Jacek Regulewski

IIId

Występowanie i zastosowanie metali lekkich, ciężkich, szlachetnych i fluorowców

Metale Szlachetne

Złoto - cywilizacja odnalazła złoto w 3000 r. p. n. e. Złoto jest miękkim jasnożółtym metalem. Niczym nie zanieczyszczone, jest najbardziej miękkie, kowalne i ciągliwe ze wszystkich metali. Bardzo łatwo rozbija je się na bardzo cienkie metaliczne błony o grubości 0,00001 cm a około 30 g złota rozciągnięto w drut o długości około 100 km. Jest doskonałym przewodnikiem elektryczności i ciepła. Metal ten jest praktycznie obojętny na działanie zwykłych substancji. Rozpuszcza się w wodzie królewskiej, w chlorkach, bromkach i niektórych jodkach. Złoto jest wykorzystywane w jubilerstwie i do produkcji monet. Metal ten używany jest również do produkcji specyficznych barwników. Złoto jest również używane w stomatologii i w medycynie jako promieniotwórczy izotop do leczenia raka.

Srebro - jest białym lśniącym metalem przewodnictwie cieplnym i elektrycznym lepszym niż jakikolwiek inny metal. Ten wartościowy i piękny metal znany był już od starożytności. Alchemicy nazwali ten metal Luną lub Diana i przyporządkowali mu symbol sierpu księżyca. Srebro pod względem kowalności i plastyczności ustępuje tylko złotu. Jest twardsze niż złoto, lecz bardziej miękkie niż miedź. Pierwiastek ten jest mało reaktywny chemicznie. Jest nierozpuszczalny w rozcieńczonych kwasach i alkaliach lecz rozpuszcza się w stężonym kwasie siarkowym (VI) i azotowym (V). W normalnych temperaturach nie reaguje z tlenem i z wodą. Siarka i siarczki atakują srebro i niszczą jego powierzchnie tworząc siarczek srebra (Ag₂S). Powstały czarny siarczek srebra jest jedną z najbardziej nierozpuszczalnych soli i dlatego reakcja z siarką wykorzystywana jest w chemii analitycznej do oznaczania ilości jonów srebra. Powszechnie znanym wykorzystaniem srebra jest użycie go w wyrobach jubilerskich. Metal ten zwykle stapia się z innymi w celu zwiększenia twardości i wytrzymałości stopu. Srebro wykorzystywane jest również jako warstwa odbijająca w niektórych lustrach. Ze wzglądu na mały opór elektryczny używane jest w przemyśle elektrotechnicznym. Niektóre związki tego pierwiastka stosowane są jako środki antyseptyczne i bakteriobójcze. Ciemniejące na świetlne związki srebra z fluorowcami używane są do produkcji błon światłoczułych.

Platyna - jest rzadkim, chemicznie obojętnym metalem o szarobiałym kolorze. Wykorzystywano ja już w starożytnej w Grecji i Cesarstwie Rzymskim w formie stopu z innymi metalami które jej zwykle towarzyszą. Charakteryzuje się wysoką temperaturą topnienia, jest kowalna i plastyczna, ma względnie duży właściwy opór elektryczny. Jest bardzo odporna na chemiczne działanie większości substancji. Rozpuszcza się bardzo powoli w wodzie królewskiej. Reaguje z chlorowcami. Platyna znalazła głównie zastosowanie w jubilerstwie i technice dentystycznej. Wysoką temperaturę topnienia platyny i jej obojętność chemiczną wykorzystuje się w technice laboratoryjnej do produkcji różnego rodzaju przyrządów. Dodaje się do niej wtedy trochę irydu. Wykorzystuje się ją do produkcji styków elektrycznych i czujników narażanych na wysokie temperatury. Stop platyny z kobaltem ma ciekawe właściwości magnetyczne

