Metale

Metale, dobrze przewodzące ciepło i elektryczność pierwiastki chemiczne, odznaczające się zazwyczaj kowalnością i charakterystycznym połyskiem. Mają najczęściej niską elektroujemność, w reakcjach chemicznych wykazują tendencję do oddawania elektronów. W temperaturze pokojowej wszystkie metale, z wyjątkiem rtęci, występują w stałym stanie skupienia (tworzą tzw. kryształy metaliczne).
Na 111 znanych obecnie pierwiastków 88 stanowią metale. Zależnie od gęstości metale dzieli się na metale lekkie oraz metale ciężkie. Z uwagi na położenie w układzie okresowym pierwiastków (wynikające z budowy ich atomów) można je podzielić na metale grup głównych, wraz z cynkowcami, oraz metale przejściowe.
Miedź (cuprum, Cu), metal półszlachetny, znany już w czasach prehistorycznych. Pierwiastek chemiczny należący do grupy I B (miedziowce) w układzie okresowym, l. at. 29, masa atomowa 63,55. Tworzy dwa trwałe izotopy. W przyrodzie spotykana w postaci metalicznej (miedź rodzima) i w licznych rudach miedzi (chalkozyn, chalkopiryt, kupryt, malachit, azuryt).
Miedź jest ciągliwym i kowalnym metalem o czerwonym połysku, stanowi najlepszy, po srebrze, przewodnik ciepła i elektryczności. Jest mniej szlachetna od srebra i złota - w wilgotnym powietrzu pokrywa się patyną. W związkach występuje na +1, +2 (najczęstszy i najtrwalszy) oraz +3 i +4 (wyjątkowo) stopniu utlenienia.
Do najważniejszych związków miedzi należą: ceglastoczerwony tlenek miedzi (I) Cu2O (kupryt, wg starej nomenklatury tlenek miedziawy), chlorek miedzi(I) CuCl (mający zdolność pochłaniania tlenku węgla, czyli czadu), jodek miedzi(I) CuI (powstający zawsze w reakcji soli miedzi(II) z jonami I- - reakcja ta służy często do ilościowego oznaczania miedzi), czarny tlenek miedzi(II) CuO (dawniej nazywany tlenkiem miedziowym), nierozpuszczalny w wodzie, niebieski wodorotlenek miedzi(II) Cu(OH)2 (tworzący z amoniakiem roztwór wodorotlenku tetraaminamiedzi(II), o intensywnie lazurowym zabarwieniu, mający zdolność rozpuszczania celulozy i stąd zastosowany w produkcji sztucznego jedwabiu), rozpuszczalne w wodzie sole miedzi(II), np. pięciowodny siarczan miedzi(II) CuSO4·5H2O (kamień siny, witriol miedzi), nierozpuszczalne w wodzie zasadowe węglany miedzi(II) (malachit i azuryt) oraz zasadowe octany miedzi(II) (stosowane dawniej jako farby - grynszpany). W odkrytych w 1986 tzw. miedziowych nadprzewodnikach wysokotemperaturowych stwierdzono obecność jonów miedzi(III), Cu3+.
Metaliczną miedź otrzymuje się, po wcześniejszej koncentracji rud (np. metodą flotacji), przez wytop produktu pośredniego, siarczku miedzi(I), następnie jego częściowe utlenienie do tlenku miedzi(I) i reakcję obu tych związków. Rudy tlenkowe i węglanowe redukuje się węglem (tzw. metody suche). Otrzymaną miedź oczyszcza się metodą elektrolityczną.
Zastosowania: metaliczna miedź do wyrobu przewodów elektrycznych, blach miedzianych, licznych stopów, m.in. brązów (brąz glinowy, czyli brązal, jest stosowany obecnie do bicia złocistych części monet 2 i 5 zł), mosiądzów, spiżów, manganinu, melchioru, miedzioniklu, tombaku, nowego srebra, nikielinu, konstantanu, stopu Monela, związki miedzi - w przemyśle farbiarskim, hutnictwie szkła i materiałów ceramicznych. W Polsce eksploatowane są złoża rud miedzi w zagłębiu lubińsko-głogowskim, zawierające także domieszki wielu innych cennych pierwiastków.
