Մետաղ

Մետաղը (լատ.՝ metallum բառէն, կը նշանակէ «հանքահոր»), առանձնայատուկ մետաղէ յատկութիւններ պարունակող տարրերու խումբ մըն է, որոնք ունին բարձր ելեկտրա եւ ջերմահաղորդականութիւն, դիմադրութեան դրական ջերմաստիճանային գործակից, բարձր գեղակերտութիւն եւ այլն։ Այսօր աշխարհի տարածքին բացայայտուած է միայն 98 մետաղատեսակ։

Մետաղներու մեծ մասը կը հանդիպի բնութեան մէջ միացութիւններու եւ հանքաքարերու ձեւով։ Անոնք կը կազմեն օքսիտներ, սուլֆիտներ, կարպոնատներ եւ այլ քիմիական միացութիւններ։ Մաքուր մետաղներու ստացման եւ հետագայ օգտագործման համար անհրաժեշտ է անոնք զատել հանքաքարէն եւ զտել։ Անհրաժեշտութեան պարագային, կը կատարուի մետաղներու լեգիրացում եւ/կամ այլ մշակում։ Ատոր ուսումնասիրութեամբ կը զբաղի մետալուրգիա կոչուող գիտութիւնը։ Ան կը տարբերի սեւ (երկաթի հիմքով) եւ գունաւոր (ատոնց բաղադրութեան մէջ չի մտներ երկաթը, շուրջ 70 տարր) մետաղներու համաձուլուածքները։ Ոսկին, արծաթը եւ փլաթինը կը դասուին թանկարժէք (ազնիւ) մետաղներու շարքին։ Բացի այդ, փոքր քանակութեամբ մետաղներ առկայ են նաեւ ծովու ջուրին մէջ, բոյսերուն, կենդանի օրկանիզմներուն մէջ, որոնք կարեւոր նշանակութիւն ունին օրկանական աշխարհի ձեւաւորման եւ գոյատեւման գործընթացներուն։

Յայտնի է, որ մարդու օրկանիզմի 3%-ը կազմուած է մետաղներէն։^[1] Մեր բջիջներուն մէջ, ամենաշատը առկայ են կալցիումը (ոսկորներուն մէջ) եւ նատրիումը, որ միջբջջային հեղուկին եւ սիդոբլազմայի մէջ, էլեկտրոլիտի դեր կը կատարէ։ Մակնեզիումը կը կուտակուի մկանային հիւսուածքներուն եւ նեարդային բջիջներուն մէջ, պղինձը՝ լեարդի մէջ երկաթը՝ արեան կարմիր գնդիկներու մէջ (կարմիր գոյնը կապուած է երկաթի գոյութեան)։

Մետաղները յաճախ հողէն կը ստացուին հանքային արդիւնաբերութեան միջոցով, արդիւնքը՝ ստացած հանքաքարերը, կը ծառայեն որպէս անհրաժեշտ տարրերու համեմատաբար հարուստ աղբիւր։ Հանքաքարերու գտնուելու վայրը պարզելու համար կ'օգտագործուին յատուկ հետազօտական մեթոտներ, որոնց մէջ կը մտնեն հանքաքարերու հանքատեղերու հետախուզութիւնը։ Հանքատեղերը, որպէս կանոն, կը բաժնուին քարահանքերու (հանքաքարերու մշակումը մակերեւոյթին), ուր հանոյթը կը կատարուի բնահողի դուրս բերումով, որուն կ'ուղեկցի ծանր թեքնիկա, ինչպէս նաեւ՝ ստորգետնեայ հանքահորեր։

Մետաղները դուրս կը բերուին արդիւնահանուած հանքաքարերէն, որպէս կանոն, քիմիական կամ էլեկտրոլիտիկ վերականգնման միջոցով։ Հրամետաղագործութեան մէջ հրաքարէն մետաղի հումքի փոխակերպման համար կը կիրառուի բարձր ջերմաստիճան, հիտրոմետաղագործութեան մէջ նոյն նպատակներով կ'օգտածործուի ջրային

