Μέταλλα και κράματα

Ένα καρφί σε μπλε διάλυμα

Ρίξε ένα σιδερένιο καρφί σε ένα ποτήρι με μπλε διάλυμα θειικού χαλκού. Σε λίγα λεπτά το καρφί σκεπάζεται με ένα κοκκινωπό στρώμα. Αν περιμένεις αρκετές ώρες, το μπλε χρώμα του διαλύματος ξεθωριάζει.

Το κοκκινωπό στρώμα είναι χαλκός. Ο σίδηρος πήρε τη θέση του χαλκού στην ένωση και τον έδιωξε έξω, ως καθαρό μέταλλο. Αν κάνεις το ανάποδο, και βάλεις ένα χάλκινο σύρμα σε διάλυμα θειικού σιδήρου, δεν γίνεται απολύτως τίποτα.

Γιατί ο ένας διώχνει τον άλλο και όχι το αντίστροφο; Αυτό είναι το κεντρικό ερώτημα του μαθήματος.

Τι κοινό έχουν τα μέταλλα

Τα περισσότερα στοιχεία του περιοδικού πίνακα είναι μέταλλα: βρίσκονται αριστερά και στο κέντρο του. Όσο διαφορετικά κι αν μοιάζουν ο σίδηρος, ο χαλκός και το αλουμίνιο, μοιράζονται τις ίδιες ιδιότητες:

• Έχουν μεταλλική λάμψη όταν η επιφάνειά τους είναι καθαρή.
• Είναι καλοί αγωγοί της θερμότητας και του ηλεκτρισμού.
• Είναι ελατά (γίνονται φύλλα με σφυρηλάτηση) και όλκιμα (γίνονται σύρματα).
• Σε θερμοκρασία δωματίου είναι στερεά, με μία εξαίρεση: ο υδράργυρος, που είναι υγρός.

Τα αμέταλλα, όπως το θείο, ο άνθρακας και το οξυγόνο, είναι συνήθως το αντίθετο: χωρίς λάμψη, κακοί αγωγοί, και τα στερεά τους θρυμματίζονται αντί να λυγίζουν. Ο γραφίτης είναι η γνωστή εξαίρεση: αμέταλλο που άγει τον ηλεκτρισμό.

Στις χημικές αντιδράσεις, τα άτομα των μετάλλων χάνουν εύκολα ηλεκτρόνια και γίνονται θετικά ιόντα, όπως το $\text{Na}^+$ ή το $\text{Cu}^{2+}$ στα άλατα που ήδη ξέρεις.

Η σειρά δραστικότητας

Δεν χάνουν όλα τα μέταλλα ηλεκτρόνια το ίδιο εύκολα. Αν τα κατατάξεις από το πιο πρόθυμο στο πιο απρόθυμο, παίρνεις τη σειρά δραστικότητας:

$$\text{K} \;\; \text{Na} \;\; \text{Ca} \;\; \text{Mg} \;\; \text{Al} \;\; \text{Zn} \;\; \text{Fe} \;\; \text{Sn} \;\; \text{Pb} \;\; (\text{H}) \;\; \text{Cu} \;\; \text{Hg} \;\; \text{Ag} \;\; \text{Au}$$

Αριστερά, το κάλιο και το νάτριο: αντιδρούν βίαια ακόμα και με το νερό, γι' αυτό φυλάγονται κάτω από πετρέλαιο. Δεξιά, ο άργυρος και ο χρυσός: μένουν αναλλοίωτοι για αιώνες, γι' αυτό βρίσκουμε χρυσά κοσμήματα σε αρχαίους τάφους να λάμπουν ακόμα.

Γίνεται ή δεν γίνεται;

Για κάθε ζευγάρι, βρες τα δύο στοιχεία στη σειρά δραστικότητας. Το ελεύθερο μέταλλο πρέπει να είναι αριστερότερα από αυτό που βρίσκεται στην ένωση.

Τι θα γίνει;

Χρυσός σε υδροχλωρικό οξύ

Γίνεται αντίδρασηΔεν γίνεται

0 / 8

Μια αντικατάσταση γράφεται με χημική εξίσωση, και η εξίσωση πρέπει να είναι ισοσταθμισμένη. Ο άργυρος είναι μονοσθενής και ο χαλκός δισθενής, οπότε εδώ οι συντελεστές δεν είναι όλοι $1$:

Χαλκός σε νιτρικό άργυρο

Ένα άτομο χαλκού γίνεται ιόν Cu²⁺ και δίνει δύο ηλεκτρόνια· κάθε ιόν αργύρου χρειάζεται ένα. Βρες τους συντελεστές ώστε κάθε στοιχείο να μετρά το ίδιο και στις δύο πλευρές.

▲▼1Cu+▲▼1AgNO₃→▲▼1Cu(NO₃)₂+▲▼1Ag

Στοιχείο	Αντιδρώντα	Προϊόντα
Ζωντανή ενημέρωση
Cu	1	1✓
Ag	1	1✓
N	1	2✗
O	3	6✗

Δεν ισοσταθμίζεται ακόμα

Κράματα: μέταλλα ανακατεμένα

Τα καθαρά μέταλλα συχνά δεν είναι αρκετά καλά για τη δουλειά που θέλουμε. Ο καθαρός χρυσός είναι τόσο μαλακός που χαράζεται με το νύχι. Ο καθαρός σίδηρος σκουριάζει.

Γι' αυτό τα λιώνουμε μαζί με άλλα στοιχεία και φτιάχνουμε κράματα: ομογενή μείγματα ενός μετάλλου με άλλα μέταλλα ή με αμέταλλα. Το κράμα έχει άλλες ιδιότητες από τα συστατικά του, συνήθως είναι σκληρότερο, και συχνά λιώνει σε χαμηλότερη θερμοκρασία.

Τα κέρματα των $10$, $20$ και $50$ λεπτών του ευρώ είναι από το λεγόμενο «σκανδιναβικό χρυσό»: ένα κράμα με περίπου $89\%$ χαλκό και μικρές ποσότητες αλουμινίου, ψευδαργύρου και κασσιτέρου. Δεν περιέχει καθόλου χρυσό· απλώς του μοιάζει.

Ας το κάνουμε μαζί

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση