Metale

Metale (zaznaczone w układzie kolorem niebieskim) są to substancje, które w stanie skondensowanym odznaczają się obecnością swobodnych, nie związanych z określonymi atomami elektronów zdolnych do poruszania się w całej objętości metalu. Do metali należy większość pierwiastków chemicznych i ich stopy.

OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA METALI
PODZIAŁ METALI

Pierwiastki metaliczne stanowią ok. 75% spośród pierwiastków układu okresowego.

Właściwości fizyczne nie są jednoznacznym kryterium decydującym o tym czy dana substancja jest metalem. Chemiczną właściwością metali jest zdolność do oddawania elektronów z utworzeniem jonów dodatnich.

Z uwagi na położenie w układzie okresowym pierwiastków (wynikające z budowy ich atomów) można je podzielić na:
a) metale grup głównych, wraz z cynkowcami,
b) metale przejściowe.

Zależnie od gęstości metale dzieli się na:
a) metale lekkie- metale o gęstości mniejszej od 4,5 g*cm-3; najważniejsze z nich to : Al., Mg, Be, Na, K,
b) metale ciężkie- metale o gęstości większej od 4,5 g*cm-3: np. Fe, Cu.
Podział metali pod względem ich właściwości chemicznych:
a) metale szlachetne (Ag, Au, Pt),
b) metale półszlachetne (Cr, Ni, Al),
c) metale nieszlachetne (Fe).

WŁAŚCIWOŚCI METALI

CECHY CHARAKTERYSTYCZNE DLA METALI

W temperaturze pokojowej metale występują w stanie stałym ( z wyjątkiem rtęci, która w tych warunkach jest cieczą).
Metale odznaczają się :
a) połyskiem metalicznym (szczególną zdolnością odbijania promieniowania świetlnego),
b) w dotyku są zimne, gdyż ich duże przewodnictwo cieplne powoduje odprowadzanie energii ( na tak zwany sposób ciepła ) od skóry ,
c) większość z nich ma dużą wytrzymałość mechaniczną ,
d) dobrze przewodzą elektryczność i ciepło ,
e) jednocześnie są ciągliwe i kowalne ,
f) większość z nich ma znaczną gęstość, bowiem w kryształach metali ich atomy są gęsto upakowane,
g) są nieprzeźroczyste- mają z reguły zabarwienie srebrzystoszare, z wyjątkiem miedzi, złota, bizmutu (różowe) i cezu (żółtawe).
i) tlenki metali tworzą z wodą wodorotlenki o charakterze zasadowym ,
j) niektóre pierwiastki mają właściwości pośrednie między charakterem metalicznym i niemetalicznym .
Metale mają niską elektroujemność i charakteryzuje je zdolność do oddawania elektronów w reakcji z innymi atomami (w wyniku czego powstaje jon).
Metale szlachetne (srebro, złoto, platyna) w warunkach normalnych nie reagują z tlenem. Metale nieszlachetne reagują z tlenem w warunkach normalnych.
METALE SZKODLIWE DLA ORGANIZMU LUDZKIEGO

Prawie wszystkie związki chemiczne wpływają na naturalne czynności organizmu ludzkiego. Substancja poprawiająca funkcjonowanie organizmu jest lekarstwem, jeżeli zaś wywołuje szkodliwe zaburzenia metabolizmu lub śmierć- trucizną.
Środowisko naturalne człowieka zanieczyszczają przede wszystkim metale ciężkie. W stanie pierwiastkowym nie stanowią zagrożenia, gdyż praktycznie są nie rozpuszczalne. Wyjątkiem jest ciekła rtęć, której pary przedostają się przez drogi oddechowe i skórę do organizmu, powodując przewlekłe zatrucia. W temperaturze wrzenia metale parują i, utleniając się w powietrzu do tlenków, przechodzą do atmosfery w postaci uciążliwych i toksycznych dymów. Najsilniejsze właściwości toksyczne wykazują sole metali, zwłaszcza te, które łatwo dysocjują. W takiej postaci kationy metali przenikają przez błony komórkowe, powodując denaturację białek. Mogą też wiązać się chemicznie z grupami ?SH i ?COOH enzymów, zaburzając metabolizm organizmu. Chrom, nikiel, kobalt, arsen, rtęć, ołów, kadm są rakotwórcze. Każdy metal w sposób wybiórczy uszkadza pewne tkanki, gruczoły lub narządy. Metale mogą wywoływać ostre lub przewlekłe zatrucia. Te ostatnie (np. zatrucia rtęcią lub ołowiem) są groźniejsze, gdyż trudno je rozpoznać, a uszkadzają mózg i powodują zmiany mutagenne w organizmie.
RTĘĆ

