Tähtsamad metallid ja nende sulamid Koostaja: Sirle Oja Gustav Adolfi Gümnaasium

Sisukord 1) Asend perioodilisustabelis 2) Video “elementide laul” 3) Metallide füüsikalised omadused 4) Metallide pingerida 5) Metalliline side 6) Metallid igapäevaelus 7) Tuntumad metallid ja sulamid

Sisukord 7) Alumiinium – levinuim metalliline element Videod – fakte alumiiniumist Alumiiniumi ühendid Alumiiniumi keemilised omadused Alumiinium igapäevaelus 8) Raud – tähtsaim metall Raua leidumine Rauamaagid Rauasulamid Raua keemilised omadused Metallide korrosioon Video – raua reageerimine väävliga

Asend perioodilsustabelis Enamik elemente (üle 4/3) on metallilised. Metallid asuvad perioodide alguses ja rühmade lõpus. Elektronide arv väliskihil põhiliselt 1-3. http://en.wikipedia.org

Video “elementide laul” http://www.youtube.com/watch?v=GFIvXVMbII0&feature=related http://www.youtube.com

Metallide füüsikalised omadused • Sarnased: tahked, läikivad, hea soojusjuhtivusega, hea elektrijuhtivusega, enamus on plastilised, hõbehalli värvi (va. kuld, vask). • Erinevad: sulamistemperatuurid, tihedus, kõvadus (pehmed: plii, kuld, naatrium).

Metallide omaduste sõltumine perioodilsustabelist Elementide metallilised omadused on seda tugevamad, mida kergemini tema aatomid loovutavad väliskihi elektrone. Elementide metallilised omadused tugevnevad rühmas ülalt alla (kuna kasvab elektronkihtide arv ja suureneb aatomite raadius). Elementide metallilised omadused suurenevad perioodis paremalt vasakule.

Metallide pingerida K Ba Ca Na MgAl Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H2Cu Ag Hg Au 1. Kõige vasakul asuvad kõige aktiivsemad metallid, nad tõrjuvad hapete lahustest ja veest vesiniku välja. (Li – Mg) 2. Nendele järgnevad keskmise aktiivsusega metallid, mis reageerivad hapete lahustega, kuid veega praktiliselt ei reageeri, tekib vastava metalli oksiid. (Al-Fe) 3. Edasi asuvad pingereas väheaktiivsed metallid, millest osa asuvad vesinikust vasakul, osa (sh väärismetallid) aga paremal. Need metallid ei reageeri üldse veega. (Ni – Au) 4. Asukoht pingereas näitab ka metallid võimet tõrjuda teisi metalle nende ühenditest välja, aktiivsemad tõrjuvad välja vähem-aktiivsemaid. Fe + CuSO4 => Cu + FeSO4. K Ba Ca Na MgAl Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H2Cu Ag Hg Au

Metalliline side Metalli aatomid on suhteliselt suurte mõõtmetega ja elektronid tuumast kaugel => väliskihi elektrone hoitakse nõrgalt kinni. Metalli kristallvõres on aatomid üksteise lähedal ja välised elektronkihid kattuvad osaliselt => elektronid võivad kergesti liikuda ühe tuuma mõjualalt teise ja nii üle kogu metallikristalli. Väliskihi elektronid on ühistatud kõigi aatomite vahel. Elektronid seovad kõiki aatomeid kristallis (kovalentses sidemes seotakse ainult 2 aatomit). Nii tekib metalliline side, mis ulatub üle terve kristalli.

Keemiliste sidemete erinevus Meenuta, millised olid teiste osakeste vahelised keemilised sidemed! Millised võiksid olla sidemete erinevused?

Kovalentne side: Iooniline side: Metalliline side: - - + + - - + + - - + + - - + + Kovalentne side: Moodustunud struktuur, püsib koos ühise elektronpaari tõttu. Iooniline side: Moodustunud kristall, püsib koos erinimeliselt laetud ioonide tõttu. + + elektrongaas + + ioon-aatomid + + Metalliline side: Moodustunud kristall, püsib koos negatiivse laenguga elektrongaasi ning ioon-aatomite (katioonide) tõttu.

+ + + + - + + metalliline side metalliline side Joonista sidet põhjustavad elektronid! Millise ainega võiks olla tegemist? Mida põhjustaks mehaaniline surve? metalliline side + + + + - + + metalliline side

Metalliline side Metalliline side on keemilise sideme tüüp, mis moodustub metallid negatiivsete vabade elektronide ja positiivsete metallioonide vastastikuse tõmbumise tulemusena. http://office.microsoft.com

Metallid igapäevaelus Metallidega puutume igapäevaelus sageli kokku, kuna nendest on valmistatud paljud meile vajalikud tarbeesemed (köögiriistad, tööriistad jne). Metallide heade omaduste tõttu kasutatakse neid väga laialdaselt. Tuntumad metallid igapäevaelus on Al, Fe, Cu ja väärismetallid). http://office.microsoft.com

Tuntumad metallid ja sulamid Sulam on mitme metalli (või metalli ja mittemetalli) kokkusulatamisel saadud materjal. Tuntumad sulamid on teras ja malm (rauast), pronks (vase ja tina sulam) jt. Sulamid on enamasti tugevamad ja kulumiskindlamad. http://office.microsoft.com

Alumiinium – levinuim metalliline element Alumiinium on hõbevalge läikiv metall, mis kuulub kergmetallide hulka (tihedus 2,7g/cm³). Kuna alumiiniumil on hea elektrijuhtivus, kasutatakse teda elektrijuhtmete valmistamisel ning hea peegeldumisvõime tõttu saab alumiiniumist valmistada ka peegleid. Alumiinium asub perioodilisustabeli IIIA rühmas 3. perioodis. Alumiiniumi looduses ehedana ei leidu.