Fluorowce

Fluor - jest niewiele cięższym od powietrza gazowym pierwiastkiem, trującym, o mocnym atakującym błonę śluzową zapachu. Jako gaz posiada zielonożółte zabarwienie, skroplony i w fazie stałej ma barwę jasnożółtą . Fluor jest najbardziej elektroujemnym i jednym z najreaktywniejszych pierwiastków z którymi zazwyczaj tworzy związki bardzo stałe. Tworzy on nawet z niektórymi gazami szlachetnymi tworząc fluorki helowców. Na powierzchni Al, Cu, Fe i Ni fluor tworzy ochronna warstwę fluorków powstrzymującą dalsze reakcje, dlatego fluor przechowuje się w pojemnikach właśnie z tych metali. Fluor występuje w dużych ilościach w skorupie ziemskiej, jednak nie w stanie wolnym. Najczęściej spotykane jego związki to fluoryt (CaF₂), apatyt (Ca₅ (PO)₄·3(OH,F) oraz kriolit Na₃AlF₆. Fluor ma bardzo szerokie zastosowanie w przemyśle. Freony (fluorowcopochodne węglowodorów) wykorzystywane były do wypełniania aerozolów i jako chłodziwa do lodówek, zaniechano ich stosowanie ze względu na szkodliwy wpływ na środowisko. Teflon jest bardo odporny chemicznie i termicznie, dlatego używa się go przy produkcji uszczelek, a także do wyrobu patelni i kuchenek. Fluorowodór (HF) jest najważniejszym związkiem fluoru, używa się go trawienia szkła, produkcji wysokooktanowych. Fluorek uranu(VI) (UF₆) ma zastosowanie przy rozdzielaniu izotopów tego promieniotwórczego pierwiastka. Niektóre związki fluoru dodawane są do past do zębów oraz wody pitnej w celu zapobiegania chorobom zębów.

Chlor - jest żółto-zielonym 2,5 razy cięższym od powietrza gazem, silnie trującym o brzydkim duszącym zapachu. Chlor jest reaktywnym, dobrze rozpuszczalnym w wodzie pierwiastkiem. Jego reaktywność wzrasta kiedy jest zawilgocony, tworzy wtedy związek nawet ze złotem (AuCL₃). Z wodorem tworzy chlorowodór (HCl), reakcja ta katalizowana światłem jest silnie egzotermiczna, a nawet wybuchowa. Trujące właściwości chloru zostały wykorzystane w czasie I wojny światowej (gaz bojowy). Chlor nie występuje w przyrodzie w stanie wolnym. Jego najbardziej rozpowszechniona forma to jony chlorkowe (Cl^-) zawarte w wodzie morskiej. Chlor jest kluczowym związkiem wielu gałęzi przemysłu, a zapotrzebowanie na niego ciągle wzrasta. Używa się go do bielenia (przemysł papierniczy i celulozowy), odkażanie (ziarno, woda, ścieki). Związki tego pierwiastka są również ważnym półproduktem i odczynnikiem w syntezie innych, organicznych i nieorganicznych substancji (fenole, insektycydy, DDT, freony). Wodne roztwory chloru są powszechnie stosowane w gospodarstwie domowym.

Brom - w normalnych warunkach jest on trującą, łatwo parująca czerwonobrunatną cieczą. W stanie lotnym jest on cięższy od powietrza składa się z dwuatomowych cząsteczek, powoduje ostre zapalenie błon śluzowych. W stanie ciekłym przy zetknięciu ze skórą powoduje bolesne ciężko gojące się rany. Obok rtęci jest jednym z dwóch pierwiastków pozostających cieczami w temperaturze pokojowej. Tworzy związki z większością pierwiastków, lecz nie jest tak reaktywny jak chlor. Z sodem reaguje bardzo wolno i dopiero po podgrzaniu. Brom występuje szeroko w przyrodzie, najwięcej jest go w oceanach (jonki bromkowe). Towarzyszy on także chlorowi w złożach soli. Stosuje się go głównie w środkach gaśniczych oraz do otrzymywania barwników i pestycydów, jest też składnikiem wielu leków. Dużą część produkowanego bromu zużywa się do produkcji bromku etylu (dibromoetan C₂H₄Br) dodawanego do paliw jako środek przeciwstukowy. Bromek srebra (I) jest głównym składnikiem emulsji fotograficznej. Fluorki bromu (BrF₃) i (BrF₅) stosuje się do fluorowania, a bromiany są odczynnikami w chemii analitycznej

Jod - jest on połyskliwym, trującym ciałem stałym, sublimującym po podgrzaniu i dającym fioletowe opary o drażniącym zapachu. Jod jest bardzo reaktywny, słabo rozpuszcza się w wodzie , za to dobrze w alkoholach, chloroformie i innych organicznych rozpuszczalnikach. Największe ilości jodu występują w wodzie morskiej oraz w Chile towarzysząc saletrze chilijskiej. Jod jest ważnym składnikiem naszych organizmów, jako składnik hormonów. Jego brak powoduje zaburzenia wzrostu i pracy tarczycy. W medycynie jod i jego alkoholowe roztwory (jodyna) wykorzystuje się do dezynfekcji. Używa się go także w fotografice i przy produkcji barwników. Promieniotwórcze izotopy jodu stosowane są w nauce i medycynie, jego związki stosowane są jako silne utleniacze.

Metale Lekkie

Lit - Srebrzystobiały, miękki i bardzo reaktywny. Lit jest najlżejszym metalem, odkryto go w 1817r. pierwiastek ten tworzy dwie odmiany alotropowe. Stopiony ma duże, porównywalne z wodą, ciepło właściwe. Jest dobrym przewodnikiem elektryczności. Lit i jego związki zabarwiają płomień na karminowo-czerwony kolor. Metal ten jest na tyle miękki że można go kroić nożem. Przekrojony bardzo szybko pokrywa się na powietrzu warstwą tlenku, tracąc połysk. Szerokie zastosowanie znalazł w technice jądrowej. Wykorzystywany jest także w reaktorach wysokotemperaturowych jako chłodziwo wewnętrznego obiegu. W metalurgii służy do odgazowywania i uszlachetniania stopów. Jest podstawowym składnikiem wydajnych baterii i akumulatorów. Pełni funkcję katalizatora chemicznego w niektórych reakcjach. Jest także dodawany do smarów.

Beryl - Pierwiastek ten jest stalowoszarym, stosunkowo twardym i kruchym metalem. Odkryty został w 1797 r. Przez Louisa Nicolasa Vauquelina. Beryl tworzy kryształy i sieci heksagonalne. Na powietrzu pokrywa się warstwą tlenku o bardzo dużej twardości. Najczęściej białe lub bezbarwne związki berylu wykazują duże podobieństwo do związków glinu, z którymi najczęściej występują. Jego nazwa pochodzi od berylu, głównego minerału w którym występuje. Beryl ma duże znaczenie jako składnik stopów. Wykorzystywany jest do budowy różnego rodzaju powłok ochronnych. Stosowany jest w technice rentgenowskiej. Super czysty beryl wykorzystuje się także jako moderator i przy lustrach neutronowych. Drut wykonany z bardzo czystego berylu potrafi przenosić w tym samym czasie setki sygnałów. Zabarwiona odmiana berylu to szmaragd.

Sód - Ten srebrzystobiały, miękki, lekki i bardzo reaktywny metal odkryty został w1807r. Jest najbardziej reaktywnym ze wszystkich litowców. Jest na tyle miękki, że może być krojony nożem. Przekrojony po krótkiej chwili pokrywa się na powietrzu warstwą tlenku, tracąc metaliczny połysk. Reaguje bardzo gwałtownie z wodą tworząc wodorotlenek i wydzielając wodór. Metaliczny sód wykorzystuje się w dużych ilościach w przemyśle chemicznym do wytwarzania nadtlenku i cyjanku sodu. Używany jest także jako reduktor i katalizator w chemii organicznej. Stosuje się go w energetyce jądrowej oraz do lamp sodowych.

