Kimikan, metalak (grezieraz: Metallon) elektroiak galdu eta ioi positiboak (katioiak) erraz sortzen dituzten elementu kimikoak dira, atomoen artean lotura metalikoak dituztenak. Metalak moldakorrak izaten dira normalean (xafla finetan mailakatuak izan daitezke), baita harikorrak ere (alanbreetan luza daitezke). Metalak elementu kimikoak izan daitezke, burdina adibidez, aleazioak, esate baterako, altzairu herdoilgaitza, edo konposatu molekularrak, hala nola sufre-nitruro polimerikoa.Taula periodikoko 118 elementuetatik 95 inguru metalak dira, edo izan daitezke. Kopurua zehaztugabea da; izan ere, metalen, ez-metalen eta metaloideen arteko mugak zertxobait aldatzen dira, inplikatutako kategorien definizio unibertsalik ez baitago.

Altzairuzko ziriak.

Fisikan, metal esaten zaio, oro har, elektrizitatea zero absolutuko tenperaturan eroateko gai den edozein substantziari[1]. Normalean metal gisa sailkatzen ez diren elementu eta konposatu asko metaliko bihurtzen dira presio handien pean. Adibidez, iodoa, metala ez bada ere, presio atmosferikoa baino 40 eta 170 mila aldiz presio handiagoaren pean metal bihurtzen da pixkanaka. Era berean, metaltzat hartzen diren material batzuk ez-metal bihur daitezke. Sodioa, adibidez, ez-metal bihurtzen da presio atmosferikoa baino bi milioi aldiz presio txikiagoan.

Astrofisikan, "metal" terminoa era zabalagoan erabiltzen da helioa baino pisutsuagoak diren izarretako baten elementu kimiko guztiei erreferentzia egiteko, eta ez soilik metal tradizionalei. Ildo horretatik, nukleosintesiaren ondorioz izarren nukleoetan metatzen diren lehen lau "metalak" karbonoa, nitrogenoa, oxigenoa eta neoia dira, guztiak ere elementu kimikoen sailkapenetan metaltzat hartzen ez direnak. Izarrek atomo arinak fusionatzen dituzte bere bizitzan zehar, batez ere, hidrogenoa eta helioa. Hortaz, objektu astronomikoen metalikotasuna elementu kimiko astunenek osatzen duten materiaren proportzioa da[2][3].

Metalak, elementu kimiko gisa, lurrazalaren % 25 dira, eta bizitza modernoaren arlo askotan erabiltzen dira. Metal batzuei, haien indar eta erresistentziagatik, askotariko erabilerak ematen zaizkie, adibidez, altuera handiko eraikinak eta zubiak eraikitzeko, edota ibilgailuak, etxetresna elektrikoak, hodiak eta trenbideak fabrikatzeko. Metal preziatuak txanpon gisa erabiltzen ziren historikoki, baina aro modernoan, metal preziatuak ez ezik, beste 23 elementu kimiko erabiltzen dira gutxienez objektuak fabrikatzeko.

Badirudi metal finduen historia kobrearen erabilerarekin hasi zela duela 11.000 urte inguru. Urrea, zilarra, burdina, beruna eta letoia ere Kristoren aurreko bosgarren milurtekoan erabiltzen ziren, brontzearen lehen agerpen ezaguna baino lehen. Ondorengo garapenen artean, hauek dira aipagarrienak: altzairuzko lehen formen ekoizpena, sodioaren aurkikuntza -lehen metal arina- 1809an, aleazio-altzairu modernoen sorrera eta, Bigarren Mundu Gerraren amaieratik, forma sofistikatuagoen garapena.

EzaugarriakAldatu

Forma eta egituraAldatu

 
Galio kristalak.
 
Metalezko hagaxka bat, berotan landutako botoi-zulo batekin. Beroko lanak metalaren gaitasuna aprobetxatzen du plastikoki deformatzeko.

Metalak distiratsuak dira prestatu, leundu edo hautsi berriak direnean, behintzat. Mikrometro lodi gutxi batzuk baino gehiagoko metalezko xaflek opako dirudite, baina urrezko ogiak argi berdea transmititzen du.

