Metal

Metal (Yunanca μέταλλον métallon'dan, "maden, taş ocağı, metal anlamına gelen"), yeni hazırlandığında, cilalandığında veya kırıldığında, parlak bir görünüm sergileyen ve elektrik ve ısıyı nispeten iyi ileten bir malzemedir. Metaller tipik olarak dövülebilir (ince tabakalara dövülebilirler) veya sünektir (tellere çekilebilir). Bir metal demir gibi kimyasal bir element olabilir; paslanmaz çelik gibi bir alaşım; veya polimerik sülfür nitrür gibi bir moleküler bileşiktir.

Fizikte metal genellikle mutlak sıfır sıcaklıkta elektrik iletebilen herhangi bir madde olarak kabul edilir. Normalde metal olarak sınıflandırılmayan birçok element ve bileşik, yüksek basınç altında metalik hale gelir. Örneğin, metal olmayan iyot yavaş yavaş atmosfer basıncının 40 ila 170 bin katı arasındaki bir basınçta bir metale dönüşür. Aynı şekilde, metal olarak kabul edilen bazı malzemeler metal olmayan malzemeler olabilir. Sodyum, örneğin, atmosfer basıncının iki milyon katından az bir basınçta ametal hale gelir.

Kimyada, aksi takdirde (fizikte) kırılgan metaller (arsenik ve antimon) olarak nitelendirilecek iki element, ağırlıklı olarak metalik olmayan kimyaları nedeniyle yaygın olarak metaloidler olarak kabul edilir. Periyodik tablodaki 118 elementin yaklaşık 95'i metaldir (veya böyle olması muhtemeldir). Metaller, ametaller ve metaloidler arasındaki sınırlar, ilgili kategorilerin evrensel olarak kabul edilen tanımlarının eksikliğinden dolayı hafifçe dalgalandığından, sayı tam değildir.

Astrofizikte "metal" terimi, bir yıldızdaki sadece geleneksel metaller değil, en hafif ikisinden, hidrojen ve helyumdan daha ağır olan tüm kimyasal elementleri ifade etmek için daha yaygın olarak kullanılır. Bir yıldız, daha çok hidrojen ve helyum olan daha hafif atomları kullanım ömrü boyunca daha ağır atomlara birleştirir. Bu anlamda kullanıldığında, astronomik bir nesnenin metalikliği, maddesinin ağır kimyasal elementlerden oluşan oranıdır.

Kimyasal elementler olarak metaller, Dünya kabuğunun %25'ini oluşturur ve modern yaşamın birçok yönünde bulunur. Bazı metallerin mukavemeti ve esnekliği, örneğin yüksek katlı bina ve köprü yapımının yanı sıra çoğu araçta, birçok ev aletinde, alette, boruda ve demiryolu raylarında sık kullanımlarına yol açmıştır. Kıymetli metaller tarihsel olarak sikkeler olarak kullanılmıştır, ancak modern çağda sikkeler metalleri en az 23 kimyasal elemente kadar uzanmıştır.

Rafine metallerin tarihinin yaklaşık 11.000 yıl önce bakır kullanımı ile başladığı düşünülmektedir. Altın, gümüş, demir (meteorik demir olarak), kurşun ve pirinç de MÖ 5. binyılda bilinen ilk bronz görünümden önce kullanılıyordu. Müteakip gelişmeler arasında erken çelik formlarının üretimi; 1809'da sodyumun - ilk hafif metal - keşfi; modern alaşımlı çeliklerin yükselişi; ve II. Dünya Savaşı'nın sona ermesinden bu yana, daha sofistike alaşımların geliştirilmesi sıralaabilir.

Özellikleri

Biçim ve yapı

Metaller, en azından yeni olarak hazırlandığında, cilalandığında veya kırıldığında parlaktır. Birkaç mikrometreden daha kalın metal levhalar opak görünür, ancak altın yaprak yeşil ışık iletir.

Metallerin katı veya sıvı durumu büyük ölçüde dış kabuk elektronlarını kolayca kaybetme ile ilgili metal atomlarının kapasitesinden kaynaklanır. Genel olarak, tek bir atomun dış kabuk elektronlarını yerinde tutan kuvvetler, katı veya sıvı metal içindeki atomlar arasındaki etkileşimlerden kaynaklanan aynı elektronlar üzerindeki çekici kuvvetlerden daha zayıftır. İlgili elektronlar delokalize olur ve bir metalin atomik yapısı, nispeten hareketli elektronlardan oluşan bir bulutun içine gömülmüş bir atom koleksiyonu olarak etkin bir şekilde görselleştirilebilir. Bu tür etkileşime metalik bağ denir. Farklı element metalleri için metalik bağların mukavemeti, geçiş elementleri serisinin merkezi etrafında maksimuma ulaşır, çünkü bu elementler çok sayıda delokalize elektrona sahiptir.