Magnez - lekki, srebrzystobiały metal o połysku który szybko zanika na powietrzu. Odkryto go w 1808 roku, czysty magnez jest plastyczny i łatwo obrabialny, jednak już niewielkie zanieczyszczenia pogarszają te właściwości. Magnez jest drugim po berylu najlżejszym metalem. Nie reaguje na wolnym powietrzu. W temperaturze pokojowej reaguje tylko z kwasami. Podgrzany, reaguje gwałtownie z tlenem paląc się białym bardzo jasnym płomieniem. Jest dobrym przewodnikiem elektryczności. Jego związki były stosowane przez medycynę już 2000 lat temu. Związki magnezu wykorzystuje się bardzo szeroko w wielu najróżniejszych dziedzinach. Najważniejszym jego minerałem jest węglan magnezu (MgCo₃) używany głównie jako minerał ogniotrwały i izolacyjny. Chlorek magnezu znalazł zastosowanie jako środek impregnujący. Związek ten zmieszany z tlenkiem magnezu tworzy szybko schnący cement zwany cementem Sorela. Magnez w stopach z innymi pierwiastkami tworzy wytrzymałe, lekkie i obojętne chemicznie materiały, wykorzystywane głownie do budowy samolotów, a także przedmiotów codziennego użytku. Czysty magnez używany był dawniej jako proszek fotograficzny i pełnił rolę dzisiejszej lampy błyskowej. Obecnie stosowany jest do wypełniania amunicji oświetlającej, jako materiał na pokrycia innych metali i w technice próżniowej.

Potas - został odkryty i nazwany przez brytyjskiego chemika w 1807r. Należy do grupy litowców. Jest bardzo lekki, miękki i może byś krojony nożem. Świeżo przekrojony ma srebrzystobiałą barwę i jasny połysk, który bardzo szybko zanika na skutek reakcji z tlenem atmosferycznym. Jest bardzo reaktywnym pierwiastkiem, błyskawicznie utlenia się na powietrzu, burzliwie reaguje z wodą, wydzielają wodór, który zapala się od ciepła reakcji. Jest ważnym składnikiem tkanek roślin i zwierząt. Potas jest radioaktywny i ma czas półtrwania ok. 1 miliarda lat. Pierwiastek tan jest coraz częściej wypierany przez sód, który jest wygodniejszy w użyciu. Bromek potasu znalazł zastosowanie m. in. jako dodatek do wywoływaczy w fotografice, do produkcji bromku srebra, w litografii i medycynie.

Bar - jest miękkim, srebrzystym i bardzo reaktywnym metalem. Po raz pierwszy wyizolował go angielski badacz w 1808r. Pierwiastek ten jest bardzo reaktywny, gwałtownie reaguje z wodą. Czysty bar wykorzystywany jest w niewielkim stopniu. Używa się go czasem do pokrywania przewodników metalicznych w elektronice oraz systemach zapłonu w samochodach.

Wapń - jest reaktywnym, srebrzystobiałym metalem. Wyizolowany został w po raz pierwszy 1808r.przez brytyjskiego chemika. Wapń może tworzyć 3 odmiany alotropowe. Występuje w formie mieszaniny wielu izotopów, z których aż 6 jest trwałych. Ten kowalny i ciągliwy metal ulega reakcji utleniania tlenem atmosferycznym. W suchym zimnym powietrzu reakcja jest dość powolna, lecz po podgrzaniu, wapń reaguje dość gwałtownie. W wyższej temp. pierwiastek ten reaguje z halogenkami, siarką, fosforem, wodorem i wodą. Pierwiastek ten jest ważnym składnikiem organizmów żywych (zęby, kości, przesyłanie impulsów nerwowych, krew i inne). Wolny wapń wykorzystywany jest w metalurgii, gdzie pełni rolę reduktora innych metali. Używa się go do pokrywania stopów ołowiowych (nadaje im twardość) do osuszania alkoholi i jako środek odtleniający miedź i nikiel.