Metalen egoera solidoak edo likidoak, neurri handi batean, osatzen dituzten atomo metalikoek beren elektroiak kanpoko geruzatik erraz galtzeko duten gaitasunaren ondorio da. Oro har, atomo baten kanpoko geruzako elektroiak atxikitzen dituzten indarrak ahulagoak izaten dira metal solidoaren edo likidoaren atomoen arteko interakzioetatik sortzen diren elektroi berekiko erakarpen-indarrak baino. Inplikatutako elektroiak deslokalizatu egiten dira, eta metalen elektroi-egitura elektroi-laino mugikor samarretan txertatutako atomo-bilduma gisa ikus daiteke. Interakzio mota horri lotura metaliko esaten zaio[4]. Oinarrizko metalen lotura metalikoen indarra maximora iristen da trantsizioko metalen seriearen erdigunearen inguruan, elementu horiek deslokalizatutako elektroi kopuru handia baitute.

Oinarrizko metal gehienek ez-metal gehienek baino dentsitate handiagoak dituzten arren, dentsitateen artean aldakortasun handia dago. Litioa da dentsitate txikiena duena (0,534 g/cm3) eta, osmioa, aldiz, dentsitate handiena duena (22,59 g/cm3). Magnesioa, aluminioa eta titanioa garrantzi komertzial handiko metal arinak dira. Euren 1,7, 2,7 eta 4,5 g/cm3-ko dentsitateak egiturazko metal zaharrenenekin aldera daitezke, hala nola burdinarenakin (7,9 g/cm3) eta kobrearenakin (8,9 g/cm3). Beraz, burdinazko bola batek bolumen bereko hiru aluminio-bolaren pisua edukiko luke.

Metalak malguak eta harikorrak izan ohi dira, eta bereizi gabe deformatzen dira tentsiopean.[5] Lotura metalikoen izaera ez-norabidezkoak nabarmen laguntzen du solido metaliko gehienen moldakortasunerako. Aitzitik, konposatu ionikoetan, hala nola mahaiko gatzean, lotura ioniko baten planoak elkarren ondoan lerratzen direnean, kokapen-aldaketak gertatzen dira, eta karga bereko ioiak hurbildu egiten direlarik, kristala apurtu egiten da. Desplazamendu hori ez da ikusten lotura kobalentea duten kristaletan, diamantean adibidez, kristala hautsi eta zatitu egiten baita[6]. Metalen deformazio elastiko itzulgarria leheneratze-indarrentzako Hookeren legearen bidez deskriba daiteke, deskriba daiteke: tentsioa deformazioarekiko linealki proportzionala da.

Beroak edo metal baten muga elastikoak baino indar handiagoek deformazio iraunkorra (atzeraezina) eragin dezakete,deformazio plastiko edo plastikotasun esaten zaiona. Aplikatutako indarra trakziokoak, konpresiokoak, zizailatzekoak, tolestekoak edo bihurdurakoak izan daitezke. Tenperatura-aldaketek batek metalaren egitura-akatsen mugimenduan edo desplazamenduan eragin dezakete, besteak beste, ale-mugetan, huts puntualetan, lerro- eta torloju-dislokazioetan, pilaketa-failetan eta makletan, hala metal kristalinoetan nola ez-kristalinoetan. Metalaren barne-lerradurak, jarioa eta metal-nekea gerta daitezke.

Substantzia metalikoen atomoak hiru egitura kristalino ohikoenetako

bat eduki ohi dute, hau da, gorputzean zentratutako egitura kubikoa (gzk), aurpegian zentratutako egitura kubikoa (azk) edo egitura hexagonal itxia (hi). Gzk-an, atomo bakoitza beste zortzi atomoz inguratutako kubo baten erdian dago. Azk eta hi motetan, atomo bakoitza beste hamabi atomoz inguratuta dago, baina geruzen pilaketa desberdina da. Metal batzuek egitura desberdinak hartzen dituzte tenperaturaren arabera.[7]

Kristal-egitura bakoitzaren gexkala unitatea kristalaren simetria globala duen atomo multzorik txikiena da, eta horretatik abiatuta kristal-sare osoa eraiki daiteke hiru dimentsiotan errepikatuz. Aurrez erakutsitako gorputzean zentratutako kristal-egitura kubikoaren kasuan, gelaxka unitatea erdiko atomoak eta izkinetako zortzi atomoetako bat-zortzik osatzen dute.