łoto, Au, aurum, pierwiastek chemiczny należący do grupy I B w układzie okresowym, liczba atomowa 79, masa atomowa 197,0. Znane są jego 32 izotopy, w tym 1 trwały: 197Au. W przyrodzie złoto występuje w stanie rodzimym oraz w minerałach: kalawerycie AuTe2, krenerycie (Au, Ag)Te2, sylwanicie (Au, Ag)Te4 i in. Towarzyszy także rudom niektórych metali, głównie miedzi i platynowców.
Złoto jest żółtym, błyszczącym, miękkim, kowalnym i ciągliwym metalem (można otrzymać folie złota o grubości 1 nm), o gęstości 19,3 g/cm3, temperatura topnienia 1063C. W parach złota stwierdzono obecność cząsteczek Au2. Bardzo dobrze przewodzi prąd i ciepło. W związkach chemicznych występuje na +1 i +3 stopniu utlenienia, sporadycznie także na -1, +5, +7.
Jest mało aktywne chemicznie, w temperaturze pokojowej wykazuje odporność na działanie większości kwasów. Rozpuszcza się w wodzie królewskiej i in. mieszaninach niektórych kwasów (np. siarkowego(VI) i azotowego(V)) oraz w roztworze cyjanku potasu (w obecności utleniaczy). Z rtęcią tworzy amalgamat. Silnie ogrzane ulega działaniu chloru i fluoru.
Do ważniejszych związków złota należą: AuCl, Au2S, AuCl3, Au(OH)3, Au2O3, Au2S3, HAuCl4, AuCN, AuF5, AuF7. Tworzy liczne związki kompleksowe, np. Na[Au(CN)2], K[AuCl4], K[AuF6].
Najczęstsze metody wydobycia: flotacja, amalgamacja (ekstrakcja rtęcią), metoda cyjankowa (ługowanie cyjankiem potasu). Sposoby wytapiania i oczyszczania złota znane są od starożytności.
Było i jest ono używane do wyrobu biżuterii i numizmatów, przyrządów precyzyjnych, leków przeciwreumatycznych. Służy do barwienia szkła i porcelany oraz złocenia w kąpielach galwanicznych, znajduje ponadto zastosowanie w technice fotograficznej i stomatologii.
W 1995 światowa produkcja złota wyniosła 1929 t, z czego ok. 60% pochodziło z RPA (głównie z kopalni w okolicach Johannesburga). Drugim światowym producentem złota jest Rosja, gdzie główne regiony wydobycia zlokalizowane są: w górnej części dorzecza Kołymy, nad dopływami Amuru i Ussuri, na Zabajkalu, na Półwyspie Czukockim i w centralnej części pustyni Kyzył-Kum.
Srebro, Ag, argentum, pierwiastek chemiczny należący do grupy I B w układzie okresowym, liczba atomowa 47, masa atomowa 107,9. Znanych jest 29 izotopów srebra, w tym 2 trwałe. W przyrodzie srebro występuje w stanie rodzimym oraz w minerałach: argentycie Ag2S, kerargirycie (srebro rogowe) AgCl, pirargirycie Ag3SbS3, stefanicie Ag5SbS4, prustycie Ag3AsS3, embolicie Ag(Cl, Br), bromargirycie (AgBr) i in.
Towarzyszy także rudom innych metali, głównie ołowiu i miedzi. W zależności od surowca stosuje się różnorodne metody wydzielania metalicznego srebra. Sposoby jego wytapiania i oczyszczania znane są od starożytności.
Srebro jest białym, kowalnym i ciągliwym metalem, gęstość 10,49 g/cm3, temperatura topnienia 961,8C. Bardzo dobrze przewodzi prąd i ciepło. W związkach chemicznych występuje na +1 i +2 stopniu utlenienia. Jest mało aktywne chemicznie, w temperaturze pokojowej wykazuje odporność na działanie większości kwasów.
Na gorąco ulega działaniu chloru, fluoru, stężonego kwasu azotowego, siarki i siarkowodoru, roztworów cyjanków metali alkalicznych, stopionych soli. Silnie ogrzane reaguje z kwasem siarkowym. Większość soli srebra jest trudno rozpuszczalna w wodzie (sole srebra są trujące).
Do ważniejszych związków srebra należą: AgBr, AgCl, AgNO3, AgCN, Ag2O, AgO, Ag2S. Srebro jest używane jako katalizator w syntezie chemicznej, surowiec do wyrobu: biżuterii, części elektronicznych, akumulatorów, aparatury chemicznej, monet, luster. Jest składnikiem wielu technicznie ważnych stopów, służy również do antykorozyjnej ochrony innych metali.
Związki srebra są ważnymi odczynnikami chemicznymi, odgrywają zasadniczą rolę w procesach fotograficznych, w lecznictwie (lapis, kolargol, czyli srebro koloidalne). Srebro było stosowane od starożytności w rzemiośle artystycznym do wyrobu przedmiotów zbytku, monet, obiektów kultowych, a w następnych epokach także sprzętów powszechnego użytku, jak świeczniki, naczynia, sztućce.
Przy pracy w srebrze stosuje się rozmaite techniki, np.: odlewanie, repusowanie, filigran, cyzelowanie. Produkcja światowa srebra wynosi 12,7 tys. t (1994), w Polsce 1064 t (1994), w tym eksport 979 t.
Aluminium, metaliczny glin otrzymywany głównie z boksytów metodą Bayera. Z wyprażonego i zmielonego boksytu, dzięki ługowaniu, wydziela się wodorotlenek glinu, przetwarzany następnie na tlenek glinowy. Ten ostatni poddawany jest elektrolizie w stopionym kriolicie Na3AlF6.
Cynk, Zn, pierwiastek chemiczny należący do grupy II B w układzie okresowym, liczba atomowa 30, masa atomowa 65,37. Znanych jest kilkanaście izotopów cynku.
W przyrodzie cynk występuje w minerałach - blendzie cynkowej i wurcycie ZnS, smitsonicie ZnCO3, kalaminie Zn2SiO4H2O oraz franklinicie (Fe,Zn,Mn)O(Fe,Mn)2O3.
Jest otrzymywany metodą pirometalurgiczną (prażenie rudy do wydzielenia ZnO z następną redukcją węglem) lub metodą hydrometalurgiczną (prażenie rudy, po którym odbywa się ługowanie kwasem siarkowym i elektroliza otrzymanego roztworu).
Cynk jest niebieskawosrebrzystym metalem, gęstość 7,13 g/cm3, temperatura topnienia 419,4C. W związkach chemicznych występuje na +2 stopniu utlenienia. Warstewka tlenku, wytwarzająca się na powierzchni cynku, chroni go przed działaniem czynników atmosferycznych.
Rozpuszcza się w mineralnych kwasach (powstają sole cynkowe Zn+2), stężonych, gorących roztworach wodorotlenków (powstają czterohydroksocynkany [Zn(OH)4]2-) i amoniaku. Z tlenem tworzy biały tlenek ZnO (krystalizuje w układzie heksagonalnym), który - podobnie jak wodorotlenek Zn(OH)2 - ma własności amfoteryczne.
Znany jest także nadtlenek ZnO2, rozkładający się wybuchowo. Siarczek ZnS występuje w odmianie a (wurcyt. Krystalizuje w układzie heksagonalnym) i odmianie b (blenda cynkowa. Krystalizuje w układzie regularnym).
Cynk tworzy związki z wodorem - ZnH2, azotem Zn3N2, fosforem Zn3P2 i fluorowcami - halogenki ZnX2. Znane są liczne sole kwasów tlenowych. Do najważniejszych należą: siarczan ZnSO47H2O, węglan ZnCO3, azotan Zn(NO3)26H2O. Metaliczny cynk jest stosowany do produkcji blach cynkowych, elektrod w ogniwach galwanicznych oraz w metalurgii złota i srebra.
Cynk jest składnikiem wielu stopów (mosiądze, brązy, tombak). W skali laboratoryjnej cynk bywa stosowany jako środek redukujący lub czynnik do wydzielania wodoru. Związki cynku służą do produkcji farb cynkowych, farmaceutyków oraz do impregnacji drewna.