1. Metallit luonnossa
1. Virittäytyminen – metalliesineet kotona
Pohtikaa pienryhmissä, millaisia metalliesineitä teidän kotona käytetään. Kommentoikaa moduuliin esine ja sen käyttötarve. Kirjatkaa kommenttiin myös, jos tiedätte mistä metallista esine on tehty.
3D-mallinnettuja ruuveja ja muttereita. Nykyaikaisella 3D-tulostuksella voi tulostaa myös metalliesineitä.
2. Historian ajanjaksoja on nimetty metallien perusteella
Kupari, hopea ja kulta ovat vanhimpia käyttömetalleja. Kultaa arvostetaan etenkin sen kemiallisen reagoimattomuuden ansiosta. Vanhimmat kullan ja hopean seoksesta valmistetut rahat ovat olleet käytössä jo yli 5 000 vuotta sitten.
Suomen Lapin kultaesiintymät ovat innoittaneet myyttisiin kansantaruihin ja runoihin. Varhaisimmat kultalöydöt ovat 1500-luvulta. Ensimmäinen kultaryntäys oli 1860-luvun lopulla Ivalojoella ja toinen Lemmenjoella vuoden 1945 jälkeen.
1935 löydettiin toistaiseksi painavin kultahippu Evert. Sen massa oli 392,9 grammaa. Muita isoja hippuja ovat Aleksi (385 g / v. 1910), Tähtihippu (282 g / v. 2004) ja Pikkumammutti (251 g / v. 1998).
Kullanhuuhdontaa Lapin Tankavaarasta.
Pronssikausi
Pronssi on kuparin ja tinan seos. Se oli yleisin käyttömetalli pronssikaudella noin 2400 eaa. – 950 eaa. Puhdas kupari on käyttömetallin materiaaliksi liian pehmeää. Tinan kanssa seostettuna siitä muodostuu kovaa pronssia. Pronssikaudella sopiva tinan määrä opittiin kokeilemalla. Se vaihteli vuosisatojen mukaan. Arkeologi voi päätellä pronssikappaleen iän sen tinapitoisuuden perusteella. Nykyään myös Suomessa osataan kuparinjalostus. Suomalainen kuparinjalostus on maailman mittakaavassa huippuluokkaa.
Rautakausi
Pronssikautta seurasi rautakausi noin 500 eaa. – 1300 jaa. Rautakaudella rauta yleistyi käyttötavaroiden ja aseiden materiaalina. Raudasta taotut työkalut ja aseet olivat kovempia ja kestävämpiä kuin pronssiset ja syrjäyttivät ne vähitellen.Ensimmäiset rautaesineet valmistettiin meteoriittien raudasta. Se sisältää raudan lisäksi 6–8 % nikkeliä. Rautamalmista rautaa saatiin erotettua suuria määriä ahjon keksimisen myötä. Sen avulla saatiin aikaiseksi riittävän korkea lämpötila rautamalmin sulattamiseen.
Perinteisten metallien eli raudan, kuparin, sinkin, lyijyn, alumiinin, tinan, nikkelin, koboltin, kromin, hopean ja kullan lisäksi erityisesti elektroniikkateollisuus käyttää harvinaisempia metalleja, kuten indiumia, galliumia ja niobiumia.
Muovikausi
Nykyisin käyttöesineiden päämateriaali on muovi. Voidaankin sanoa, että nykyään eletään muovikautta.
3. Metalleja löytyy maaperästä ja vesistöistä
Suurin osa metalleista esiintyy maa- ja kallioperässä metallien ja epämetallien yhdisteinä, mineraaleina, joissa ne muodostavat suolan positiivisen osan. Negatiivisena osana on yleensä happea, rikkiä, hiiltä tai niiden yhdistelmiä. Merissä metalleja esiintyy ionimuodossa veteen liuenneena ja kiinteinä yhdisteinä merien pohjassa. Vain tietyt jalometalleiksi kutsutut metallit, kuten kulta, hopea ja platina, esiintyvät alkuainemuodossa.
