A fémek

A fémek közé tartozik az ismert elemek nagyobbik része (négyötöde). Éles határ nincs a fémek és a nemfémek tulajdonságai között, de elektromos vezetőképességük hőmérsékletemelés hatására bekövetkező változása alapján az elemek e két csoportját egymástól egyértelműen megkülönböztethetjük. A fémek elektromos vezetőképessége a hőmérséklet emelésével csökken. A jellegzetesen fémes tulajdonságok csak cseppfolyós és szilárd állapotban érvényesülnek.

A fémrács jellemzői

Fémrácsú anyagok

  1. elemek:

    kisebb EN-ú, külső héjukon kevés elektront tartalmazó elemek:

    • az s-mező összes eleme (a hidrogén kivételével),
    • a d-mező összes eleme, az f-mező összes eleme,
    • a p-mező kisebb EN-ú elemei (Al, Sn, Pb, Bi).



  2. ötvözetek:

    fémeknek fémekkel vagy más anyagokkal alkotott keverékei, melyek folyékony állapotban homogének, szilárd állapotban bennük legfeljebb mikroszkóposan tudunk határfelületeket megkülönböztetni.

  3. vegyületek:

  4. néhány fémvegyület, amelyek tulajdonságai megfelelnek a fémrács feltételeinek. Ilyenek pl. egyes fém-szulfidok (kalkopirit: CuFeS2, antimonit: Sb2S3).

A fémek részecskéi általában három kristályrácstípus valamelyikébe rendeződnek.

  1. Szabályos, lapon centrált kockarács.

    Egy-egy fémiont azonos távolságban 12 másik fémion vesz körül, tehát a koordinációs szám 12.


  2. Szabályos térben centrált kockarács.

    Egy-egy fémion körül 8 másik fémion van, amelyek összekötve hexaéder (kocka) alakot ad. A fémionok ezen a 8 ionon kívül további 6 ionnal is kapcsolatban állnak.



  3. Hatszöges (hexagonális), legszorosabb illeszkedésű rács.

    Minden fémiont 6 másik vesz körül egy síkban, alatta és felette pedig 3-3 fémion van, a koordinációs szám tehát 12. Ez a kristályrács a legtömörebb szerkezetű, az ilyen kristályrácsot alkotó fémek sűrűsége viszonylag a legmagasabb.

A fémek fizikai tulajdonságai


Ötvözetek

Elnevezés Szerkezet Példa Tulajdonságok

Szilárd oldat

a.)    szubsztitúciós

b.)    rácsközi

Közel azonos méretű atomok alkotta tetszőleges arányú elegy.

Au – Ag

Fe – Ni

Kisebb vezetőképesség, az ellenállás kisebb hőmérsékletfüggése.
A nagyobb méretű atomok közé beékelődő kis atomok fém és H, C, B, N, O Keményebb, ridegebb, kisebb vezetőképesség, az ellenállás kisebb hőmérsékletfüggése
Vegyülettípusú ötvözet Eltérő tulajdonságú fémek, vagy fém + nemfém közötti, nem sztöchiometrikus képletnek megfelelő anyagok (pl. Fe3C) Kemények, ridegek
Eutektikus ötvözetek Határozott összetételű elegykristályok (eutektikumok) + a fölöslegben lévő fém kristályai (mikrokristályos szerkezet) Fe + grafit; szürke nyersvas Igen alacsony olvadáspont

 

A fémek kémiai tulajdonságai

- A reakciókban az elemi állapotú fémek oxidálódnak, tehát redukálószerek!

Reakcióik:

 

A fémek jellemzői vegyületeikben

Oxidációs számuk: az atomok vegyértékelektronjai által meghatározott, így az…

Fémek előállítása vegyületeikből

A fémek előállítása kémiai redukcióval

Fontosabb redukálószerek:

Az ipari előállítás részfolyamatai:

  1. Az érc előkészítése és átalakítása (érc: az adott fém valamely vegyületét és egyéb anyagokat - ún. meddőkőzet - tartalmazó, a természetben előforduló keverék, amelyből a fém gazdaságosan kinyerhető).

    - Őrlés: az érc aprítása.
    - Darabosítás: az érc apró szemcséinek nagyobb szemcsékké történő alakítása.
    - Dúsítás: a meddőkőzet mennyiségének csökkentése.
    - Feltárás: az eljárás során egy oldhatatlan anyagot kémiai reakció során oldhatóvá alakítanak.
    - Pörkölés: oxidációs vagy hőbontási folyamat, amely során az érc fémtartalma a redukcióra alkalmassá válik: pl.

    FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2

    vagy a karbonátos érc hőbomlása és oxidációja:

    FeCO3 FeO + CO2
    4FeO + O2 2Fe2O3

    mely folyamatok során keletkező oxidok már alkalmasak a szenes redukcióra.

  2. A redukció folyamata: pl. az Al-ot elektrolízissel, a Fe-t szenes redukcióval redukálják.

  3. Az előállított fém további átalakítása: szennyező anyagainak, illetve a fémrács szerkezetének megváltoztatásával utólag módosíthatjuk a fém tulajdonságait. Az acélgyártásnál a széntartalmat csökkentik, ezzel rugalmasabb fémet kapnak; ötvözéssel jelentősen megváltoztathatók a fémeknek nemcsak a fizikai, hanem a kémiai sajátságai is.

 

A fémek korróziója

Korrózió:

A környezet hatására az anyagok felületéről kiinduló változás, mely végül az egész tárgyat tönkreteheti. A fémek korróziója oxidáció, mely a fémeknek a levegő különböző komponensei hatására következik be.

A korrózióra való hajlamot több tényező befolyásolja. Így a

Korrózió alakul ki ún. helyi elem képződésekor. Ha két fém egymással és közös elektroliton keresztül is érintkezik (pl. vékony, közös folyadékréteg vonja be az érintkező fémeket), akkor

Korrózióvédelem

  1. Passzív: olyan védőbevonat kialakítása a fém felületén, amely csak a bevonat megsérüléséig jelent tökéletes védelmet:
  1. Aktív: a védendő fémet nála kisebb elektródpotenciálú fémmel érintkezésbe hozva olyan helyi elem alakul ki, amelyben a védőfém oldódik! Ekkor a védőfém gyakorlatilag a teljes oxidációjáig védi a másikat a korróziótól.

- archívum -

- vissza a tematikához -