Çoğu elemental metalin çoğu metalik olmayanlardan daha yüksek yoğunluklara sahip olmasına rağmen, yoğunluklarında geniş bir varyasyon vardır, lityum en az yoğun (0.534 g/cm³) ve osmiyum (22.59 g/cm³) en yoğundur. Magnezyum, alüminyum ve titanyum önemli ticari önem taşıyan hafif metallerdir. 1.7, 2.7 ve 4.5 g/cm³'lük ilgili yoğunlukları, 7.9'da demir ve 8.9 g/cm³'te bakır gibi eski yapısal metallerin yoğunluklarıyla karşılaştırılabilir. Bir demir bilyenin ağırlığı yaklaşık üç alüminyum bilyenin ağırlığı kadar olacaktır.

Metaller tipik olarak dövülebilir ve sünektir, yarılmadan stres altında deforme olurlar. Metalik bağın yönelimsiz doğasının, çoğu metalik katının sünekliğine önemli ölçüde katkıda bulunduğu düşünülmektedir. Bunun aksine, sofra tuzu gibi iyonik bir bileşikte, bir iyonik bağın düzlemleri birbirini geçtiğinde, sonuçta meydana gelen değişiklik aynı yükteki iyonları yakın bir yere kaydırır ve kristalin bölünmesine yol açar. Böyle bir kayma, kırılma ve kristal parçalanmasının meydana geldiği elmas gibi kovalent olarak bağlanmış bir kristalde gözlenmez. Metallerdeki tersinir elastik deformasyon, stresin gerilim ile doğrusal olarak orantılı olduğu kuvvetlerin geri kazanılması için Hooke Yasası ile açıklanabilir.

Bir metalin elastik sınırını aşan ısı veya kuvvetler, plastik deformasyon veya plastisite olarak bilinen kalıcı (geri döndürülemez) deformasyona neden olabilir. Uygulanan bir kuvvet, bir çekme kuvveti, bir sıkıştırma (itme) kuvveti veya bir kesme, eğilme veya burulma (bükme) kuvveti olabilir. Sıcaklık değişimi metalde, tane sınırları, nokta boşlukları, çizgi ve vida çıkıkları, istifleme hataları ve hem kristalin hem de kristal olmayan metallerde istifleme hataları gibi yapısal kusurların hareketini veya yer değiştirmesini etkileyebilir. Dahili kayma, yayılma ve metal yorgunluğu oluşabilir.

Metalik maddelerin atomları tipik olarak, cisim merkezli kübik (bcc), yüz merkezli kübik (fcc) ve altıgen kapalı paket (hcp) üç yaygın kristal yapıdan birinde düzenlenir. BCC'de, her atom sekiz tane daha oluşan bir küpün merkezine yerleştirilir. Fcc ve hcp'de, her atom on iki kişi ile çevrilidir, ancak katmanların istiflenmesi farklıdır. Bazı metaller sıcaklığa bağlı olarak farklı yapılar benimser.

Her kristal yapı için birim hücre, kristalin genel simetrisine sahip olan ve tüm kristal kafesin üç boyutta tekrarlanarak oluşturulabileceği en küçük atom grubudur. Yukarıda gösterilen cisim merkezli kübik kristal yapı durumunda, birim hücre, merkezi atomdan ve sekiz köşe atomunun her birinden sekizinden oluşur.

Elektrik ve termal

Metallerin elektronik yapısı, nispeten iyi elektrik iletkenleri oldukları anlamına gelir. Maddedeki elektronlar sadece değişken enerji seviyelerinden ziyade sabit olabilir ve bir metalde elektron bulutundaki elektronların enerji seviyeleri, en azından bir dereceye kadar, elektrik iletiminin meydana gelebileceği enerji seviyelerine karşılık gelir. Silikon veya yarı metal benzeri bir kükürt gibi yarı iletkenlerde, madde içindeki elektronlar ile elektrik iletiminin meydana gelebileceği enerji seviyesi arasında bir enerji boşluğu vardır. Sonuç olarak, yarı iletkenler ve metal olmayanlar nispeten zayıf iletkenlerdir.