Rubid - jest reaktywnym chemicznie metalem z grupy litowców. Odkryty został w 1860r. metodą spektroskopii przez 2 niemieckich naukowców. Pierwiastek ten jest bardzo miękkim metalem o srebrzystym zabarwieniu. Na świeżo przekrojonej powierzchni wykazuje metaliczny połysk. W naturze występuje jako mieszanina 2 izotopów. Rubid to 2 metal pod względem reaktywności. Jego reakcje zbliżone są do reakcji potasu, lecz przebiegają znacznie gwałtowniej. Na powietrzu zapala się samorzutnie tworząc tlenek rubidu. Reaguje nawet z zimną wodą, a wydzielający się wodór zapala się przez ciepło reakcji. Stopiony rubid jest bardzo reaktywny, reaguje nawet ze szłem. Duży koszt otrzymywania rubidu ogranicza jego przemysłowe zastosowania. Używany jest w lampach próżniowych i jako katalizator. Promieniotwórczy izotop rubid jest używany w technice datowania. Jodek rubidu wykorzystuje się w technice elektrolitycznej oraz w medycynie.

Metale Ciężkie

Chrom - jest jasnoszarym, twardym i kruchym, metalicznym pierwiastkiem. Należy do grupy metali przejściowych. Odkryty został przez francuskiego chemika w 1797r. Odkrywca nazwał go chromem z powodu różnobarwnych związków które tworzy. Chrom jest średnio reaktywnym pierwiastkiem, nie rozpuszcza się w większości kwasów poza solnym (HCL) i rozcieńczonym siarkowym. Związki chromu są bardzo toksyczne, zwłaszcza te w których występuje on na +4 stopniu utlenienia. Najczęstszym zastosowaniem chromu jest stapianie go z żelazem. Stale będące takimi stopami są bardzo odporne na korozję i wysoką temperaturę. Jest również składnikiem stopów przeznaczonych do wyrobu narzędzi tnących i skrawających. Efektownym zastosowaniem chromu jest chromowanie, czyli pokrywanie błyszczącą warstwą chromu, innych, mniej szlachetnych i połyskliwych metali. Niektóre jego związki są także używane jako składniki farb i w fotografice (materiały światłoczułe).

Wolfram - jest jednym z pierwiastków przejściowych, odkryty został przez szwedzkiego chemika w 1781r. lub jak uważają niektórzy, przez hiszpańskich braci w 1783r. Czysty wolfram jest srebrzystobiałym i kowalnym metalem. Zanieczyszczony, techniczny wolfram jest stalowoszary, kruchy i twardy. Pierwiastek tan ma najwyższą temp. topnienia ze wszystkich metali. Wolfram wykorzystywany jest przede wszystkim w przemyśle elektrycznym jako podstawowy budulec drutów żarzących w piecach elektrycznych, kontaktach i żarówkach. Stosowany jest również jako składnik stopów z żelazem (daje stali wytrzymałość). Stale w wolframem służą do produkcji m.in. narzędzi tnących.

Mangan - jest srebrzystobiałym metalem przejściowym. Uznany został po raz pierwszy za pierwiastek przez szwedzkiego chemika w 1774r. Pod względem właściwości fizyczno-chemicznych mangan zbliżony jest do żelaza. Jest twardszy i bardziej kruchy. Jest średnio reaktywny, na powietrzu pokrywa się chroniącą go warstwą tlenków. Rozpuszcza się w kwasach. Z niemetalami najczęściej reaguje po podgrzaniu i dość gwałtownie. Nie reaguje z wodorem. Tworzy 4 odmiany alotropowe. Jest jednym z tak zwanych pierwiastków czystych tzn. występujących w postaci tylko jednego izotopu. Znaczną część produkowanego manganu wykorzystuje się w metalurgii do odtleniania żelaza i stali. Używany jest także do wytwarzania materiałów odpornych na zużycie (np. sejfy). Ze względu na odporność na wodę morską wykorzystywany jest do budowy np. śrub okrętowych. Ze stopów manganu produkuje się oporniki, których oporność w małym stopniu zależy od temperatury. Jako popularny manganian (VII) potasu (KMnO₄) używany jest do dezynfekcji, jako utleniacz i w chemii analitycznej (manganometria). Tlenek manganu (IV) (MnO₂) używany jest w bateriach i farbach.