Elektrikoak eta termikoakAldatu

Metalen egitura elektronikoak aztertuta, elektrizitate-eroale nahiko onak direla ondoriozta daiteke. Materiako elektroiek energia-maila finkoak izan ditzakete aldagaien ordez, eta metal batean elektroien energia-mailak, maila jakin bateraino gutxienez, eroapen elektrikoak izan ditzakeen energia-mailei dagozkie. Silizioa edo sufre ez-metalikoa bezalako erdieroaleetan, energia-eten bat dago substantziaren elektroien eta eroapen elektrikoa gerta daitekeen energia-mailaren artean. Ondorioz, erdieroaleak eta ez-metalak nahiko eroale eskasak dira.

Oinarrizko metalek 6,9 × 103 S/cm-ko elektrizitate-eroaletasunaren balioak dituzte manganesorako, eta 6,3 × 105 S/cm-koa zilarrerako. Aitzitik, boroa bezalako metaloide erdieroaleek batek eroankortasun elektrikoa du,  1,5 × 10–6 S/cm. Nolanahi ere, elementu metalikoek eroankortasun elektrikoa murrizten dute berotzen direnean. Plutonioak elektrizitate-eroapena handitzen du, -175 eta +125 °C bitarteko tenperatura-tartean berotzen denean.

Metalak nahiko bero-eroale onak dira. Metalen elektroi-hodeiko elektroiak oso mugikorrak dira, eta erraz transmiti dezakete beroak eragindako bibrazio-energia.

Metalen elektroiek haren ahalmen termikoari eta bero-eroaletasunari egiten dioten ekarpena eta metalaren eroankortasun elektrikoa elektroi askeen ereduaren bidez kalkula daitezke. Hala ere, horrek ez du kontuan hartzen metalaren ioi-egitura zehatza egitura zehatza. Nukleo ionikoen kokapenak eragindako potentzial positiboa kontuan hartuta, metalen banda elektronikoaren egitura eta energia loteslea deskriba daitezke. Zenbait eredu matematiko aplika daitezke, sinpleena elektroi-eredua ia askea izanik.

Ezaugarri KimikoakAldatu

Elektroiak galdu eta katioiak sortzeko joera izaten dute metalek. [8] Gehienek aireko oxigenoarekin erreakzionatu eta oxidoak epe desberdinetan (potasio-erredurak segundotan, burdina urteetan zehar oxidatzen den bitartean). Beste batzuek, hala nola paladioak, platinoak eta urreak, ez dute batere erreakzionatzen atmosferareko oxigenoarekin. Metal-oxidoak, oro har, basikoak dira, ez-metalak ez bezala, azidoak edo neutroak izaten direnak. Salbuespenak, oxidazio-egoera oso handiko oxidoak dira, hala nola CrO3, Mn2O7 eta OsO4, , guztiz azidoak baitira.

Pintura, anodizazioa edo estaldura metalen korrosioa saihesteko modu onak dira. Hala ere, serie elektrokimikoan metal erreaktiboagoa aukeratu behar da estaldurarako, batez ere estaldura irristatzea espero denean.

Taula periodikoaren distribuzioaAldatu

Kimikan, baldintza normaletan metaltzat jotzen diren elementuak gorriz, laranjaz eta morez nabarmenduta ageri dira taula periodikoan. Gainerako elementuak metaloideak (B, Si, Ge, As, Sb eta Te, eskuarki halakotzat hartzen direnak) edo ez-metalak dira. Astatina (At), normalean, ez-metal edo metaloide gisa sailkatzen da, baina ikerketa batzuek metal bat izatea espero dute. Propietate ezezagunak dituzten gainerako elementuak metalak dira seguruenik, baina zalantzaren bat badago kopernioaren (Cn), flerobioaren (Fl) eta oganessonaren (Og) kasuetan.