Malmi on raaka-ainetta, jossa halutun metallin pitoisuus on niin suuri, että louhiminen on taloudellisesti kannattavaa. Rautamalmin louhinta ja rikastaminen on kannattavaa, jos malmissa on 200–700 kg rautaa tuhannessa kilossa malmia. Kultaa sen sijaan kannattaa louhia jo, kun sitä on 20 grammaa tuhannessa kilossa malmia.
Kultakaivostöitä.
4. Metallit ja ympäristö
Monet metallit ovat haitallisia ympäristölle, varsinkin vesieliöstölle. Niiden haitallisuus riippuu siitä, onko metalli alkuaineena vai ionimuodossa. Vain osa metallien aiheuttamista vahingoista johtuu ihmisen toiminnasta. Suuri osa johtuu maaperän ja vesistöjen luonnollisesta aineiden kiertokulusta.
Ionimuodossa oleva metalli on yleensä haitallisempi kuin alkuainemuodossa oleva metalli. Se johtuu siitä, että ionimuodossa metalli liukenee veteen, kun taas alkuainemuotoiset metallit liukenevat veteen huonosti tai eivät ollenkaan.
Sellaiset olosuhteet, joissa metalli-ioneja liukenee veteen mahdollisimman vähän, pienentävät niiden aiheuttamia ongelmia ihmisille ja luonnolle. Metallin liukenemista voidaan ehkäistä huolehtimalla oikeasta veden pH:sta sekä happi- ja suolapitoisuudesta. Matala pH edistää metallin liukenemista veteen, samoin korkea happipitoisuus ja korkea suolapitoisuus.
Erityisen haitallisia, jopa myrkyllisiä, ovat raskasmetallien, kuten kuparin, lyijyn, kadmiumin ja elohopean ionit. Ne ovat erityisen haitallisia, koska ne kerääntyvät elimistön rasvakudoksiin ja rikastuvat ravintoketjussa. Suomessakin on järviä, joiden haukikalojen syöntiä on täytynyt rajoittaa niiden korkeiden elohopeapitoisuuksien takia. Elohopea on päässyt vesistöön lähinnä metsäojitusten kautta.
Metallien jalostusteollisuus on ottanut Suomessa ympäristöasiat vakavasti ja se on sitoutunut kestävän kehityksen periaatteisiin sekä kehittänyt alaan liittyvää ympäristöteknologiaa ja on joillain aloilla edelläkävijä maailmassa.
Kaivosteollisuudessa ympäristön metallikuormitusta on vaikeampi hallita, sillä sen toiminta tapahtuu keskellä luontoa, ja varsinkin uusien menetelmien kehittelyssä edetään usein yrityksen ja erehdyksen kautta. Tällöin voi syntyä vakavia ja laajalle alalle ulottuvia ympäristövahinkoja.
Luonnon ja taloudellisuudenkin kannalta tehokkain tapa on metallien kierrätys. Sillä voidaan kattaa merkittävä osa teollisuuden raaka-ainetarpeesta. Esimerkiksi alumiinin sulattaminen vaatii vain 5 % siitä energiasta, joka kuluu sen valmistamisessa bauksiitista. Bauksiitti on alumiinipitoista malmia, joka koostuu suurelta osin alumiinihydroksidista (Al(OH)3).
5. Kuvagalleria: metalliesineitä
Tiivistelmä
- Maailmanhistorian ajanjaksoja on nimetty metallien perusteella (pronssikausi ja rautakausi).
- Suurin osa metalleista esiintyy maa- ja kallioperässä metallien ja epämetallien yhdisteinä, mineraaleina.
- Malmi on raaka-ainetta, jossa halutun metallin pitoisuus on niin suuri, että louhiminen on taloudellisesti kannattavaa.
- Monet metallit ovat haitallisia ympäristölle, varsinkin vesieliöstölle. Niiden haitallisuus riippuu siitä onko metalli alkuaineena vai ionimuodossa.
- Erityisen haitallisia ovat raskasmetallien, kuten kuparin, lyijyn, kadmiumin ja elohopean ionit.
- Metalleja ei heitetä sekajätteeseen vaan ne kierrätetään.