Металдар

Металдар — цивилизация бөтә ғәмәли тарихы дауымында киң ҡулланған материал.

Металдар (от лат. metallum — шахта, рудник) — йылы һәм электр үткәреүсәнлек, ыңғай температура ҡаршылығы, юғары һығылмалылыҡ, сүкелеүсәнлек һәм металл ялтарыуығы кеүек металдарға хас үҙенсәлектәре булған ябай матдә хәлендәге элементтар төркөмө.

Әлегә ваҡытта билдәле булған 118 элементтың (барыһы ла рәсми танылмаған) металдарға ингәндәре:

Һелтеле металдар төркөмөндә 6 лемент: Li, Na, K, Rb, De, Fr

Һелтеле ер металдары төркөмөндә 4: Ca, Sr, Ba, Ra

шулай уҡ билдәләнгән төркөмдәрҙән ситтә бериллий һәм магний.

күсмә элементтәр төркөмөндә:

— Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn; — Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd; — La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg;

еңел металдар төркөмөндә 7: Al, En, In, Sn, Tl, Pb, Bi

ярым металдар төркөмөндә 7: В, Si, Ge, As, Sb, Te, Po

лантаноидтар төркөмөндә + лантан (La) 7: Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu

актиноидтар төркөмөндә (барлыҡ элементтарҙың да физик үҙенсәлектәре өйрәнелмәгән) + актиник (Ac) 14: Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr.

Шулай итеп, 94 элемент металл тип иҫәпләнә, ҡалғандары неметалл.

Астрофизикала «металл» башҡа мәғәнәгә эйә, был термин гелийҙан ауырырыҡ булған бөтә элементтарҙы аңлата.

Бынан тыш, физикала үткәргес металдар ярымүкәргес һәм эиэлектриктар менән сағыштырыла.

«Металл» һүҙенең килеп сығышы

Метал һүҙе немец теленән ингән. 1534 йылда Николай Любчанин «Травник» тигән китабында «…злато и серебро всех металей одолеваетъ» тип яҙа. Был һүҙ Петр заманында кереп ҡала. Баштараҡ «минерал, руда, металл» тигән дөйөм мәғәнәлә була; М. В. Ломоносов ваҡытында һүҙҙәргә айырым төшөнсә бирелә.

Латин теленәндәге «metallum» — «рудник, металл» тигән һүҙҙәр немец теленә ингән, ә латин теленә грек теленән (μεταλλον — «рудник, баҙ») ингән.

Тәбиғәттә

Металдарҙың күп өлөшө тәбиғәттә мәғдән һәм ҡушылмалар хәлендә була. Улар оксидтар, сильфидтар, карбонаттар барлыҡҡа килтерә. Таҙа металл алыу өсөн уларҙы руданан айырып алырға һәм таҙартырға кәрәк. Кәрәк булғанда, легирование һәм башҡа төрлө эшкәртеү үткәрәләр. Был эшмәкәрлекте металлургия фәне өйрәнә. Металлургия металдарҙы ҡара (нигеҙендә тимер булғандарҙы) һәм төҫлө (уларҙың составына тимер кермәй, барлығы 70 элемент) металлургияға бүлә. Алтын, көмөш һәм платина ҡиммәтле металл тип иҫәпләнә. Был металдар әҙ генә миҡдарҙа диңгеҙ һыуында һәм тере организмдарҙа бар (организм өсөн бик мөһим).

Билдәле булғанса, кеше организмының 3 проценты металдан тора. Организмда иң күбе кальций (һөйәктә) һәм күҙәнәк араһындағы шыйыҡлыҡта һәм цитоплазмала электролит ролен үтәүсе натрий. Магний мускулдарҙа һәм нерв системаһында, баҡыр ашҡаҙанда, тимер ҡанда йыйыла.

Металл етештереү

Металдар ерҙән ҡаҙылма байлыҡтар ҡаҙып алыу барышында табыла. Ҡаҙып алынған мәғдән кәрәкле элементарҙың бай сығанағы булып тора. Ер тышсаһында руда ятҡылығын билдәләү өсөн разведка һәм руда ятҡылыҡтарын өйрәнеү кеүек махсус алымдар ҡулланалар. Руда ятҡылыҡтары асыҡ йәки ер аҫты һәм шахта, карьер ысулы менән эшкәртелә. Ҡайһы саҡта ҡатнаш (асыҡ-ер аҫты) ысулы ҡулланыла.