քիմիան։ Կիրառուած մեթոտը կապուած է մետաղի տեսակին եւ աղտոտուածութեան տիպին։

Երբ մետաղի հանքաքարը կը հանդիսանայ մետաղի եւ ոչ մետաղի իոնական միացութիւն, մաքուր մետաղի դուրսբերման համար այդ սովորաբար կ'ենթարկուի հալեցման՝ տաքացում, որ կ'ուղեկցի վերականգնմամբ։ Շատ տարածուած մետաղներ, ինչպէս՝ օրինակ երկաթը, կը հալեն, կիրառելով ածխածին, որպէս վերականգնող։ Շարք մը մետաղներ, ալիւմինն ու նատրիումը, չունին ոչ տնտեսապէս արդարացուած վերականգնող եւ կ'արդիւնահանուին էլեկտրոլիզի միջոցով։^[2][3]

Սուլֆիտային հանքաքարերը չեն բարելաւուիր մինչեւ որ վերածուին մաքուր մետաղի, բայց կ'այրին օդին մէջ՝ օքսիտի վերածման նպատակով։

• Մետաղական փայլ (բնորոշ է ոչ միայն մետաղներու համար. առկայ է նաեւ ոչ մետաղներ իոտի եւ գրաֆիտի տեսքով ածխածին|ածխածնի]] մօտ)
• լաւ ելեկտրահաղորդականութիւն
• Դիւրին մեքանիկական մշակման հնարաւորութիւն (տե՛ս փլասթիկութիւն, սակայն որոշ մետաղներ, օրինակ Գերմանիոյ մէջ ու պիսմութը փլասթիկ չեն)
• Բարձր խտութիւն (սովորաբար մետաղները ոչ մետաղներէն ծանր են)
• Հալման բարձր ջերմաստիճան (բացառութիւններ են՝ սնդիկն ու ալկալիական մետաղները)
• Բարձր ջերմահաղորդականութիւն
• Ռէակցիաներուն մէջ, հիմնականին մէջ, կը հանդիսանան վերականգնողներ

Բոլոր մետաղները (բացի սնդիկէն եւ պայմանականօրէն ֆրանսիումէն) սովորական պայմաններու մէջ, կը գտնուին պինդ ագրեգատային վիճակի մէջ, սակայն ունին տարբեր կարծրութիւն։ Ստորեւ ներկայացուած են շարք մը մետաղներու կարծրութիւնները՝ ըստ Մոոսի շարքի.

Մաքուր մետաղներու հալման ջերմաստիճանը կը տատանուի -39^оС-էն (սնդիկ) 3410^о С միջակայքին մէջ (Վոլֆրամ)։ Մետաղներու մեծամասնութեան հալման ջերմաստիճանը (բացի ալկալիական մետաղներէն) բարձր է, սակայն որոշ «նորմալ» մետաղները, օրինակ՝ անագն ու կապարը, կարելի է հալեցնել հասարակ ելեկտրական կամ կազէ վառարանի վրայ։

Կախեալ խտութենէն՝ մետաղները կ'ըլլան թեթեւ (խտութիւնը 0,53 ÷ 5 գ/սմ³) եւ ծանր (5 ÷ 22,5 գ/սմ³)։ Ամենաթեթեւ մետաղն է լիթիումը (խտութիւնը 0.53 գ/սմ³)։ Ամենածանր մետաղը ներկայիս կարելի չէ նշել, որովհետեւ ամենածանր մետաղներու՝ օսմիումի եւ իրիտիումի, խտութիւնները գրեթէ հաւասար են (մօտ 22.6 գ/սմ³ - ճիշդ երկու անգամ աւելի, քան կապարի խտութիւնը), իսկ ատոնց ստոյգ խտութեան հաշիւը չափազանց դժուար է՝ ատոր համար անհրաժեշտ է լրիւ մաքրել մետաղը, որովհետեւ իւրաքանչիւր խառնուրդ կը ցածցնէ ատոնց խտութիւնը։