Elementel metaller, manganez için 6.9 × 10³ S/cm ila gümüş için 6.3 × 10⁵ S/cm elektrik iletkenlik değerlerine sahiptir. Buna karşılık, bor gibi yarı iletken bir metaloidin elektriksel iletkenliği 1.5 × 10⁻⁶ S/cm'dir. Bir istisna dışında, metalik elementler ısıtıldıklarında elektrik iletkenliklerini azaltırlar. Plütonyum, −175 ila +125 °C sıcaklık aralığında ısıtıldığında elektrik iletkenliğini artırır.

Metaller nispeten iyi ısı iletkenleridir. Bir metalin elektron bulutundaki elektronlar oldukça hareketlidir ve ısı kaynaklı titreşim enerjisini kolayca geçirebilir.

Bir metalin elektronlarının ısı kapasitesine ve termal iletkenliğine katkısı ve metalin kendisinin elektriksel iletkenliği, serbest elektron modelinden hesaplanabilir. Bununla birlikte, bu metalin iyon kafesinin ayrıntılı yapısını dikkate almaz. İyon çekirdeklerinin düzenlenmesinden kaynaklanan pozitif potansiyel dikkate alındığında, bir metalin elektronik bant yapısı ve bağlama enerjisi dikkate alınabilir. Çeşitli matematiksel modeller uygulanabilir, bunların en basiti neredeyse serbest elektron modelidir.

Kimyasal

Metaller genellikle elektron kaybı yoluyla katyonlar oluşturma eğilimindedir. Çoğu havadaki oksijenle reaksiyona girerek çeşitli zaman aralıklarında oksit oluştururlar (potasyum saniyeler içinde yanar, demir yıllar içinde paslanır). Paladyum, platin ve altın gibi diğerleri atmosferle hiç reaksiyona girmezler. Metallerin oksitleri, asidik veya nötr olan metal olmayan metallerin aksine genellikle baziktir. İstisnalar büyük ölçüde, kesinlikle asidik reaksiyonları olan CrO₃, Mn₂O₇, ve OsO₄ gibi çok yüksek oksidasyon durumlarına sahip oksitlerdir.

Metallerin boyanması, eloksallanması veya kaplanması korozyonu önlemenin iyi yoludur. Bununla birlikte, kaplama için elektrokimyasal serideki daha reaktif bir metal, özellikle kaplamanın kırılması beklendiğinde seçilmelidir. Su ve iki metal bir elektrokimyasal hücre oluşturur ve eğer kaplama alttaki metalden daha az reaktif ise, kaplama aslında korozyonu arttırır.

Periyodik tablo dağılımı

Kimyada, normal şartlar altında genellikle metal olduğu düşünülen elementler aşağıdaki periyodik tabloda sarı renkte gösterilmiştir. Bilinmeyen özelliklere sahip olduğu gösterilen elementlerin metal olması muhtemeldir. Geri kalan elemanlar ya metaloidler (B, Si, Ge, As, Sb ve Te yaygın olarak kabul edilmektedir) ya da metal olmayanlardır. Astatin (At) genellikle ametal veya metaloid olarak sınıflandırılır; metal olduğu tahmin ediliyor. Burada bir metaloid olarak gösterilmiştir.

Periyodik tabloda metaller metaloid ametaller

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

Grup →

↓ Periyot

1

H

He

2

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

3

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

4

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

5

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

6

Cs

Ba

La

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

7

Fr

Ra

Ac

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Nh

Fl

Mc

Lv

Ts

Og

Metal Metâloid Ametal Bilinmeyen özellikler Arka plan rengi periyodik tabloda metal-metaloid-ametal eğilimi gösterir

Alaşımlar

Bir alaşım, metalik özelliklere sahip olan ve en az biri metal olan iki veya daha fazla elementten oluşan bir maddedir. Bir alaşım, değişken veya sabit bir bileşime sahip olabilir. Örneğin, altın ve gümüş, içinde altın veya gümüş oranlarının serbestçe ayarlanabildiği bir alaşım oluşturur; titanyum ve silikon, iki bileşenin oranının sabitlendiği (intermetalik bileşik olarak da bilinir) bir alaşım Ti₂Si oluşturur.

