Az ember által ismert 118 elem közül 94 fém. Ezek olyan elemek, amelyek egyszerű anyagokat alkotnak, jellegzetes fényességgel, nagy plaszticitással és alakíthatósággal. Milyen egyéb tulajdonságokkal rendelkeznek a fémek? Milyen csoportokra oszthatók? Nézzük meg.
Fémek és tulajdonságaik
A fémek leírása nem könnyű. Nehéz összehasonlítani őket a modern világban ismert más elemekkel vagy anyagokkal. A szokásos értelemben a fém szilárd szürke anyag, erősen fényes. De minden sokkal bonyolultabb. Legtöbbjük valóban szürke, de az árnyalatok mindenkinek más. A gallium kékes, a bizmut rózsaszín, a réz élénkvörös, de a cézium, a stroncium és az arany sárga árnyalatú.
A fémek tulajdonságaik megnyilvánulási fokát tekintve nagyon eltérőek. De vannak olyan tulajdonságok, amelyek egyesítik őket. A fémek viszonylag könnyen adnak elektronokat a külső szintre, mivel gyengén kötődnek az atommaghoz. Belső szerkezetüket kristályrács képviseli, ezért normál körülmények között mind szilárdak. Az egyetlen kivétel a higany, amely csak -38,83 alatti hőmérsékleten keményedik meg°C.
A fémek kiváló hő- és elektromos vezetők. Sok közülük nagyon műanyag, például arany, réz, tiszta króm, ezüst. Képesek meghajolni vagy gyűrni anélkül, hogy eltörnének. Mások meglehetősen törékenyek (mangán, ón, bizmut).
Fémcsoportok
Ugyanazon körülmények között a fémek eltérően viselkednek, ami már a higany példáján is látható. Nagyon könnyen folyékony lesz, de nem minden anyag viselkedik egyformán. Az olvadásponttól függően olvadó és tűzálló fémeket különböztetnek meg. Ez utóbbiak közé tartozik a volfrám, tantál, rénium, molibdén. 2000 °C feletti hőmérsékleten megolvadnak.
A nehéz- és könnyűfémeket is megkülönböztetik. Nehéz - ólom, kadmium, kob alt, higany, réz, vanádium, nagy atomtömeggel (több mint 50) és nagy sűrűséggel rendelkeznek. A tüdő pont az ellenkezője. Ide tartozik az alumínium, gallium, indium. A lítium a legkönnyebb, sűrűsége 0,533 g/cm³, atomtömege pedig 3.
A periódusos rendszerben a fémek lúgos csoportját (lítium, nátrium, kálium, rubídium) is megkülönböztetjük. Meglehetősen könnyen reagálnak vízzel, és oldható lúgot vagy hidroxidot képeznek. Mindegyik nagyon aktív, puha és sokkal könnyebb, mint a víz. Léteznek alkáliföldfémek is (kalcium, bárium, stroncium), a lúg vízzel már oxidjait vagy földjét képezi. Ezek keményebbek és nem olyan aktívak, mint a lúgosak.
A fémek különböző tulajdonságai alapján a következőkre is oszthatók:
- Átmeneti.
- Átmeneti közzététel.
- Színes.
- Fekete.
- Lanthanides.
- Aktinidák.
- Nemes.
- Platina csoportba tartozó fémek.
- Ritkaföldfém.
Nemesfémek
A fémek gyakran redukálószerként működnek a kémiai reakciókban. Elektronjaik feladásával korrozív folyamatokon mennek keresztül, amelyek elpusztítják őket. Felületükön oxidálószerek hatására oxidok, hidroxidok képződnek, amelyeket népiesen rozsdának neveznek.
Sok fém van kitéve ilyen eljárásoknak. A pusztítók lehetnek gázok és különféle folyadékok. Van azonban egy külön osztálya a fémeknek, amelyek gyakorlatilag ellenállnak az oxidációnak és a rozsdásodásnak. Ezek nemesfémek. Mindegyik ritka és értékes. Áruk kilónként 300 dollár (ezüst) és 70 000 dollár (ródium) között mozog.
Nemesek az arany, ezüst és platina csoportba tartozó fémek: platina, ruténium, ozmium, palládium, irídium, ródium. A platina, a palládium, az arany és az ezüst nagyon műanyag, de nem bírja a túl magas hőmérsékletet. A többi nemesfém is tűzálló, 2334°C-ról (ruténium) 3033°C-ra (ozmium) olvad.
Mindegyik ellenáll a víznek és a levegőnek, de reagálhat agresszívebb anyagokkal is. Például az ezüst könnyen oldódik salétromsavban, és jóddal érintkezve elsötétül. A jód segítségével egyébként ellenőrizheti, hogy a termék valóban ezüst-e.
A természetben lenni
A fémek széles körben elterjedtek bolygónkon. sók formájában ésvegyületek a tengervízben találhatók. Leginkább magnéziummal (0,12%) és kalciummal (1,05%) van tele. A földkéregben a legnagyobb mennyiségben előforduló fém az alumínium. Teljes tömegének körülbelül 8%-át teszi ki. Magas a vas (4,1%), kalcium (4%), nátrium (2,3%), magnézium (2,3%), kálium (2,1%) tartalma is.
A fémek azonban nem csak a külső környezetben vannak jelen. Minden élő szervezetben jelen vannak, számos létfontosságú funkcióért felelősek. Az emberi test körülbelül 3% fémet tartalmaz. A vérben lévő vas segít a hemoglobinoknak oxigénhez kapcsolódni és szén-dioxiddal cserélődni. A magnézium az izmokban és az idegrendszerben található. Részt vesz a fehérjék szintézisében, felelős az izomlazításért, gátolja az idegvégződések gerjesztését.
A számunkra legszükségesebbek: magnézium, vas, nátrium, kalcium, kálium, cink, réz, kob alt, mangán és molibdén. Fémek találhatók a csontokban, az agyban, más szervek szöveteiben. Vízből és élelemből nyerjük őket, és folyamatosan pótolnunk kell a készleteiket. Ezen elemek hiánya esetén a szervezet nem működik megfelelően, azonban feleslegük sem jó.
Alkalmazás
Az emberek életük szinte minden területén megtanulták használni a fémeket. Szerkezeti anyagok, vezetékek, elektrotechnika, edények készülnek belőlük. Az olyan instabil radioaktív elemeket, mint az urán, a kalifornium és a polónium, felhasználták az atomenergia- és fegyvergyártásban.
Könnyű és erős fémeket használnak az űrtechnológiában és az autóiparban. Különféle elemeket használnakgyógyszer-, élelmiszer- és textilipar. Ékszereket, háztartási cikkeket, valamint gyógyszereket és orvosi műszereket készítenek belőlük. A lítiumot például antidepresszánsként használják, az aranyat az ízületi gyulladás és a tuberkulózis elleni szerek közé sorolják. A titánt és a tantált a sebészetben protézisek készítésére és a sérült testrészek pótlására használják.
