4. Metallit ja niiden ominaisuudet

Metallinjalostus ja valmistus

Metallit eivät esiinny luonnossa vapaina vaan ne ovat maaperässä yhdisteinä, kuten erilaisina metallioksideina ja -sulfideina.
Malmi on sellainen mineraaliesiintymä, josta on taloudellisesti kannattavaa erottaa metallia tai metalleja. Malmin on toteutettava seuraavat kriteerit:
- riittävän korkea metallipitoisuus ja laatu
- metalli on voitava erottaa mineraalista riittävän taloudellisesti
  - rikkikiisusta FeS₂ raudan erottaminen on kallista
- riittävän korkea metallin markkinahinta
- riittävän hyvät liikenneyhdeydet ja infra

Louhinta ja murskaus
- tapahtuu kaivoksessa
Rikastus
- Sivukiven erottaminen mineraalista käyttäen fysikaalisia ja kemiallisia menetelmiä
  - painovoima
  - magneettierotus
  - vaahdotus; mineraalit kohovat nesteen pintaan vaahdon mukana
  - bioliuotus; bakteerien avulla hapetetaan sivukiven sulfaatit
Pelkistys
- metalli-ionit pelkistetään puhtaaksi metalliksi esim raudan pelkistys masuunissa
Puhdistus
Seostaminen ja valaminen

Alla on linkki kuparin valmistukseen:

kuparin valmistus

Metalliatomit luovuttavat uloimman kuoren 1 - 3 elektronia, jolloin syntyy positiivisia metalli-ioneja ja vapaita elektroneja. Näiden välillä olevaa vahvaan sähköistä vetovoimaa kutsutaan metallisidokseksi.
- Elektronit pääsevät vapaasti liikkumaan metallihilassa
Metallien ominaisuudet:
- hyvä lämmön- ja sähkönjohtokyky
- muokattavuus
- korkea sulamispiste
- muokattavuus
- lujuus, kovuus, kiilto
Metalliseos eli lejeerenki saadaan, kun metalleja sekoitetaan keskenään
- pronssi on kuparin ja tinan seos
- ruostumaton teräs on raudan, hiilen ja kromin seos
Suurin osa jaksollisen järjestelmän metalleista on siirtymämetalleja
- d-orbitaalit ovat osittain täyttyneet
- ylemmän kuoren s-orbitaali täyttyy ennen alemman kuoren d-orbitaalin täyttymistä
- esiintyvät useilla hapetusluvuilla
  - voivat luovuttaa s- ja d-orbitaalien elektroneja

metallien kemiallinen vahingoittuminen hapettumalla
- kyseessä on hapettumis-pelkistymisreaktio
tarkoitetaan usein raudan ruostumista
- ruostumisen ehtona ovat ilman happi, vesi (kosteus) ja siihen liuenneet suolat
- - [[$2\ Fe\rightarrow2\ Fe^{2+}+4e^-\ \ \ E_h=0{,}44\ V$]]
  - [[$2\ H_2O\ +O_2+4e^-\rightarrow4OH^-\ \ E_p=0{,}40\ V$]]
- Kokonaisreaktio
  - [[$2\ Fe\left(s\right)+2H_2O\left(l\right)+O_2\left(g\right)\rightarrow\ 2Fe^{2+}(aq)+4\ OH^-(aq)\ \ E=0{,}84\ V\ eli\ spontaani\ reaktio$]] ,
  - Tästä rauta(II) -ionit hapettuvat edelleen rauta(III) -ioneiksi. Nämä muodostavat seoksen oksideita ja hydroksideja, joka on punertavanruskeaa ruostetta.
  - Jos happi pelkistyy happamissa olosuhteissa eli pelkistymisreaktio on
    - [[$O_2\left(g\right)+4\ H^+\left(aq\right)+4e^-\ \rightarrow\ 2\ H_2O\ \left(l\right){,}\ E_p=1{,}23\ V\ $]]
  - niin reaktio tapahtuu edellistä helpommin. ⇒ Alhainen pH (happamat olosuhteet) lisäävät korroosiota.

Joidenkin metallien, kuten alumiinin, pintaan muodostuu tiivis oksidikerros, joka suojaa korroosiolta
Kupari ja hopea hapettuvat pinnaltaan ilman kosteuden ja kaasujen vaikutuksesta
- kuparin pintaan muodostuu vihreä patina, joka on lähinnä kuparikarbonaattia
- hopeaesineiden tummuminen johtuu hopeasulfidin muodostumisesta

Korroosion suojaus

maalaaminen ja massaaminen
galvanointi
- esim rauta voidaan päällystää sitä helpommin hapettuvalla metallilla kuten sinkillä, Zn
  - Zn hapettuu Fe:n säilyessä
Uhrimetallin (uhrianodi) käyttö
- Suojattavaan metallikappaleeseen yhdistetään epäjalompaa metallia oleva metallikappale, joka hapettuu helpommin
- Tässä Mg hapettuu: [[$Mg\left(s\right)\rightarrow Mg^{2+}+2e^-$]]

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.