Saf metallerin çoğu pratik kullanım için çok yumuşak, kırılgan veya kimyasal olarak reaktiftir. Farklı metal oranlarını alaşım olarak birleştirmek, arzu edilen özellikler üretmek için saf metallerin özelliklerini değiştirir. Alaşım yapmanın amacı genellikle onları daha az kırılgan, daha sert, korozyona karşı dirençli yapmak veya daha arzu edilen bir renk ve parlaklığa sahip olmasıdır. Günümüzde kullanılan tüm metalik alaşımlardan demir (çelik, paslanmaz çelik, dökme demir, takım çeliği, alaşımlı çelik) alaşımları hem miktar hem de ticari değer bakımından en büyük oranı oluşturmaktadır. Çeşitli oranlarda karbon ile alaşımlı demir düşük, orta ve yüksek karbonlu çelikler verir, artan karbon seviyeleri sünekliği ve tokluğu azaltır. Silikon ilavesi dökme demir üretirken, karbon çeliklerine (%10'dan fazla) krom, nikel ve molibden ilavesi paslanmaz çeliklerle sonuçlanır.

Diğer önemli metal alaşımları alüminyum, titanyum, bakır ve magnezyum alaşımlarıdır. Bakır alaşımları tarih öncesi dönemden beri bilinmektedir - bronz Bronz Çağa adını vermiştir ve günümüzde en önemlisi elektrik kablolarında birçok uygulamaya sahiptir. Diğer üç metalin alaşımları nispeten yakın zamanda geliştirilmiştir; kimyasal reaktiviteleri nedeniyle elektrolitik ekstraksiyon işlemlerine ihtiyaç duyarlar. Alüminyum, titanyum ve magnezyum alaşımları, yüksek mukavemet / ağırlık oranları nedeniyle değerlenir; magnezyum ayrıca elektromanyetik koruma sağlayabilir. Bu malzemeler, havacılık ve bazı otomotiv uygulamaları gibi yüksek mukavemet / ağırlık oranının malzeme maliyetinden daha önemli olduğu durumlar için idealdir.

Jet motorları gibi oldukça zorlu uygulamalar için özel olarak tasarlanmış alaşımlar ondan fazla eleman içerebilir.

Kategoriler

Metaller fiziksel veya kimyasal özelliklerine göre sınıflandırılabilir. Aşağıdaki alt bölümlerde açıklanan kategoriler arasında demir ve demir dışı metaller; kırılgan metaller ve refrakter metaller; beyaz metaller; ağır ve hafif metaller; ve baz, asil ve değerli metaller sıralanır. Bu bölümdeki Metalik elementler tablosu, elemental metalleri kimyasal özellikleri temelinde alkali ve alkalin toprak metalleri olarak sınıflandırır; geçiş ve geçiş sonrası metaller; lantanidler ve aktinidler. Dahil edilme kriterlerine bağlı olarak başka kategoriler de mümkündür. Örneğin, ferromanyetik metaller - oda sıcaklığında manyetik olan metaller - demir, kobalt ve nikeldir.

Demir ve demir dışı metaller

"Demirli" terimi, "demir içeren" anlamına gelen Latince kelimeden türetilmiştir. Bu, ferforje gibi saf demir veya çelik gibi bir alaşımı içerebilir. Demirli metaller genellikle manyetiktir, fakat münhasıran. Demir dışı metaller - alaşımlar - kayda değer miktarda demirden yoksundur.

Gevrek metal

Neredeyse tüm metaller dövülebilir veya sünek iken, birkaçı - berilyum, krom, manganez, galyum ve bizmut - kırılgandır. Arsenik ve antimon, metal olarak kabul edilirse, kırılgandır. Dökme elastik modülünün kesme modülüne oranının düşük değerleri (Pugh kriteri) iç kırılganlığın göstergesidir.

Isıya dayanıklı metal

Malzeme bilimi, metalurji ve mühendislikte, refrakter metal, ısıya ve aşınmaya karşı olağanüstü dirençli bir metaldir. Bu kategoriye ait olan metaller değişir; en yaygın tanım niyobyum, molibden, tantal, tungsten ve renyumdur. Hepsinin erime noktaları 2000 °C'nin üzerindedir ve oda sıcaklığında yüksek sertliğe sahiptir.

Beyaz metal

Beyaz metal, nispeten düşük erime noktalarına sahip beyaz renkli metallerden (veya bunların alaşımlarından) herhangi biridir. Bu metaller arasında, bazıları oldukça zehirli olan çinko, kadmiyum, kalay, antimon burada metal olarak sayılır), kurşun ve bizmut bulunur. Britanya'da güzel sanatlar ticareti, İngiliz Tahlil Ofisi markalarını taşımayan ancak yine de gümüş olduğu anlaşılan ve buna göre fiyatlandırılan yabancı gümüş kalemleri tanımlamak için açık artırma kataloglarında "beyaz metal" terimini kullanır.