Табылған руда, ҡағиҙә булараҡ, байытыла. Бер минерал сеймалдан бер нисә файҙалы компонент алына: руда концентраты, сәнәғәт продукты, ташландыҡтар. Байытыу процессында файҙалы компонент һәм буш тау тоҡомо тығыҙлығы, магнит үҙенсәлеге, еүешләнеүсәнлек, электр үткәреүсәнлек, бөртөк формалары, химик үҙенсәлек кеүек айырмалары буйынса айырыла.

Табылған һәм байытылған руданан, ҡағиҙә булараҡ, металл химик йәки электролитик ҡайтарыу ысулы ярҙамында алына. Пирометаллургияла руданы металл сеймалына әйлендереү өсөн юғары температура, гирометаллургияла ошо маҡсат өсөн һыу химияһын ҡулланалар. Металдың һәм һәм ҡатнашмалар төрөнә ҡарап ҡайтарыу ысулы һайлана.

Металл рудаһы металл һәм неметалл иондары ҡушылмаһынан торған осраҡта, таҙа металл алыу өсөн руданы эретәләр — йылытып ҡайтарыу ысулы ҡулланалар. Тимер кеүек киң таралған металдар өсөн Тимерҡайтарыусы сифатында углерод ҡулланала. Алюмин һәм натрий кеүек ҡайһы бер металдарҙың экономия яғынан нигеҙләнгән ҡайттарыусыһы юҡ, шуға улар элекртолиз ысулы менән алына.

Сульфид рудалары таҙа металл алыу алдынан байыталмай, уларҙы оксидҡа әүерелдереү өсөн һауала яндыралар.

Металл үҙенсәлектәре

Физик металл үҙенсәлектәре

Барлыҡ металдар ҙа (терекөмөш, һәм шартлы рәүештә францийҙан башҡа) нормаль шарттарҙа ҡаты хәлдә булалар, тик ҡатылыҡ күһәткесе төрлөсә була. Түбәнге таблицала Моос шкалаһы буйынса ҡайһы бер металдарҙың ҡатылығы бирелгән.

Моос шкалаһы буйынса ҡайһы бер металдарҙың ҡатылығы:

Ҡатылыҡ	Металл
0.2	Цезий
0.3	Рубидий
0.4	Калий
0.5	Натрий
0.6	Литий
1.2	Индий
1.2	Таллий
1.25	Барий
1.5	Стронций
1.5	Галлий
1.5	Ҡурғаш
1.5	Свинец
1.5	Ртуть(тв.)
1.75	Кальций
2.0	Кадмий
2.25	Висмут
2.5	Магний
2.5	Цинк
2.5	Лантан
2.5	Көмөш
2.5	Алтын
2.59	Иттрий
2.75	Алюминий
3.0	Баҡыр
3.0	Сурьма
3.0	Торий
3.17	Скандий
3.5	Платина
3.75	Кобальт
3.75	Палладий
3.75	Цирконий
4.0	Тимер
4.0	Никель
4.0	Гафний
4.0	Марганец
4.5	Ванадий
4.5	Молибден
4.5	Родий
4.5	Титан
4.75	Ниобий
5.0	Иридий
5.0	Рутений
5.0	Тантал
5.0	Технеций
5.0	Хром
5.5	Бериллий
5.5	Осмий
5.5	Рений
6.0	Вольфрам
6.0	β-Уран

Таҙа металдарҙың иреү температураһы −39 °C -тан(терекөмөш) 3410 °C -ҡа тиклем (вольфрам). Һелтеле металдарҙы иҫәпкә алмағанда, күпселек металдарҙың иреү температураһы юғары, шулай ҙа ҡурғаш һәм аҡ ҡурғаш кеүек «нормаль» металдарҙы ғәҙәти электр һәм газ плитәһендә инетеп була.

Тығыҙлығына ярашлы рәүештә , металдарғы еңел (тығыҙлығы 0,53 ÷ 5 г/см) һәм ауыр (5 ÷ 22,5 г/см) металдарға бүләләр. Иң еңел металл булып литий (тығыҙлығы 0.53 г/см) иҫәпләнә. Иң ауыр металды бөгөнгө көндә әйтеп булмай, сөнки иң ауыр металдар осмий һәм иридий тығыҙлығы бер тирәлә (22.6 г/см³ тирәһе — ҡурғаш тығыҙлығынан ике мәртәбә юғарыраҡ), теүәл тығыҙлығын иҫәпләп сығарыу мөмкин түгел: бының өсөн металды таҙартырға кәрәк, теләһә ниндәй өушылмалар уларҙың тығыҙлығын кәметә.