Alumiiniumi tootmine Alumiiniumit toodetakse elektrivoolu abil boksiidist. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/11/Bauxite_h%C3%A9rault.JPG

Videod – fakte alumiiniumist http://www.youtube.com/watch?v=XZG4OX_Of90&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=Wdv4y90Q11g&feature=related www.youtube.com

Alumiiniumi ühendid Tähtsaim alumiiniumi tooraine on mineraalne boksiit , mille põhiline koostisaine on Al2O3. Al2O3 on keemiliselt püsiv valge tahke aine. Kristalset Al2O3 nim. korundiks. 2Al(OH)3 Al203 + 3H20. http://en.wikipedia.org

Alumiiniumi keemilised omadused Alumiinium on keemiliselt aktiivne metall, kuid tegelikkuses on alumiiniumi keemiline aktiivsus mõnevõrra väiksem teda katva tiheda oksiidikihi tõttu. Oksiidikiht kaitseb alumiiniumit edasise oksüdeerumise. 4Al + 3O2 2Al2O3 Alumiiniumoksiid on väga püsiv valge värvusega tahke aine Veega ta ei reageeri ning on küllaltki vastupidav nii hapete kui ka leeliste suhtes.

Alumiinium igapäevaelus Alumiiniumil on palju eeliseid – kergus, vastupidavus hapniku ja vee suhtes, hea elektri- ja soojusjuhtivus. Alumiiniumi puudused – pehme, vähene mehaaniline vastupidavus. Al tähtsam sulam on duralumiinium, mis sisaldab ka Cu, Mg ning teda kasutatakse lennukiehituses. Igapäevaselt kasutatakse lisaks juhtmetele fooliumi tegemisel kui ka alumiiniumnõud.

Raud – tähtsaim metall Hõbevalge ja raske metall (tihedus 7,9 g/cm3) . Sobivad tugevus, kõvadus ja töödeldavus on teinud raua (rauasulamid) asendamatuks tööriistade ja masinate valmistamisel, ehitustegevuses. Raud on kõrge sulamistemperatuuriga, hästi töödeldav, kõva ja magnetiliste omadustega. Raua puuduseks on ta intensiivne roostetamine, mille vältimiseks kasutatakse erinevaid pinnakatteid või raua legeerimist korrosiooni vähendavate lisanditega. Raud asub perioodilisussüsteemis 4. perioodis ja VIII B rühmas.

Raua leidumine Levikult maakoores on raud 4. kohal (järjestus -hapnik, räni, alumiinium). Looduses leidub peamiselt ühenditena , kuid vähesel määral ka ehedana. http://office.microsoft.com

Rauad ühendites Tähtsamad rauamaagid sisaldavad rauda oksiidina. Fe2O3 – pruuni ja punase rauamaagi põhikoostisaine Fe3O4 leidub mustas rauamaagis e. magnetiidis. Rauda leidub ka elusorganismides, peamiselt vere punalibledes hemoglobiini koostises (hemoglobiin kannab laiali hapniku). http://office.microsoft.com

Raua tootmine Rauda toodetakse kuumades kõrgahjudes, kus lisaks maagile kasutatakse ka koksi. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:%C5%BDelezo.PNG

Raua valmistamine ajalooliselt Hiinas (ca 200 eKr) Egiptuses hakati rauda valmistama ca 3000 a eKr http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7f/Chinese_Puddle_and_Blast_Furnace.jpg

Tänapäeval toodetakse rauda umbes 30 m kõrgustes kõrgahjudes http://en.wikipedia.org/wiki/File:Blast_furnace_NT.PNG

Rauasulamid Rauasulami omadusi mõjutab oluliselt süsinikusisaldus. Rauasulamit, milles on alla 2% süsinikku , nimetatakse teraseks, kui süsiniku sisaldus on 2-5%, siis on tegemist malmiga. Kõrvuti süsinikuga sisaldub terases ja malmis veel lisandina väävlit , räni, fosforit, mangaani jt elemente. Eriterased ehk legeeritud terased sisaldavad lisandina mangaani, kroomi, niklit , molübdeeni, volframit jt metalle. Rauamaaki töödeldakse malmiks kõrgahjudes , erilistes konverterites vähendatakse malmist süsiniku ja teiste lisandite sisaldust ning saadakse teras.

Raua keemilised omadused Puhas raud on vee ja hapniku suhtes vastupidav, tehnilisele rauale tekib niiskes õhus pinnale roostekiht. Roostetamisel raud oksüdeerub. 4Fe + 3O2 2Fe2O3 Raua roostekiht ei kaitse rauda edasise oksüdeerumise eest nagu alumiiniumil. Keskmise aktiivsusega metall. Õhus kuumutades tekib raua pinnale tihe rauatagi kiht, mis kaitseb rauda edasise oksüdeerumise eest. 3Fe + 2O2 Fe3O4

Terase tootmine http://en.wikipedia.org/wiki/File:SteelMill_interior.jpg

Eriteras Roostevaba teras on tuntuim eriteras, mis sisaldab põhiliselt krooni ja niklit. Argielus on tuntud roostevaba terasest sööginõus, mis ei roosteta. http://office.microsoft.com

Metalli korrosioon Metallide hävimist ümbritseva keskkonna toimel, sealhulgas ka roostetamist, nimetatakse korrosiooniks. See põhjustab suuri kahjustusi majanduses. http://office.microsoft.com

Video – raua reageerimine väävliga http://www.youtube.com/watch?v=A5H6DVe5FAI&feature=related Video – raua reageerimine väävliga www.youtube.com

Videosid Eestikeelsete selgitustega videosid leiad ka: http://www.chemicum.com/?meny=p,d-metallid&lan=EE