Ağır ve hafif metaller

Ağır bir metal, nispeten yoğun herhangi bir metal veya metaloiddir. Daha spesifik tanımlar önerilmiştir, ancak hiçbiri yaygın kabul görmemiştir. Bazı ağır metallerin niş kullanımları vardır veya özellikle toksiktir; bazıları eser miktarlarda önemlidir. Diğer tüm metaller hafif metallerdir.

Baz, asil ve değerli metaller

Kimyada, baz metal terimi gayri resmi olarak, bir metal klorür ve hidrojen oluşturmak üzere seyreltik hidroklorik asit (HC1) ile kolayca reaksiyona girmesi gibi kolayca oksitlenebilen veya aşınan bir metale atıfta bulunur. Örnekler arasında demir, nikel, kurşun ve çinko bulunur. Bakır, HC1 ile reaksiyona girmese de nispeten kolay bir şekilde oksitlendiği için bir baz metal olarak kabul edilir.

Asil metal terimi genellikle ana metale karşı kullanılır. Asil metaller, çoğu ana metalin aksine korozyona veya oksidasyona karşı dayanıklıdır. Genellikle algılanan nadirlik nedeniyle değerli metaller olma eğilimindedirler. Örnekler arasında altın, platin, gümüş, rodyum, iridyum ve paladyum yer alır.

Simya ve nümismatikte, baz metal terimi, değerli metal, yani yüksek ekonomik değeri olan metallerle zıttır. Simyacıların uzun zamandır hedefi, ana metallerin gümüş ve altın gibi madeni para metalleri de dahil olmak üzere değerli metallere dönüştürülmesiydi. Günümüzde çoğu para, içsel değeri olmayan ana metallerden yapılmıştır, geçmişte, paralar genellikle değerlerini öncelikle değerli metal içeriklerinden türetmiştir.

Kimyasal olarak, değerli metaller (asil metaller gibi) çoğu elementten daha az reaktiftir, yüksek parlaklık ve yüksek elektrik iletkenliğine sahiptir. Tarihsel olarak, değerli metaller para birimi olarak önemliydi, ancak şimdi esas olarak yatırım ve endüstriyel ürünler olarak kabul ediliyor. Altın, gümüş, platin ve paladyumun her birinin ISO 4217 para birimi kodu vardır. En iyi bilinen değerli metaller altın ve gümüştür. Her ikisinin de endüstriyel kullanımları olmasına rağmen, sanat, mücevher ve madeni para kullanımlarında daha iyi bilinirler. Diğer değerli metaller arasında platin grubu metaller bulunur: rutenyum, rodyum, paladyum, osmiyum, iridyum ve platin, bunlar arasında platin en yaygın olarak işlem görür.

Kıymetli metallere olan talep sadece pratik kullanımlarından değil, aynı zamanda yatırım ve değer deposu olma rollerinden de kaynaklanmaktadır. Paladyum ve platin, 2018 sonbaharından itibaren, altın fiyatının yaklaşık dörtte üçünde değerlendi. Gümüş, bu metallerden önemli ölçüde daha ucuzdur, ancak genellikle madeni para ve mücevherlerdeki rolü ışığında geleneksel olarak değerli bir metal olarak kabul edilir.

Yaşam döngüsü

Formasyon

Yerkabuğundaki metaller: v t e
ağırlıkça bolluk ve ana oluşum veya kaynak
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1	H																	He
2	Li	Be											B	C	N	O	F	Ne
3	Na	Mg											Al	Si	P	S	Cl	Ar
4	K	Ca	Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
5	Rb	Sr	Y	Zr	Nb	Mo		Ru	Rh	Pd	Ag	Cd	In	Sn	Sb	Te	I	Xe
6	Cs	Ba	La	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi
7


				Ce	Pr	Nd		Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu
				Th		U

En bol(7004820000000000000♠82000 ppm'ye kadar)
Bol (7002100000000000000♠100–7002999000000000000♠999 ppm)
nadir (1–99 ppm)
ender (6998100000000000000♠0.01–6999990000000000000♠0.99 ppm)
Çok nadir (6996100000000000000♠0.0001–6997990000000000000♠0.0099 ppm)

Bölme çizgisinden kalan metaller esas olarak litofiller olarak oluşur (veya kaynaklanır); sağdakiler, altın (bir siderophile) ve kalay (bir litofil) dışında kalkofiller olarak.