Күпселек металдар һығылмалы, йәғни металл сымды бөкләп һындырмайынса кире төҙәтеп була. Атомдар бәйләнеше өҙөлмәйенсә ҡатламдар күсә алғанға был үҙенсәлк мөмкин була. Алтын, көмөш һәм баҡыр иң һығылмалы металдар. Алтындан 0.003 мм ҡалынлығындағы фольга эшләргә мөмкин, был әйберҙәргә алтын ялатыу өсөн ҡулланыла. Шулай ҙа бөтә металдар ҙа һығылмалы түгел. Цинктан йәки ҡурғаштан яһалған сым бөкләгән ваҡытта шытырҙай; марганец һәм висьмут деформация ваҡытында бөтөнләй бөгөлмәй һыналар. Һығылмалылыҡ металдың таҙалығына бәйле; таҙа хром һығылмалы, әммә әҙ генә миҡдарҙағы ҡушылмалар менән бысранғанда ла ватылыусан һәм ҡаты була. Алтын, көмөш, ҡурғаш, алюмин, осмий кеүек ҡайһы бер металдар бер береһе менән ҡушылырға мөмкин, тик бының өсөн унар йыллар кәрәк буласаҡ.

Барлыҡ медалдар ҙа электр тогын яҡшы үткәрә; был кристалл рәшәткәһендә электр ҡыры тәъҫирендә күсеп йөрөүсө ирекле электондар булыуы менән бәйле. Көмөш, баҡыр һәм алюмин иң яҡшы электр үткәргестәр; ошо сәбәпле был ике металдардан электр үткәргес материал итеп файҙаланалар.

Металдарҙың юғары йылылыҡ үткәүсәнлеге лә күсеп йөрөүсө ирекле электорндар булыуына бәйле. Шуға күрә, йылы үткәреүсәнлек рәте электр үткәреүсәнлек рәтенә оҡшаған, көмөш иң яҡшы электр һәм йылы үткәргес булып тора.

Иң насар йылы үткәргестәр — висмут һәм терекөмөш.

Күпселек металдарҙың төҫө бер төрлө — аҡһыл-һоро, бер аҙ зәңгәрерәк. Алтын, баҡыр һәм цезий һары, ҡыҙыл һәм асыҡ-һары төҫтә.

Металдарҙың химик үҙенсәлектәре

Тышҡы электрон дәрәжәлә ларҙың металл урыны менән электродов (1-3), шуға күрә улар күпселек реакции менән сығыш яһай восстановить (йәғни «бирә» үҙ электроны)

Ябай матдәләр менән реакция

• Барлыҡ металдар, алтын һәм платинанан башҡа, кислород менән реакцияға керә. Көмөш менән реакция юғары температураларҙа үтә, әммә көмөш оксиды (II) тотороҡһоҙ, шуға барлыҡҡа килмәй тиәрлек. Метал төрөнә ҡарап оксидтар, пероксидтар, надпероксидтар барлыҡҡа килеүе мөмкин:

${\mathsf {4Li+O_{2}=2Li_{2}O}}$ литий оксиды

${\mathsf {2Na+O_{2}=Na_{2}O_{2}}}$ нартий пероксиды

${\mathsf {K+O_{2}=KO_{2}}}$ калия надпероксиды

Пероксидтан метал алыу өсөн пероксидты металл менән ҡайтарылыр:

${\mathsf {Na_{2}O_{2}+2Na=2Na_{2}O}}$

Урта һәм активлыға түбән металдар менән реакция йылытҡанда бара:

${\mathsf {3Fe+2O_{2}=Fe_{3}O_{4}}}$

${\mathsf {2Hg+O_{2}=2HgO}}$

${\mathsf {2Cu+O_{2}=2CuO}}$

• Азот менән тик актив металдар ғына реакцияға инә, бүлмә температураһында литий менән тәъҫир итешеп нитрид барлыҡҡа килтерә:

Йылытҡанда:

${\mathsf {2Al+N_{2}=2AlN}}$

${\mathsf {3Ca+N_{2}=Ca_{3}N_{2}}}$

Йылытҡанда тимер көкөрт менән сульфид барлыҡҡа килтерә:

${\mathsf {Fe+S=FeS}}$

• Водород менән тик актив металдар тәьҫир итешәләр, йәғни бериллийҙан башҡа IA һәм IIA төркөмө металдары. Реакция юғары температурала башҡарыла һәм гидридтар барлыҡҡа килә. Ракцияла металл ҡайтарыусы булып ҡатнаша:

${\mathsf {2Na+H_{2}=2NaH}}$

${\mathsf {Mg+H_{2}=MgH_{2}}}$

• Углерод менән тик актив металдар реакцияға инә. Ацетиленид һәм метанидтар барлыҡҡа килә. Ацетиленидтар һыу менән реакцияға кергәндә ацетилен барлыҡҡа килтерә, метанидтар һыу барлыҡҡа килтерә.

${\mathsf {2Na+2C=Na_{2}C_{2}}}$

${\mathsf {Na_{2}C_{2}+2H_{2}O=2NaOH+C_{2}H_{2}}}$

Кислоталар менән металдар тәьҫир итешеүе

Кислоталар менән металдар төрлөсә тәьҫир итешә. Металдарҙың электрохимик активлығы рәтендә (ЭРАМ) водородҡа тиклем торған металдар бөтә кислоталар менән тәьҫир итешәләр.

Металдарҙың электрохимик активлығында водородҡа тиклем торған металдар кислоталар менән тәьҫир итеүе

Окислау-ҡайтарыу реакцияһы, шулай уҡ ҡайтарыу реакцияһы:

${\mathsf {Mg+2HCl=MgCl_{2}+H_{2}\uparrow }}$

${\mathsf {2Al+2H_{3}PO_{4}=2AlPO_{4}+3H_{2}\uparrow }}$

Ҡуйыртылған көкөрт кислотаһы H₂SO₄ менән металдар тәьҫир итерешеүе

Окислаусы кислоталар ЭРАМ-да водородтан һуң килгән металдар менән тәьҫир итешә:

${\mathsf {Cu+2H_{2}SO_{4}=CuSO_{4}+SO_{2}\uparrow +2H_{2}O}}$

Шыйыҡландырылған кислота металдар менән түбәндәге схема буйынса тәьҫир итә:

${\mathsf {Mg+H_{2}SO_{4}=MgSO_{4}+H_{2}\uparrow }}$

Кислотаның концентрацияһын арттырған осраҡта төрлө продукттар барлыҡҡа килә:

${\mathsf {Mg+2H_{2}SO_{4}=MgSO_{4}+SO_{2}\uparrow +2H_{2}O}}$

${\mathsf {3Mg+4H_{2}SO_{4}=3MgSO_{4}+S\downarrow +4H_{2}O}}$

${\mathsf {4Mg+5H_{2}SO_{4}=4MgSO_{4}+H_{2}S\uparrow +4H_{2}O}}$

Азот кислотаһы менән реакция (HNO₃)

${\mathsf {Cu+4HNO_{3}(60\%)=Cu(NO_{3})_{2}+2NO_{2}\uparrow +2H_{2}O}}$

${\mathsf {3Cu+8HNO_{3}(30\%)=3Cu(NO_{3})_{2}+2NO\uparrow +4H_{2}O}}$

Актив металдар менән тәьҫир итешкәндә реакция варианттары куберәк була:

${\mathsf {Zn+4HNO_{3}(60\%)=Zn(NO_{3})_{2}+2NO_{2}\uparrow +2H_{2}O}}$

${\mathsf {3Zn+8HNO_{3}(30\%)=3Zn(NO_{3})_{2}+2NO\uparrow +4H_{2}O}}$

${\mathsf {4Zn+10HNO_{3}(20\%)=4Zn(NO_{3})_{2}+N_{2}O\uparrow +5H_{2}O}}$

${\mathsf {5Zn+12HNO_{3}(10\%)=5Zn(NO_{3})_{2}+N_{2}\uparrow +6H_{2}O}}$

$~{\mathsf {4Zn+10HNO_{3}(3\%)=4Zn(NO_{3})_{2}+NH_{4}NO_{3}+3H_{2}O}}$