Hg w temp. pokojowej jest ciekłym metalem o srebrzystej barwie. Reaguje z HNO3 i H2SO4, z metalami tworzy amalgamaty. Jest bardzo silną trucizną. Do organizmu wnika przez skórę, płuca i układ pokarmowy; wbudowuje się w kości. Bardzo szkodliwe są jej połączenia organiczne: związki alkilortęciowe porażają układ nerwowy.
OŁÓW
W przyrodzie występuje postaci galeny (PbS). W dawnych czasach ołów używany był do wyrobu zbiorników na wodę, rur, blach oraz kul do niektórych rodzajów broni.
Ołów jest metalem ciężkim, szarym, miękkim, charakteryzuje się bardzo dobrą kowalnością i ma niskie temperatury topnienia. Jego aktywność chemiczna nie jest duża, a w związkach przyjmuje stopnie utlenienia II i IV. Tworzy tlenki amfoteryczne. ?Woli? stopień utlenienia II i dlatego tlenek ołowiu (IV) stosowany jest często jako utleniacz. Rozpuszcza się w stężonym HNO3, na gorąco w H2SO4, a na zimno i gorąco w CH3COOH. Nie koroduje, ponieważ w powietrzu pokrywa się warstwą tlenku.
Związki ołowiu są silnie trujące. Te właściwości spowodowały, że zrezygnowano ze wszystkich zastosowań, w których metal ten miał kontakt z wodą pitną lub żywnością. Ze względu jednak na poważne zanieczyszczenie środowiska związkami ołowiu pochodzącymi ze spalin samochodowych, teraz stosuje się benzynę bezołowiową. W samochodach, w dalszym ciągu powszechnie stosowane są akumulatory ołowiowe. Zachodzi w nich reakcja:
Pb PbO2 2 H2SO4 2 PbSO4 2 H2O
Ołów wchłaniany przez drogi oddechowe i skórę niszczy komórki krwi, odkłada się w kościach, blokuje działanie enzymów oraz uszkadza ośrodkowy i obwodowy układ nerwowy, szczególnie w młodych organizmach. Powoduje nadmierną pobudliwość, agresję, bezsenność, bóle głowy i zaburzenia psychiczne (schizofrenię). Toksyczną aktywność ołowiu wzmacniają alkohol i nikotyna.

KADM

Cd to miękki, szary metal, ulegający pasywacji w powietrz, słabo przewodzący prąd elektryczny. W temperaturze wrzenia wydziela żółtobrązowe pary. Łatwo reaguje z kwasami. Jest bardzo toksyczny i rakotwórczy. Powoduje odwapnienie kości, zanik mięsni i węchu oraz impotencję; uszkadza nerki. Objawy zatrucia kadmem mogą pojawić się dopiero po kilku latach od kontaktu z tym metalem. Do organizmu dostaje się drogą oddechową i z pożywieniem. Kadm kumuluje się w organizmie człowieka, niektórych zwierząt oraz w liściach tytoniu, skąd przechodzi do dymu papierosowego, wzmagając rakotwórcze działanie nikotyny. Toksyczność kadmu zwiększa alkohol.

METALE SZLACHETNE:

ZŁOTO ? cywilizacja odnalazła złoto w 3000 r. p. n. e. Złoto jest miękkim jasnożółtym metalem. Niczym nie zanieczyszczone, jest najbardziej miękkie, kowalne i ciągliwe ze wszystkich metali. Bardzo łatwo rozbija je się na bardzo cienkie metaliczne błony o grubości 0,00001 cm a około 30 g złota rozciągnięto w drut o długości około 100 km. Jest doskonałym przewodnikiem elektryczności i ciepła. Metal ten jest praktycznie obojętny na działanie zwykłych substancji. Rozpuszcza się w wodzie królewskiej, w chlorkach, bromkach i niektórych jodkach. Złoto jest wykorzystywane w jubilerstwie i do produkcji monet. Metal ten używany jest również do produkcji specyficznych barwników. Złoto jest również używane w stomatologii i w medycynie jako promieniotwórczy izotop do leczenia raka.

SREBRO? jest białym lśniącym metalem przewodnictwie cieplnym i elektrycznym lepszym niż jakikolwiek inny metal. Ten wartościowy i piękny metal znany był już od starożytności. Alchemicy nazwali ten metal Luną lub Diana i przyporządkowali mu symbol sierpu księżyca. Srebro pod względem kowalności i plastyczności ustępuje tylko złotu. Jest twardsze niż złoto, lecz bardziej miękkie niż miedź. Pierwiastek ten jest mało reaktywny chemicznie. Jest nierozpuszczalny w rozcieńczonych kwasach i alkaliach lecz rozpuszcza się w stężonym kwasie siarkowym (VI) i azotowym (V). W normalnych temperaturach nie reaguje z tlenem i z wodą. Siarka i siarczki atakują srebro i niszczą jego powierzchnie tworząc siarczek srebra (Ag2S). Powstały czarny siarczek srebra jest jedną z najbardziej nierozpuszczalnych soli i dlatego reakcja z siarką wykorzystywana jest w chemii analitycznej do oznaczania ilości jonów srebra. Powszechnie znanym wykorzystaniem srebra jest użycie go w wyrobach jubilerskich. Metal ten zwykle stapia się z innymi w celu zwiększenia twardości i wytrzymałości stopu. Srebro wykorzystywane jest również jako warstwa odbijająca w niektórych lustrach. Ze wzglądu na mały opór elektryczny używane jest w przemyśle elektrotechnicznym. Niektóre związki tego pierwiastka stosowane są jako środki antyseptyczne i bakteriobójcze. Ciemniejące na świetlne związki srebra z fluorowcami używane są do produkcji błon światłoczułych.

PLATYNA? jest rzadkim, chemicznie obojętnym metalem o szarobiałym kolorze. Wykorzystywano ja już w starożytnej w Grecji i Cesarstwie Rzymskim w formie stopu z innymi metalami które jej zwykle towarzyszą. Charakteryzuje się wysoką temperaturą topnienia, jest kowalna i plastyczna, ma względnie duży właściwy opór elektryczny. Jest bardzo odporna na chemiczne działanie większości substancji. Rozpuszcza się bardzo powoli w wodzie królewskiej. Reaguje z chlorowcami. Platyna znalazła głównie zastosowanie w jubilerstwie i technice dentystycznej. Wysoką temperaturę topnienia platyny i jej obojętność chemiczną wykorzystuje się w technice laboratoryjnej do produkcji różnego rodzaju przyrządów. Dodaje się do niej wtedy trochę irydu. Wykorzystuje się ją do produkcji styków elektrycznych i czujników narażanych na wysokie temperatury. Stop platyny z kobaltem ma ciekawe właściwości magnetyczne.