Demire yakın olan metaller (periyodik tabloda) büyük ölçüde yıldız nükleosentezi yoluyla yapılır. Bu süreçte, hidrojenden silikona daha hafif elementler yıldızların içinde art arda füzyon reaksiyonlarına maruz kalır, ışık ve ısı salar ve daha yüksek atom numaralarına sahip daha ağır elementler oluşturur.

Daha ağır metaller genellikle bu şekilde oluşmaz, çünkü bu tür çekirdekleri içeren füzyon reaksiyonları, enerjiyi serbest bırakmak yerine tüketir. Daha ziyade, büyük ölçüde (daha düşük atom numarası olan elementlerden) nötron yakalama ile sentezlenirler, bu tekrarlayan yakalamanın iki ana modu s-süreci ve r-işlemidir. S-işleminde ("s" "yavaş" anlamına gelir), tekil yakalamalar yıllar veya on yıllar ile ayrılır ve daha az kararlı çekirdeklerin beta bozunmasına izin verirken, r-işleminde ("hızlı") yakalamalar, çekirdekler bozululabilir. Bu nedenle, s işlemi az ya da çok açık bir yol alır: örneğin, kararlı kadmiyum-110 çekirdekleri, bir yıldız içindeki serbest nötronlar tarafından, kararsız olan ve indiyum-115 oluşturmak için bozulan kadmiyum-115 çekirdekleri oluşturana kadar ardışık olarak bombalanır ( neredeyse kararlıdır, yarılanma ömrü evrenin yaşının 30000 katıdır). Bu çekirdekler nötronları yakalar ve kararsız olan indiyum-116 oluşturur ve kalay-116 oluşturmak için bozunur vb. Aksine, r-işleminde böyle bir yol yoktur. S-süreci, bizmut ya da kurşuna zarar veren sonraki iki element olan polonyum ve astatinin kısa yarılanma ömürleri nedeniyle bizmutta durur. R işlemi o kadar hızlı ki bu dengesizlik bölgesini atlayabilir ve toryum ve uranyum gibi daha ağır elementler oluşturabilir.

Metaller, yıldızların evrimi ve imha süreçlerinin bir sonucu olarak gezegenlerde yoğunlaşır. Yıldızlar yaşamlarının sonlarında ve bazen daha sonra bir nötron yıldızı birleşmesi sonucunda atıldığında kütlelerinin çoğunu kaybederler, böylece yıldızlararası ortamda helyumdan daha ağır elementlerin bolluğunu arttırırlar. Yerçekimi cazibesi bu maddenin birleşmesine ve çökmesine neden olduğunda yeni yıldızlar ve gezegenler oluşur.

Bolluk ve oluşum

Yerkabuğunun ağırlıkça yaklaşık %25'i metallerden yapılır; bunların %80'i sodyum, magnezyum ve alüminyum gibi hafif metallerdir. Ametaller (~% 75) kabuğun geri kalanını oluşturur. Bakır gibi bazı ağır metallerin genel kıtlığına rağmen, dağ oluşumu, erozyon veya diğer jeolojik süreçlerin bir sonucu olarak ekonomik olarak çıkarılabilir miktarlarda konsantre olabilirler.

Metaller öncelikle litofil (kaya seven) veya kalkofil (cevher seven) olarak bulunur. Litofil metalleri esas olarak s-blok elementleridir, d-blok elementler ve f-blok elemanları daha reaktiftir. Oksijene karşı güçlü bir afiniteleri vardır ve çoğunlukla nispeten düşük yoğunluklu silikat mineralleri olarak bulunurlar. Kalkolfil metalleri esas olarak daha az reaktif d-blok elementler ve dönem 4-6 p-blok metallerdir. Genellikle (çözünmez) sülfür minerallerinde bulunurlar. Litofillerden daha yoğun olduğundan, katılaştığı sırada kabuğa daha az batan, kalkofiller litofillerden daha az bol olma eğilimindedir.

Öte yandan, altın bir siderofil veya demir seven bir elementtir. Oksijen veya sülfür ile kolayca bileşik oluşturmaz. Dünya'nın oluşumu sırasında ve en asil (asal) metaller olarak, altın, yüksek yoğunluklu metal alaşımları oluşturma eğilimi nedeniyle çekirdeğe battı. Sonuç olarak, nispeten nadir bir metaldir. Bazı diğer (daha az) asil metaller - molibdenum, renyum, platin grubu metaller (rutenyum, rodyum, paladyum, osmiyum, iridyum ve platin), ve kalay - siderophiles olarak sayılabilir, ancak sadece yeryüzünde birincil oluşumları (çekirdek, manto ve kabuk), kabuk değil. Bu metaller aksi takdirde kabukta, az miktarda, esas olarak kalkofiller (doğal formlarında daha az) olarak bulunurlar.