Taldea →
↓ Periodoa
1 2   3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 1
H
2
He
2 3
Li
4
Be
  5
B
6
C
7
N
8
O
9
F
10
Ne
3 11
Na
12
Mg
13
Al
14
Si
15
P
16
S
17
Cl
18
Ar
4 19
K
20
Ca
21
Sc
22
Ti
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
31
Ga
32
Ge
33
As
34
Se
35
Br
36
Kr
5 37
Rb
38
Sr
39
Y
40
Zr
41
Nb
42
Mo
43
Tc
44
Ru
45
Rh
46
Pd
47
Ag
48
Cd
49
In
50
Sn
51
Sb
52
Te
53
I
54
Xe
6 55
Cs
56
Ba
* 71
Lu
72
Hf
73
Ta
74
W
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
Hg
81
Tl
82
Pb
83
Bi
84
Po
85
At
86
Rn
7 87
Fr
88
Ra
** 103
Lr
104
Rf
105
Db
106
Sg
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
Ds
111
Rg
112
Cn
113
Nh
114
Fl
115
Mc
116
Lv
117
Ts
118
Og
* Lantanoideak 57
La
58
Ce
59
Pr
60
Nd
61
Pm
62
Sm
63
Eu
64
Gd
65
Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
69
Tm
70
Yb
** Aktinidoak 89
Ac
90
Th
91
Pa
92
U
93
Np
94
Pu
95
Am
96
Cm
97
Bk
98
Cf
99
Es
100
Fm
101
Md
102
No

MetalakAldatu

Metal alkalinoakAldatu

Metal lurralkalinoakAldatu

Trantsizio-metalakAldatu

Metal txiroAldatu

NahasturakAldatu

Sakontzeko, irakurri: «Aleazio»

Metalen nahasturek aleazioak eratzen dituzte, hala nola, altzairua (karbono-burdina), kobre nahasturak (brontzea, letoia), amalgamak (zilarbizi nahasturak)..

AleazioakAldatu

Aleazioak propietate metalikoak dituzten substantziak dira, bi elementuz edo gehiagoz osatuta daudenak; elementu horietako bat metala da. Aleazioek osaera aldakorra edo finkoa izan dezakete. Adibidez, urrez eta zilarrez osatutako aleazioetan, urre- eta zilar-proportzioak nahieran doi daitezke; titanioz eta silizioz osatutako Ti2Si aleazioan, bi osagaien proportzioa finkatzen da (konposatu intermetaliko gisa ere ezagutzen dena).

 
Nikel-zilarrez moldatutako eskultura bat: kobrezko, nikelezko eta zinkezko aleazio bat, zilarra ematen duena.

Metal puru gehienak bigunegiak, hauskorregiak edo kimikoki erreaktiboegiak dira, erabilera praktikorako. Metalen proportzio desberdinen konbinazioen bidez, hala nola aleazioen bidez, metal puruen propietateak aldatzen dira, nahi diren ezaugarriak sortzeko. Aleazioak egiteko, normalean, ez dira oso hauskorrak, gogorragoak, korrosioarekiko erresistenteak, edo kolore eta distira desiragarriagokoak izan behar. Gaur egun erabiltzen diren aleazio metaliko guztietatik, burdin aleazioak (altzairua, altzairu herdoilgaitza, burdina urtua, erremintetarako altzairua, aleazio-altzairua) dira proportzio handiena dutenak, bai kantitateari dagokionez, bai balio komertzialari dagokionez ere. Karbono-proportzio desberdinak dituen burdina aleatuak karbono gutxiko, ertaineko eta altuko altzairuak sortzen ditu, zenbat eta karbono maila altuagoa eduki, orduan eta mugatuagoak/ txikiagoak dira harikortasuna eta zailtasuna. Silizioa gehituz burdina urtuzko xaflak sortzen dira, karbono-altzairuei kromoa, nikela eta molibdenoa gehituz (% 10 baino gehiago), berriz, altzairu herdoilgaitzak lortzen dira.