Մետաղներու մեծամասնութիւնը առաձգական է, այսինքն մետաղեայ լարը կարելի է թեքել, եւ ան չի կտրուիր։ Այս տեղի կ'ունենայ մետաղներու ատոմներու շերտերու՝ առանց անոնց միջեւ կապի խախտման տեղաշարժներու պատճառով։ Ամենաառաձգական մետաղներն են ոսկին, երկաթն ու պղինձը։ Ոսկիէն կարելի է պատրաստել 0.003 մմ. հաստութեամբ թիթեղ, որ կը կիրառուի իրեղէնի ոսկեպատման համար։ Սակայն ոչ բոլոր մետաղներն են առաձգական։ Ցինկի եւ անագի լարը կը ճռթճռթի՝ այն ծռելու պահուն, մանգանն ու պիսմութը, ձեւափոփոխութեան չեն ենթարկուիր եւ գրեթէ ընդհանրապէս չեն թեքուիր, այլ միանգամէն կը կտրուին։

Առաձգականութիւնը կախեալ է նաեւ մետաղի մաքրութենէն. այդպէս՝ շատ մաքուր քրոմը բաւականին առաձգական է, սակայն ատոր մէջ չնչին խառնուրդի պարագային՝ ան կը դառնայ փխրուն եւ աւելի կարծր։ Որոշ մետաղներ, ինչպէս ոսկին, արծաթը, կապարը, ալիւմինը, օսմիումը, կրնան միաձուլուիլ իրարու հետ, սակայն այդ կը խլէ տասնեակ տարիներ։

Բոլոր մետաղները ելեկտրական հոսանքի լաւ հաղորդիչներ են, ատոնց բիւրեղային ցանցի առկայ շարժուն էլեկտրոններով, որոնք կը շարժին ելեկտրական դաշտի ազդեցութեան տակ։ Արծաթը, պղինձն ու ալիւմինը ունին ամենաբարձր ելեկտրահաղորդականութիւն, որուն պատճառով վերջին երկուքը յաճախակի կ'օգտագործուին հաղորդալարերու պատրաստման համար։ Բարձր ելեկտրահաղորդականութիւն ունի նաեւ նատրիումը։ Փորձարարական թեքնիկի մէջ, յայտնի են նատրիումային ելեկտրահաղորդալարերու՝ նատրիումով լեցուած չժանգոտուող պողպատէն խողովակներու, կիրառման փորձեր։ Նատրիումի ցած տեսակարար զանգուածի շնորհիւ, հաւասարաչափ դիմադրութեան պ, նատրիումայի պարագային լարերը կը ստացուին պղնձեայ եւ նոյնիսկ ալիւմինէ լարերէն զգալիօրէն թեթեւ։

Մետաղներու բարձր ջերմահաղորդականութիւնը նոյնպէս կախեալ է ազատ էլեկտրոններու շարժունակութենէն։ Այդ պատճառով ջերմահաղորդականութեան շարքը կը նմանի ելեկտրահաղորդականութեան շարքին, ուստի ջերմութեան, ինչպէս նաեւ ելեկտրական հոսանքի ամենալաւ հաղորդիչը կը հանդիսանայ արծաթը։ Նատրիումը նոյնպէս կը կիրառուի, որպէս ջերմութեան լաւ հաղորդիչ։ Լայն տարածուած է նատրիումի օգտագործումը օրինակ ինքնաշարժներու շարժիչներու սառելուն եւ բարելաւման համար։

Մետաղներու մեծամասնութեան գոյնը գրեթէ նոյնն է՝ բաց մոխրագոյն՝ երկնագոյն երանգով։ Ոսկին, պղինձն ու ցեզիումը համապատասխանաբար դեղին, կարմիր եւ բաց դեղին գոյն ունին։