Çoğunlukla demirden oluşan Dünya'nın iç kısmının dönen sıvı dış çekirdeğinin, Dünya'nın koruyucu manyetik alanının kaynağı olduğu düşünülmektedir. Çekirdek, Dünya'nın katı iç çekirdeğinin üstünde ve mantosunun altındadır. 5 m2'lik (54 feet kare) bir alana sahip bir sütuna yeniden düzenlenebilseydi, yaklaşık 700 ışıkyılı yüksekliğe sahip olurdu. Manyetik alan, Dünya'yı güneş rüzgârının yüklü parçacıklarından ve aksi takdirde üst atmosferi uzaklaştıracak kozmik ışınlardan (ultraviyole radyasyonun iletimini sınırlayan ozon tabakası dahil) korur.

Çıkarma

Metaller genellikle Dünya'dan boksit gibi gerekli elementlerin zengin kaynakları olan maden cevherleri ile çıkarılır. Cevher, arama teknikleri, ardından katmanın araştırılması ve incelenmesi ile bulunur. Mineral kaynakları genellikle ağır teçhizat ve yeraltı madenleri kullanılarak yapılan kazılarla çıkarılan yüzey madenlerine ayrılır. Bazı durumlarda, ilgili metallerin satış fiyatı, daha düşük konsantrasyon kaynaklarının çıkarılmasını ekonomik olarak mümkün kılar.

Cevher çıkarıldıktan sonra, metaller genellikle kimyasal veya elektrolitik indirgeme ile çıkarılmalıdır. Pirometalurji, cevheri ham metallere dönüştürmek için yüksek sıcaklıklar kullanırken, hidrometalurji de aynı amaçla sulu kimya kullanır. Kullanılan yöntemler metale ve kirleticilerine bağlıdır.

Bir metal cevheri, o metalin ve metal olmayan bir iyonun iyonik bir bileşiği olduğunda, cevher, saf metali çıkarmak için genellikle eritilmelidir - indirgeyici bir madde ile ısıtılmalıdır. Demir gibi birçok yaygın metal, indirgeyici ajan olarak karbon kullanılarak eritilir. Alüminyum ve sodyum gibi bazı metallerin ticari olarak pratik indirgeyici ajanı yoktur ve bunun yerine elektroliz kullanılarak ekstrakte edilir.

Sülfür cevherleri doğrudan metale indirgenmez, ancak oksitlere dönüştürmek için havada kavrulur.

Kullanımları

Metaller modern yaşamın neredeyse tüm yönlerinde bulunur. Ağır bir metal olan demir, tüm rafine metallerin %90'ını oluşturduğu için en yaygın olanı olabilir; Hafif metal, alüminyum, bir sonraki en rafine metaldir. Saf demir, gram başına yaklaşık 0,07 ABD Doları maliyetle en ucuz metalik element olabilir. Cevherleri yaygındır; rafine etmek kolaydır; ve ilgili teknoloji yüzlerce yıldır geliştirildi. Dökme demir, gram başına 0,01 ABD Doları oranında daha ucuzdur, çünkü daha sonra saflaştırmaya gerek yoktur. Platin, gram başına yaklaşık 27 $ maliyetle, çok yüksek erime noktası, korozyona direnci, elektrik iletkenliği ve dayanıklılığı göz önüne alındığında en yaygın olanı olabilir. Tüm tüketim mallarının %20'sinde bulunduğu veya üretmek için kullanıldığı söylenir. Polonyum, kıtlığı ve mikro ölçekli üretimi nedeniyle gram başına yaklaşık 100.000.000 $ 'lık kavramsal bir maliyetle en pahalı metaldir.

Bazı metaller ve metal alaşımları birim kütle başına yüksek yapısal mukavemete sahiptir, bu da onları büyük yükler taşımak veya darbe hasarına karşı koymak için faydalı malzemeler haline getirir. Metal alaşımları, kesme, tork ve deformasyona karşı yüksek direnç gösterecek şekilde tasarlanabilir. Bununla birlikte, aynı metal, tekrarlanan kullanım veya bir yük kapasitesi aşıldığında ani stres arızasından kaynaklanan yorgunluk hasarına karşı da savunmasız olabilir. Metallerin mukavemeti ve esnekliği, yüksek katlı bina ve köprü yapımının yanı sıra çoğu araç, birçok cihaz, alet, boru ve demiryolu hattında sık kullanımlarına yol açmıştır.

