Metalni elementi

2023 Autor: Jake Johnson | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-05-24 23:12

Ranije smo vidjeli da se svi elementi mogu klasificirati kao metalni, nemetalni ili metaloidni. Do sada smo proučavali fundamentalne teorije hemije, kao što su hemijske veze, intermolekularne sile, hemijska ravnoteža, elektrohemija između ostalog. Sve ovo znanje je neophodno za razumevanje hemije elemenata, posebno metala.

Ova deskriptivna anorganska hemija neophodna je za razumevanje korisnosti i primene hemije u različitim industrijskim i biološkim procesima (uključujući žive organizme).

Većina metala dolazi iz ruda. Mineral je prirodna supstanca sa definisanim hemijskim sastavom.

Metalurgija je nauka odvajanja metala od ruda i pravljenja metalnih legura.

Uključuje: a) pripremu rude; b) proizvodnja metala; c) pročišćavanje

Proizvodnja slobodnog metala je uvijek proces redukcije. Ponekad je potrebno prethodno kalcinirati rudu kako bi se izbacile isparljive nečistoće.

Najvažniji procesi se izvode na visokim temperaturama u procesu poznatom kao pirometalurgija.

Procesi smanjenja

Metalurgija gvožđa

Gvožđe postoji u određenom oblikuminerali kao što su pirit (FeS) i hematit (Fe₂O_{3). Proces uključuje hemijsku redukciju minerala ugljenikom (u obliku koksa) u visokoj peći.}

Proizvodnja čelika

Proizvodnja čelika je ključna industrija. Dok je proizvodnja željeza proces redukcije, konverzija u čelik je proces oksidacije. Nepoželjne nečistoće se uklanjaju gasovitim kiseonikom.

Pročišćavanje metala

Destilacija: Metali sa niskim tačkama topljenja mogu se prečistiti frakcionom destilacijom. Primjer: Mondov metod za pročišćavanje nikla.

Elektroliza: Kao primjer bakra

Alkalni metali

Oni su najmanje elektronegativni elementi. Oksidacijsko stanje +1. Imaju niske tačke topljenja i malu gustinu.

Natrijum, Na

Dolazi: NaAlSi₃O₈ (albite); NaCl; NaNO_{3(Nitrat iz Čilea)}

Dobijanje: elektroliza rastopljenog NaCl (Downs ćelija)

Najbolje reakcije:

Kalijum, K

Pojavljuju se: KAlSi₃O_{8 (ortoklas); KCl}

Dobijanje: destilacija rastopljenog KCl na 892 ºC.

Najbolje reakcije:

Prijave

Na₂CO_{3: tretman vode, pravljenje sapuna,deterdženti, lijekovi, staklena industrija.}

Hidroksidi: proizvodi od sapuna, elektroliti iz bakterija, …

Nitrati: đubriva, eksplozivi, ….

zemnoalkalni metali: magnezijum, Mg

Dolazi: Mg(OH)₂(brucit); CaCO3. MgCO₃ (dolomit); MgSO4.7 H_{2O (Epsomite).}

Dobijanje: elektroliza rastopljenog MgCl2 (dobijenog iz morske vode)

Najbolje reakcije:

Kalcij, Ca

Pojavljuje se: CaCO₃ (vapnenac, kreda i mermer); CaSO₄.2 H₂O (gips); CaF_{2 (fluorit)}

Proizvodnja: elektroliza rastopljenog CaCl₂

Prijave

Magnezijum: metalne obveznice; katodna zaštita; baterije, …

CaO: metalurgija, uklanjanje SO2, regulacija kiselosti tla, …

Ca(OH)_{2: tretman vode}

Aluminijum, Al

Aluminijum je najzastupljeniji metal i treći je najprisutniji element u zemljinoj kori (7,5%).

Ima malu gustinu, visoku zateznu čvrstoću i odličan je električni provodnik.

Occurs: Al₂O₃. 2H₂O (boksit); Be₃Al₂Si₆O₁₈ (beryl); Na₃AlF₆ (kriolit); Al₂O_{3 (korund).}

Dobijanje: elektroliza bezvodnog aluminijum-oksida, postupkom Hall-Heroult.

Najbolje reakcije

Prijave

Aluminijum: visokonaponski dalekovodi; konstrukcija zrakoplova, kontejneri; čvrsto raketno gorivo.

Reciklirano: Aluminijum se koristi u milionima tona limenki bezalkoholnih pića. Za reciklažu aluminijuma potrebna je samo energija da se zagreje do tačke topljenja (~660 ºC) i energija fuzije (~10,7 kJ/mol).

Ukupno, energija za recikliranje jednog mola aluminijuma je oko 9% energije potrebne za proizvodnju iste količine elektrolizom.