Métal

Travail du métal chaud d'un forgeron.

En chimie, un métal ( grec : Metallon) est un élément qui perd facilement électrons pour former positifs ions (cations) et a liaisons métalliques entre les atomes de métal. sous forme de métaux liaisons ioniques avec des non-métaux. Ils sont parfois décrits comme un réseau d'ions positifs entourés d'un nuage de délocalisés électrons . Les métaux sont l'un des trois groupes d'éléments comme distingués par leurs propriétés d'ionisation et de liaison, ainsi que le métalloïdes et non-métaux. Sur table périodique, une ligne diagonale tirée de bore (B) de polonium (Po) sépare les métaux des non-métaux. La plupart des éléments sur cette ligne sont métalloïdes, parfois appelés semi-métaux; éléments à la partie inférieure gauche sont des métaux; éléments à la partie supérieure droite sont non-métaux.

Une autre définition des métaux est qu'ils ont chevauchement bandes de conduction et bandes valence dans leur structure électronique. Cette définition ouvre la catégorie des polymères métalliques et d'autres métaux organiques, qui ont été faites par des chercheurs et employés dans les appareils de haute technologie. Ces matériaux synthétiques ont souvent la réflexivité gris argenté caractéristique (éclat) des métaux élémentaires.

La définition traditionnelle se concentre sur les propriétés globales de métaux. Ils ont tendance à être brillant, ductile, malléable, et la bonne conducteurs d'électricité, tout en non-métaux sont généralement cassantes (si solide ), le manque lustre, et sont isolateurs.

Propriétés chimiques

La plupart des métaux sont chimiquement réactif, la réaction avec l'oxygène dans l'air pour former des oxydes sur l'évolution des échelles de temps (par exemple fer rouilles ans et plus de potassium brûlures en quelques secondes). Les métaux alcalins réagissent plus rapidement suivis par les métaux alcalino-terreux , on trouve dans les deux groupes les plus à gauche du tableau périodique . Exemples:

4Na + O ₂ → 2 Na ₂ O (oxyde de sodium)

2Ca + O ₂ → 2CaO (oxyde de calcium)

4Al + 3O ₂ → 2 Al ₂ O ₃ (oxyde d'aluminium)

Les métaux de transition prennent beaucoup plus de temps pour oxyder (tels que fer , cuivre , zinc , nickel ). D'autres, comme le palladium , le platine et l'or , ne réagissent pas avec l'atmosphère du tout. Certains métaux forment une couche barrière de oxyde sur leur surface qui ne peut pas être pénétré par d'autres molécules d'oxygène et donc de conserver leur aspect brillant et une bonne conductivité de nombreuses décennies (comme l'aluminium , des aciers , et de titane ). Le les oxydes de métaux sont base (par opposition à ceux des non-métaux, qui sont acides ), bien que cela puisse être considéré comme une règle du pouce, plutôt qu'un fait.

Peinture , anodisation ou métaux de placage sont de bons moyens pour empêcher leur corrosion . Cependant, un métal plus réactif dans la série électrochimique doit être choisi pour le revêtement, en particulier lorsque l'écaillage du revêtement est prévu. L'eau et les deux métaux forment un cellule électrochimique, et si le revêtement est moins réactif que le tunique, le revêtement favorise réellement la corrosion.

Propriétés physiques

Traditionnellement, les métaux avoir certaines propriétés physiques caractéristiques: ils sont généralement brillants (ils ont métallique lustre), ont une haute densité , sont et ductile malléable, avoir une haute température de fusion , sont difficiles, sont habituellement un solide à la température ambiante et de mener l'électricité , la chaleur et le son bien. Bien qu'il existe plusieurs métaux qui sont de faible densité, doux, et ont des points de fusion bas, ces (les alcalins et alcalino-terreux métaux) sont extrêmement réactifs, et sont rarement rencontrés dans leur forme métallique élémentaire.