Beste aleazio metaliko garrantzitsu batzuk dira aluminiozkoak, titaniozkoak, kobrezkoak eta magnesiozkoak. Kobre-aleazioak historiaurretik dira ezagunak —brontzeak Brontze Aroari eman zion izena—, eta gaur egun aplikazio asko dituzte, garrantzitsuena kableatu elektrikoan. Beste hiru metalen aleazioak nahiko berriki garatu dira, erreaktibotasun kimikoa dutenez, erauzketa elektrolitikoko prozesuak behar baitituzte. Aluminio-, titanio- eta magnesio-aleazioak preziatuak dira duten indar/pisu erlazio handiagatik; magnesioak eremu elektromagnetikoa ere sor dezake. Material horiek idealak dira indar/pisu erlazio handia kostu materiala baino garrantzitsuagoa den egoeretan, hala nola espazio aeroespazialean eta bere indarrez dabiltzan aplikazio batzuetan.

Aplikazio oso zorrotzetarako bereziki diseinatutako aleazioek, hala nola erreakzio-motorrek, hamar elementu baino gehiago izan ditzakete.

KategoriakAldatu

Metalak beren propietate fisiko edo kimikoen arabera sailka daitezke. Hauek dira bereizi ohi diren kategoria batzuk: metal ferrosoak eta ez-ferrosoak; metal hauskorrak eta metal erregogorrak; metal zuriak; metal astunak eta arinak; eta oinarrizko metalak, nobleak eta preziatuak. Atal honetako elementu metalikoen taulan oinarrizko metalak sailkatzen dira, beren propietate kimikoetan oinarrituta: metal alkalinoak eta lurralkalinoak; trantsiziozko eta trantsizio ondoko metalak; eta lantanidak eta aktinidoak. Beste kategoria batzuk ere badaude, sartzeko irizpideen arabera. Adibidez, metal ferromagnetikoak —giro-tenperaturan magnetikoak direnak— burdina, kobaltoa eta nikela dira.

Metal ferrosoak eta ez-ferrosoakAldatu

Artikulu nagusiak: burdinazko metalurgia eta burdinazkoa ez den metala

"Ferroso" terminoa "burdindun" esan nahi duen latinezko hitzetik dator. Alde batetik, burdina purua, burdina forjatu moduan aurki daiteke. Bestetik, burdina duten altzairuzko aleazioak ere aurki daitezke. Metal ferrosoak magnetikoak izaten dira askotan, baina ez dute bakarrik ezaugarri hori. Metal ez-ferrosoek eta aleazioek ez dute burdin kantitate handirik.

Metal hauskorrakAldatu

Ia metal guztiak xaflakorrak edo harikorrak diren arren, batzuk —berilioa, kromoa, manganesoa, galioa eta bismutoa— hauskorrak dira. [9] Metaltzat har daitezkeen artsenikoa eta antimonioa ere hauskorrak dira.

Metal erregogorrakAldatu

Artikulu nagusia: Metal erregogorrak

Materialen zientzietan, metalurgian eta ingeniaritzan, metal erregogor esaten zaie beroaren aurreko erresistentzia handia dutenei. Metal erregogorren artean, niobioa, molibdenoa, tantaloa, tungstenoa eta renioa daude. Guztiek 2.000 °C-tik gorako urtze-puntuak dituzte, eta gogortasun handia erakusten dute giro-tenperaturan.

Metal zuriakAldatu

Metal zuriak metal zurien (edo haien aleazioen) sorta bat dira, eta urtze-puntu nahiko txikiak dituzte. Metal horien artean, zinka, kadmioa, eztainua, antimonioa (metala), beruna eta bismutoa daude, eta horietako batzuk nahiko toxikoak dira.

Metal gogor eta bigunakAldatu

Artikulu nagusiak: Metal astunak eta metal arinak

Metal astunak deritze nahiko trinkoak diren metal edo metaloideei. [10] Definizio zehatzagoak proposatu dira, baina inork ez du definizio orokorra lortu. Metal astun batzuek erabilera espezifikoak dituzte, edo oso toxikoak dira; beste batzuk, aldiz, funtsezkoak dira elementu aztarna modura. Gainerako metal guztiak metal arinak dira.

Metal preziatuakAldatu

Artikulu nagusiak: Metal arruntak, metal nobleak eta metal preziatuak

Kimikan, oinarrizko metal terminoa modu informalean erabiltzen da erraz oxidatzen edo korrosionatzen diren metalei erreferentzia egiteko. Hala nola, azido klorhidriko diluituarekin (HCl) erraz erreakzionatzen duten eta metal-kloruroa eta hidrogenoa sortzen duten metalak izendatzeko. Adibide batzuk dira, burdina, nikela, beruna eta zinka. Kobrea oinarrizko metaltzat hartzen da, nahiko erraz oxidatzen baita, nahiz eta ez duen HCl-arekin erreakzionatzen.