Ստորեւ աղիւսակի տեսքով կը ներկայացուի որոշ մետաղներու կարծրութիւնը ըստ Մոսսի սանդխակի^[4]։

Մետաղներու մեծամասնութեան արտաքին էներգիական մակարդակին մէջ, առկայ է էլեկտրոններու փոքր քանակ (1-3), այդ պատճառով անոնք ռէակցիայի մեծ մասին մէջ, հանդէս կու գան որպէս վերականգնողներ (այսինքն «կու տան» իրենց էլեկտրոնները)։

Պարզ Նիւթերու Հետ Փոխազդեցութիւնը

• Թթուածինի հետ կը փոխազդեն բոլոր մետաղները, բացի ոսկիէն եւ բլադինէն։ Արծաթի հետ փոխազդեցութիւնը կը նկատուի միայն բարձր ջերմաստիճաններու պարագային, սակայն արծաթի (II) օքսիտը գրեթէ չ'առաջանար, որովհետեւ ան ջերմապէս անկայուն է։ Մետաղի տեսակէն կախեալ՝ ելանիւթը կրնայ ըլլալ օքսիտ, փերօքսիտ։

${\displaystyle \mathrm {4Li+O_{2}=2Li_{2}O} }$ լիթիումի օքսիտ

${\displaystyle \mathrm {2Na+O_{2}=Na_{2}O_{2}} }$ նատրիումի փերօքսիտ

${\displaystyle \mathrm {K+O_{2}=KO_{2}} }$ կալիումի գերրօքսիտ

Փերօքսիտէն օքսիտ ստանալու համար փերօքսիտը կը վերականգնի մետաղի միջոցով.

${\displaystyle \mathrm {Na_{2}O_{2}+2Na=2Na_{2}O} }$

Միջին եւ ցած աշխուժութեան մետաղներու հետ ռէակցիան կ'անցնի տաքցնելու միջոցով.

${\displaystyle \mathrm {3Fe+2O_{2}=Fe_{3}O_{4}} }$

${\displaystyle \mathrm {2Hg+O_{2}=2HgO} }$

${\displaystyle \mathrm {2Cu+O_{2}=2CuO} }$

• Ազոտի հետ կը փոխազդեն միայն ամենաաշխոյժ մետաղները, սենեակային ջերմաստիճանին մէջ կը փոխազդէ միայն լիթիումը՝ կազմելով նիտրիտներ։

${\displaystyle \mathrm {6Li+N_{2}=2Li_{3}N} }$

Տաքնալու պարագային՝

${\displaystyle \mathrm {2Al+N_{2}=2AlN} }$

${\displaystyle \mathrm {3Ca+N_{2}=Ca_{3}N_{2}} }$

• Ծծումբի հետ կը փոխազդեն բոլոր մետաղները՝ բացի ոսկիէն ու բլադինէն.

Երկաթը կը փոխազդէ ծծումբի հետ տաքնալու պարագային, կազմելով սուլֆիտ։

${\displaystyle \mathrm {Fe+S=FeS} }$

• Ջրածինի հետ կը փոխազդեն միայն ամենաաշխոյժ մետաղները, այսինքն IA եւ IIA խումբերու տարրերը, բացառութեամբ պերիլիումի։ Ռէակցիաները կ'իրականանան տաքնալու ատեն՝ կազմելով հիտրիտներ։ Ռէակցիաներուն մէջ, մետաղը կը հանդիսանայ վերականգնող, ջրածինի օքսիտացման աստիճանը -1 է։

${\displaystyle \mathrm {2Na+H_{2}=2NaH} }$

${\displaystyle \mathrm {Mg+H_{2}=MgH_{2}} }$

• Ածխածինի հետ կը փոխազդեն միայն ամենաաշխոյժ մետաղները, ընդ որու՝ ռէակցիայի ընթացքին կը ստանան ացետիլենիտներ կամ մեթանիտներ։ Ացետիլենիտները ջուրի հետ փոխազդելէն կու տան աթետիլեն, մեթանիտները՝ մեթան։