La conductivité électrique et thermique de métaux proviennent du fait que, dans la liaison métallique des électrons externes du métal atomes former un gaz d'électrons libres près, se déplaçant comme un gaz d'électrons dans un contexte de charge positive formée par la noyaux ioniques. Prédictions mathématiques Conseillé pour conductivité électrique, ainsi que la contribution des électrons à la capacité de la chaleur et de la conductivité thermique des métaux peuvent être calculées à partir du modèle d'électrons libres, qui ne tient pas la structure détaillée du réseau d'ions en compte.

Lorsque l'on considère la structure de bande exacte et énergie de liaison d'un métal, il est nécessaire de prendre en compte le potentiel positif provoqué par l'agencement spécifique des noyaux ioniques - ce qui est périodique dans les cristaux . La conséquence la plus importante du potentiel périodique est la formation d'un petit la bande interdite à la limite de la zone de Brillouin. Mathématiquement, le potentiel des noyaux d'ions est traitée de la modèle électrons presque libres.

Alliages

Un alliage est un mélange de deux ou plusieurs éléments en solution solide dans laquelle le composant principal est un métal. La plupart des métaux purs sont soit trop mous, cassants ou chimiquement réactive pour une utilisation pratique. La combinaison de différents rapports de métaux comme modifier les propriétés des alliages de métaux purs pour produire des caractéristiques désirables. Le but de la fabrication des alliages est généralement pour les rendre moins fragile, plus difficile, résistant à la corrosion, ou avoir une couleur et le lustre plus souhaitable. Des exemples d'alliages sont en acier ( fer et carbone ), laiton ( cuivre et zinc ), bronze ( cuivre et étain ), et duralumin ( aluminium et cuivre ). Alliages spécialement conçus pour les applications très exigeantes, telles que les moteurs à réaction , peuvent contenir plus de dix éléments.

Catégories

Métal de base

Dans la chimie , le terme «métal de base» est utilisé de manière informelle pour se référer à un métal qui oxyde ou corrode relativement facilement, et réagit de manière variable avec une solution diluée d'acide chlorhydrique (HCl), pour former un atome d'hydrogène . Des exemples comprennent le fer , le nickel , le plomb et le zinc . Le cuivre est considéré comme un métal de base car il se oxyde assez facilement, même se il ne réagit pas avec HCl. Il est couramment utilisé à l'encontre de métal noble.

Dans l'alchimie , un métal de base est un métal commun et peu coûteux, par opposition à métaux précieux, principalement l'or et de l'argent . Un objectif de longue date des alchimistes était la transmutation des métaux vils en métaux précieux.

En numismatique , les pièces utilisées pour calculer leur valeur principalement de la teneur en métaux précieux. La plupart des monnaies modernes sont monnaie fiat, permettant aux pièces de monnaie pour être en métal de base.

Métaux ferreux

Le terme "ferreux" est dérivé du mot latin qui signifie «contenant du fer". Il peut se agir de fer pur, tel que fer forgé, ou un alliage tel que l'acier . Les métaux ferreux sont souvent magnétique , mais pas exclusivement.

Métal noble

Les métaux nobles sont les métaux qui sont résistants à la corrosion ou oxydation, contrairement à la plupart les métaux de base. Ils ont tendance à être des métaux précieux, souvent en raison de la rareté perçue. Des exemples comprennent le tantale , l'or , le platine et le rhodium .

Métal précieux

Un métal précieux est un métal rare élément chimique de la haute valeur économique.

Chimiquement, les métaux précieux sont moins réactive que la plupart des éléments, ont une grande lustre et une conductivité électrique élevée. Historiquement, les métaux précieux étaient importants comme la monnaie , mais sont maintenant considérées principalement comme un investissement et industrielle les matières premières. or , argent , platine et palladium chacun un ISO 4217 code monnaie. Les métaux précieux les plus connus sont l'or et l'argent. Bien que les deux ont des utilisations industrielles, ils sont mieux connus pour leurs utilisations dans l'art , bijoux et pièces de monnaie . D'autres métaux précieux comprennent le métaux du groupe du platine: ruthénium , rhodium , palladium , osmium , iridium et platine , dont le platine est le plus largement commercialisé. plutonium et l'uranium pourrait également être envisagée métaux précieux.

