות מתכתיות המופיעות באופן טבעי בעלות צפיפות גבוהה מאוד בהשוואה למתכות אחרות - לפחות פי חמישה מצפיפות המים. הם רעילים לבני אדם. אפילו מנות קטנות עלולות להוביל לתוצאות חמורות.
- עופרת. זוהי מתכת כבדה רעילה לבני אדם, במיוחד לילדים. הרעלה בחומר זה עלולה להוביל לבעיות נוירולוגיות. למרות שפעם זה היה מאוד אטרקטיבי בגלל הגמישות, הצפיפות הגבוהה ויכולתו לספוג קרינה מזיקה, עופרת הופסקה בהדרגה בדרכים רבות. המתכת הרכה והכסופה הזו שנמצאת על פני כדור הארץ מסוכנת לבני אדם ומצטברת בגוף עם הזמן. הדבר הגרוע ביותר הוא שאי אפשר להיפטר ממנו. הוא יושב שם, מצטבר ומרעיל את הגוף בהדרגה. עופרת רעילה למערכת העצבים ועלולה לגרום לנזק מוחי חמור בילדים. נעשה בו שימוש נרחב בשנות ה-1800 ליצירת איפור ועד 1978 שימש כאחד המרכיבים בצבעי שיער. כיום, עופרת משמשת בעיקר בסוללות גדולות, כמגני רנטגן, או כבידוד לחומרים רדיואקטיביים.
- נחושת. זוהי מתכת כבדה חומה אדמדמה שיש לה שימושים רבים. נחושת היא עדיין אחד המוליכים הטובים ביותר של חשמל וחום, וחוטי חשמל רבים עשויים ממתכת זו ומכוסים בפלסטיק.מטבעות, בעיקר חלפים קטנים, עשויים גם הם מיסוד זה של המערכת המחזורית. הרעלת נחושת חריפה היא נדירה, אך כמו עופרת, היא עלולה להצטבר ברקמות, ולבסוף להוביל לרעילות. אנשים שנחשפים לכמויות גדולות של נחושת או אבק נחושת נמצאים גם בסיכון.
- מרקורי. מתכת זו רעילה בכל צורה שהיא ואף יכולה להיספג בעור. ייחודו בעובדה שהוא נוזלי בטמפרטורת החדר, לפעמים הוא מכונה "כסף מהיר". ניתן לראות אותו במדחום כי כנוזל הוא סופג חום, משנה נפח עם הבדל ולו הקטן ביותר בטמפרטורה. זה מאפשר לכספית לעלות או לרדת בצינור הזכוכית. מכיוון שחומר זה הוא רעלן עצבי רב עוצמה, חברות רבות עוברות למדחום אלכוהול בצבע אדום.
- ארסן. מהתקופה הרומית ועד לתקופה הוויקטוריאנית, הארסן נחשב ל"מלך הרעלים" וגם ל"רעל המלכים". ההיסטוריה מלאה באינספור דוגמאות של בני מלוכה ופשוטי העם שביצעו רציחות למען רווח אישי, תוך שימוש בתרכובות ארסן שהיו חסרות ריח, חסרות צבע וחסרות טעם. למרות כל ההשפעות השליליות, למטאלואיד הזה יש גם שימושים, אפילו ברפואה. לדוגמה, ארסן טריאוקסיד היא תרופה יעילה מאוד המשמשת לטיפול באנשים עם לוקמיה פרומיאלוציטית חריפה.
מהי מתכת יקרה?
מתכת יקרה היא מתכת שעשוי להיות נדיר או קשה להשגה, ובעל ערך כלכלי מאוד. מהי רשימת המתכות היקרות? יש שלושה בסך הכל:
- פלטינה. למרות עמידותו, הוא משמש בתכשיטים, אלקטרוניקה, מכוניות, תהליכים כימיים ואפילו רפואה.
- זהב. מתכת יקרה זו משמשת לייצור תכשיטים ומטבעות זהב. עם זאת, יש לו שימושים רבים אחרים. הוא משמש ברפואה, ייצור וציוד מעבדה.
- כסף. מתכת אצילה זו היא בצבע לבן כסוף והיא ניתנת לגיבוש. בצורתו הטהורה הוא כבד למדי, הוא קל יותר מעופרת, אבל כבד יותר מנחושת.
מתכות: סוגים ומאפיינים
רוב היסודות יכולים להיחשב כמתכות. הם מקובצים באמצע בצד שמאל של השולחן. מתכות הן אלקליות, אדמה אלקליין, מעבר, לנתאנידים ואקטינידים.
לכולם יש כמה דברים משותפים, אלה הם:
- מוצק בטמפרטורת החדר (לא כולל כספית);
- בדרך כלל מבריק;
- נקודת התכה גבוהה;
- מוליך טוב של חום וחשמל;
- קיבולת יינון נמוכה;
- אלקטרושליליות נמוכה;
- גמיש (יכול לקבל צורה נתונה);
- פלסטיק (ניתן למשוך לתוך חוט);
- צפיפות גבוהה;
- חומר שמאבד אלקטרונים בתגובות.
רשימת המתכות המוכרות למדע
- lithium;
- בריליום;
- sodium;
- magnesium;
- aluminum;
- פוטסיום;
- calcium;
- scandium;
- titanium;
- vanadium;
- chrome;
- manganese;
- ברזל;
- קובלט;
- ניקל;
- copper;
- zinc;
- gallium;
- rubidium;
- סטרונציום;
- yttrium;
- זירקוניום;
- niobium;
- מוליבדן;
- technetium;
- רותניום;
- rhodium;
- פלדיום;
- silver;
- cadmium;
- indium;
- קופרניקוס;
- צסיום;
- barium;
- tin;
- ברזל;
- bismuth;
- lead;
- mercury;
- טונגסטן;
- gold;
- platinum;
- osmium;
- hafnium;
- germanium;
- iridium;
- niobium;
- rhenium;
- אנטימון;
- thallium;
- tantalum;
- צרפתית;
- livermorium.
בסך הכל ידועים כ-105 יסודות כימיים, רובם מתכות. האחרונים הם יסוד נפוץ מאוד בטבע, המופיע הן בצורה טהורה והן כחלק מתרכובות שונות.
מתכות מתרחשות בבטן האדמה, ניתן למצוא אותן במקווי מים שונים, בהרכב גופם של בעלי חיים ובני אדם, בצמחים ואף באטמוספרה. בטבלה המחזורית, הם ממוקמים החל מליתיום (מתכת עם הנוסחה Li) ומסתיים ב-livermorium (Lv). השולחן ממשיך להתחדש באלמנטים חדשים, ובעיקר אלו מתכות.