Metal noble terminoa normalean oinarrizko metalaren kontrakoa adierazteko erabiltzen da. Metal nobleek korrosioarekiko edo oxidazioarekiko erresistenteak dira[11], oinarrizko metal gehienek ez bezala. Metal preziatuak izan ohi dira metal nobleak, hautemandako bitxitasunengatik. Metal nobleen adibideak dira urrea, platinoa, zilarra, rodioa, iridioa eta paladioa.

Portaera kimikoari dagokionez, metal preziatuak (metal nobleak bezala) ez dira elementu gehienak bezain erreaktiboak, distira handia dute eta bai elektrizitate-eroaletasun handia ere. Historikoki, metal preziatuak garrantzitsuak ziren moneta gisa, baina orain inbertsio eta produktu industrialtzat hartzen dira nagusiki. Metal preziatu ezagunenak urrea eta zilarra dira. Biek industria-erabilera badute ere, ezagunagoak dira artean. bitxigintzan eta txanpongintzan dituzten erabilerengatik. Beste metal preziatu batzuk platinozko taldeko metalak dira: rutenioa, rodioa, paladioa, osmioa, iridioa eta platinoa. Horietatik platinoa da komertzializatuena.

Metal preziatuen eskari handia dago, erabilera praktikoagatik ez ezik, inbertsio gisa eta balio-biltegi gisa duten eginkizunagatik ere.

ErreferentziakAldatu

  1. Mortimer, Charles E.. (1983). Chemistry. (5th ed. argitaraldia) Wadsworth Pub. Co ISBN 0-534-01184-5. PMC 8552913. (Noiz kontsultatua: 2022-06-08).
  2. «Ductility Review - Strength Mechanics of Materials» www.engineersedge.com (Noiz kontsultatua: 2022-06-08).
  3. (Ingelesez) Martin, John C.; Morrison, Heather L.. (1998-10). «A New Analysis of RR Lyrae Kinematics in the Solar Neighborhood» The Astronomical Journal 116 (4): 1724–1735. doi:10.1086/300568. ISSN 0004-6256. (Noiz kontsultatua: 2022-06-08).
  4. Mortimer, Charles E.. (1983). Chemistry. (5th ed. argitaraldia) Wadsworth Pub. Co ISBN 0-534-01184-5. PMC 8552913. (Noiz kontsultatua: 2022-06-08).
  5. «Hogg, John C., Alley, Otis E., and Rickel, Charles L. Chemistry. New York: D. Van Nostrand Company, 1953. 772 p» Science Education 37 (5): 341–341. 1953-12 doi:10.1002/sce.3730370522. ISSN 0036-8326. (Noiz kontsultatua: 2022-10-25).
  6. «Ductility Review - Strength Mechanics of Materials» www.engineersedge.com (Noiz kontsultatua: 2022-06-08).
  7. Wiberg, Egon. (2001). Inorganic chemistry. (1st English ed.. argitaraldia) Academic Press ISBN 0-12-352651-5. PMC 48056955. (Noiz kontsultatua: 2022-10-25).
  8. «Hogg, John C., Alley, Otis E., and Rickel, Charles L. Chemistry. New York: D. Van Nostrand Company, 1953. 772 p» Science Education 37 (5): 341–341. 1953-12 doi:10.1002/sce.3730370522. ISSN 0036-8326. (Noiz kontsultatua: 2022-10-21).
  9. Russell, Alan M.. (2005). Structure-property relations in nonferrous metals. John Wiley ISBN 0-471-70853-4. PMC 607802504. (Noiz kontsultatua: 2022-10-25).
  10. Metal contamination. IFREMER 2007 ISBN 2-84433-028-2. PMC 470693456. (Noiz kontsultatua: 2022-10-25).
  11. Chemical oxidation applications for industrial wastewaters. 2010 ISBN 978-1-78040-141-6. PMC 874148114. (Noiz kontsultatua: 2022-10-25).

Kanpo estekakAldatu