La demande pour les métaux précieux est entraîné non seulement par leur utilisation pratique, mais aussi par leur rôle comme des investissements et une réserve de valeur. Palladium était, à l'été 2006, évalué à un peu moins de la moitié du prix de l'or et le platine à environ deux fois celle de l'or. Argent est sensiblement moins cher que ces métaux, mais est souvent traditionnellement considéré comme un métal précieux pour son rôle dans la monnaie et des bijoux.

Extraction

Les métaux sont souvent extraites de la Terre au moyen de l'exploitation minière, résultant dans les minerais qui sont relativement riches sources des éléments nécessaires. Le minerai est situé par prospection techniques, suivis par l'exploration et l'examen des dépôts. sources minérales sont généralement divisés en mines de surface, qui sont exploités par des fouilles aide d'équipement lourd, et les mines souterraines .

Une fois que le minerai est extrait, les métaux doivent être extrait, généralement par réduction chimique ou électrolytique. Pyrométallurgie utilise des températures élevées pour convertir minerai en métaux bruts, tandis que hydrométallurgie emploie chimie aqueuse dans le même but. Les méthodes utilisées dépendent du métal et de leurs contaminants.

Métallurgie

La métallurgie est un domaine de la science des matériaux qui étudie le comportement physique et chimique des éléments métalliques, leurs composés intermétalliques, et leurs mélanges, qui sont appelés alliages.

Applications

Certains métaux et alliages de métaux possèdent une résistance structurelle élevée par unité de masse, ce qui en fait des matériaux utiles pour la mise en résistant à de fortes charges ou des dommages d'impact. les alliages métalliques peuvent être conçues pour avoir une résistance élevée à cisaillement, le couple et la déformation. Cependant, le même métal peut aussi être vulnérable aux dommages à la fatigue par une utilisation répétée ou de brusque rupture de contrainte quand une capacité de charge est dépassée. La force et la résilience des métaux a conduit à leur utilisation fréquente dans immeuble de grande hauteur et de la construction du pont, ainsi que la plupart des véhicules, de nombreux appareils, outils, tuyaux, des signes non-éclairés et les voies ferrées.

Les métaux sont de bons conducteurs, ce qui les rend précieux dans les appareils électriques et pour transporter un courant électrique sur une distance avec peu de perte d'énergie. Réseaux électriques se appuient sur des câbles métalliques à distribuer de l'électricité. Accueil systèmes électriques, pour la plupart, sont câblés avec du fil de cuivre pour ses bonnes propriétés de conduction.

La conductivité thermique du métal est utile pour des récipients à chauffer les matériaux à feu. Le métal est également utilisé pour dissipateurs de chaleur pour protéger les équipements sensibles de la surchauffe.

La réflectivité élevée de certains métaux est important dans la construction de miroirs, y compris les instruments astronomiques de précision. Cette dernière propriété peut aussi faire des bijoux métalliques esthétique.

Certains métaux ont des utilisations spécialisées; Métaux radioactifs tels que l'uranium et le plutonium sont utilisés dans les centrales nucléaires de production d'énergie par fission nucléaire . Le mercure est un liquide à température ambiante et est utilisé dans les commutateurs pour compléter un circuit quand il se écoule sur les contacts de commutation. alliage à mémoire de forme est utilisé pour des applications telles que les tuyaux, les fixations et vasculaire stents. Cependant, ils sont très bons à conduire l'électricité et de la chaleur.

Commerce

Métal et importations de minerai en 2005

Le La Banque mondiale indique que la Chine est le premier importateur de minerais et de métaux en 2005 suivie par les Etats-Unis et le Japon.

Astronomie

Dans l'usage spécialisé de l'astronomie et de l'astrophysique , le terme «métal» est souvent utilisé pour désigner tout élément autre que l'hydrogène ou l'hélium , y compris les substances que chimiquement non-métallique comme le néon , le fluor et l'oxygène . Presque tout l'hydrogène et de l'hélium dans le Univers a été créé en Big Bang nucléosynthèse, alors que tous les "métaux" ont été produites par nucléosynthèse dans les étoiles ou supernovae. Le Sun et de la Voie Lactée sont composées d'environ 70% d'hydrogène, 30% d'hélium et 2% "métaux" en masse.