${\displaystyle \mathrm {2Na+2C=Na_{2}C_{2}} }$

${\displaystyle \mathrm {Na_{2}C_{2}+2H_{2}O=2NaOH+C_{2}H_{2}} }$

Թթուներու հետ մետաղները կը փոխազդեն տարբեր ձեւերով։ Այն մետաղները, որոնք ելեկտրոքիմիական աշխուժութեան շարքին մէջ, ինկած են ջրածինէն առաջ, կը փոխազդեն գրեթէ բոլոր թթուներու հետ։

Կը կատարուի տեղակալման ռէակցիա, որ նաեւ կը հանդիսանայ օքսիտա-վերականգնման ռէակցիա.

${\displaystyle {\mathsf {Mg+2HCl=MgCl_{2}+H_{2}\uparrow }}}$

${\displaystyle {\mathsf {2Al+2H_{3}PO_{4}=2AlPO_{4}+3H_{2}\uparrow }}}$

Օքսիտացնող թթուները կրնան փոխազդել նաեւ ելեկտրաքիմիական շարքին մէջ, ջրածինէն ետք գտնուող մետաղներու հետ.

${\displaystyle {\mathsf {Cu+2H_{2}SO_{4}=CuSO_{4}+SO_{2}\uparrow +2H_{2}O}}}$

Շատ նօսրացած թթուն կը փոխազդէ մետաղի հետ դասական դրոյթներուն համապատասխան.

${\displaystyle {\mathsf {Mg+H_{2}SO_{4}=MgSO_{4}+H_{2}\uparrow }}}$

Թթուի կոնցենտրացիայի մեծացման ատեն, կը կազմուին տարբեր ելանիւթեր.

${\displaystyle {\mathsf {Mg+2H_{2}SO_{4}=MgSO_{4}+SO_{2}\uparrow +2H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {3Mg+4H_{2}SO_{4}=3MgSO_{4}+S\downarrow +4H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {4Mg+5H_{2}SO_{4}=4MgSO_{4}+H_{2}S\uparrow +4H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {Cu+4HNO_{3}(60\%)=Cu(NO_{3})_{2}+2NO_{2}\uparrow +2H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {3Cu+8HNO_{3}(30\%)=3Cu(NO_{3})_{2}+2NO\uparrow +4H_{2}O}}}$

Աշխոյժ մետաղներու հետ փոխազդեցութեան ատեն, ռէակցիաներու տարբերակները աւելի կը շատնան.

${\displaystyle {\mathsf {Zn+4HNO_{3}(60\%)=Zn(NO_{3})_{2}+2NO_{2}\uparrow +2H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {3Zn+8HNO_{3}(30\%)=3Zn(NO_{3})_{2}+2NO\uparrow +4H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {4Zn+10HNO_{3}(20\%)=4Zn(NO_{3})_{2}+N_{2}O\uparrow +5H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {5Zn+12HNO_{3}(10\%)=5Zn(NO_{3})_{2}+N_{2}\uparrow +6H_{2}O}}}$

${\displaystyle ~{\mathsf {4Zn+10HNO_{3}(3\%)=4Zn(NO_{3})_{2}+NH_{4}NO_{3}+3H_{2}O}}}$

Լեգիրումը հալւոյթի մէջ յաւելեալ տարրերու ներմուծումն է, որոնք կը փոխեն հիմնական մետաղի մեքանիկական, ֆիզիքական ու քիմիական յատկութիւնները։

• Տարբեր մետաղներու կարծրութեան սանդխակ Archived 2014-03-30 at the Wayback Machine.
• «Մետաղներ» ամսագիրի կայք

• Մետաղներու յատկութիւնները
• Մետաղներու կառուցուածքը