Metaller iyi iletkenlerdir, bu da onları elektrikli cihazlarda değerli kılar ve çok az enerji kaybıyla uzaktan elektrik akımı taşımak için kullanılır. Elektrik şebekeleri, elektriği dağıtmak için metal kablolara dayanır. Ev elektrik sistemleri çoğunlukla iyi iletkenlik özellikleri için bakır tel ile kablolanmıştır.

Metallerin termal iletkenliği, konteynerlerin malzemeleri alev üzerinde ısıtması için faydalıdır. Metaller ayrıca hassas ekipmanları aşırı ısınmadan korumak için ısı emiciler için de kullanılır.

Bazı metallerin yüksek yansıtıcılığı, hassas astronomik aletler de dahil olmak üzere aynalarda kullanılmalarını sağlar ve metalik mücevherlerin estetiğine katkıda bulunur.

Bazı metallerin özel kullanım alanları vardır; cıva, oda sıcaklığında bir sıvıdır ve anahtar kontakları üzerinden aktığında bir devreyi tamamlamak için anahtarlarda kullanılır. Nükleer enerji santrallerinde uranyum ve plütonyum gibi radyoaktif metaller, nükleer fisyon yoluyla enerji üretmek için kullanılır. Şekil bellekli alaşımlar borular, bağlantı elemanları ve vasküler stentler gibi uygulamalar için kullanılır.

Metaller yabancı moleküllerle (organik, inorganik, biyolojik ve polimerler) katılabilir. Bu doping, metali konuk moleküller tarafından indüklenen yeni özelliklere sahiptir. Kataliz, ilaç, elektrokimyasal hücreler, korozyon ve daha fazlası uygulamaları geliştirilmiştir.

Geri dönüşüm

Metallere olan talep, altyapı, inşaat, imalat ve tüketim mallarında kullanımları göz önüne alındığında ekonomik büyümeyle yakından ilişkilidir. 20. yüzyılda toplumda kullanılan metal çeşitliliği hızla büyüdü. Bugün Çin ve Hindistan gibi büyük ulusların gelişmesi ve teknolojik ilerlemeler giderek daha fazla talebi körüklüyor. Sonuç, madencilik faaliyetlerinin genişlemesi ve dünya metal stoklarının giderek daha çok kullanılmayan rezervler olarak yer altında değil, kullanım yerinin üzerinde olması. Bir örnek kullanımda olan bakır stoğudur. 1932 ve 1999 arasında ABD'de kullanılan bakır kişi başına 73 g'dan 238 g'a yükseldi.

Metaller doğal olarak geri dönüştürülebilir, bu nedenle prensip olarak bu olumsuz çevresel etkileri en aza indirgeyerek ve enerji tasarrufu yaparak tekrar tekrar kullanılabilir. Örneğin, boksit cevherinden alüminyum yapmak için kullanılan enerjinin %95'i geri dönüştürülmüş malzeme kullanılarak korunur.

Küresel olarak, metal geri dönüşümü genellikle düşüktür. 2010 yılında Birleşmiş Milletler Çevre Programı'nın ev sahipliğini yaptığı Uluslararası Kaynak Paneli, toplumda bulunan metal stokları ve geri dönüşüm oranları hakkında raporlar yayınladı. Raporun yazarları, toplumdaki metal stoklarının yerden büyük madenler olarak hizmet edebileceğini gözlemlediler. Cep telefonları, hibrid otomobiller için pil paketleri gibi uygulamalarda kullanılan bazı nadir metallerin geri dönüşüm oranlarının ve yakıt hücreleri o kadar düşüktür ki, kullanım ömrü sonu geri dönüşüm oranları önemli ölçüde artırılmazsa, bu kritik metaller modern teknolojide kullanılamaz hale gelecektir.

Biyolojik etkileşimler

Bazı metaller ya temel besinlerdir (tipik olarak demir, kobalt ve çinko) ya da nispeten zararsızdır (rutenyum, gümüş ve indiyum gibi), ancak daha büyük miktarlarda ya da belirli formlarda toksik olabilir. Kadmiyum, cıva ve kurşun gibi diğer metaller oldukça zehirlidir. Potansiyel metal zehirlenmesi kaynakları arasında madencilik, atık, endüstriyel atıklar, tarımsal akış, mesleki maruziyet, boyalar ve işlenmiş kereste bulunur.