Miedz - znana była już w czasach prehistorycznych, prawdopodobnie była pierwszym metalem jaki wykorzystywali ludzie. Samorodków tego metalu używano do robienia grotów strzał. Miedź jest brązowo-czerwonym, średnio twardym, kowalnym i ciągliwym metalem przejściowym. Jest doskonałym przewodnikiem ciepła i elektryczności, ustępuje jedynie srebru. Jej własności fizyczne zależą w dużej mierze od zawartości tlenu i technologii produkcji. Domieszki pogarszają jej przewodnictwo, lecz zwiększają wytrzymałość. Jako metal półszlachetny wykazuje dużą odporność na korozję. Pod wpływem tlenu atmosferycznego pokrywa się chroniącą warstwą tlenku. Reaguje z fluorowcami, wilgotnymi fluorowcowodorami, siarką i dwutlenkiem siarki. Szybko rozpuszcza się w stężonym kwasie siarkowym i azotowym. Miedz i jej związki są zabójcze dla wielu mikroorganizmów. Miedź jest obecnie obok żelaza i aluminium jednym z najważniejszych metali używanych przez człowieka. Używa się jej głównie w elektrotechnice, choć zastępuje ją powoli aluminium. Duże przewodnictwo cieplne miedzi znalazło zastosowanie przy produkcji elementów grzejnych i wymienników ciepła. Odporność na korozję wykorzystuje się m. in. w budownictwie i przemyśle. Metal ten jest także ważnym katalizatorem. Stopy miedzi znane były od tysiącleci. Najważniejsze z nich to brązy - stopy miedzi z cyną. Związki miedzi są szeroko stosowane w różnych dziedzinach. Związki kompleksowe miedzi używane są m. in. przy przetwarzaniu ropy naftowej. Związki miedzi (III) stosowane są jako utleniacze.

Żelazo - srebrzystobiałe żelazo jest bezwzględnie najważniejszym pierwiastkiem metalicznym cywilizacji. Znane było już w czasach prehistorycznych. Najwcześniejsze ślady wykorzystywania żelaza, datowanie na 4000r. p. n. e., znaleziono w Egipcie. Jest względnie miękkim, ciągliwym i kowalnym metalem przejściowym. Występuje w trzech odmianach alotropowych. Jest dość reaktywne, ale różnie reaguje z różnym pierwiastkiem (z większością z nich dopiero po podgrzaniu). W zależności od temperatury i stężenia substratów tworzą się różne produkty. Z tlenem utlenia się w suchym powietrzu w temp. 150^oC. W temp. poniżej 200^oC reaguje tylko z fluorowcami. Żelazo jest ferromagnetykiem o temp. Curie ok. 800^oC.

Kobalt - jest stalowoszarym, terromagnetycznym metalem przejściowym. Odkryty został przez szwedzkiego chemika w 1735r. Pierwiastek ten tworzy 2 odmiany alotropowe. Przypomina właściwościami żelazo ma jednakże niższą temperaturę Curie. Wytrzymałością i twardością przewyższa stal. Jego właściwości fizyczne w dużej mierze zależą od zanieczyszczeń. W pokojowej temperaturze jest odporny na działanie powietrza, ponieważ pokrywa jest ochronną warstwą tlenków. Z niemetalami reaguje dopiero po silnym podgrzaniu. Jest stosunkowo odporny na działanie kwasów utleniających. Rozpuszcza się w rozcieńczonych kwasach azotowym i siarkowym. Naturalnym izotopem kobaltu jest ⁵⁰Co, który przekształcony w reaktorze w ⁶⁰Co, używany jest jako źródło promieniowania gamma zwane bombą kobaltową. Wykorzystywane jest ono w badaniach naukowych, w technice i lecznictwie. Kobalt jest także ważnym składnikiem stali zwiększając jej wytrzymałość (stop zwany widią jest jednym z najtwardszych istniejących stopów metali) i trwałość wykonanych z niej magnesów. Metal ten znalazł także zastosowanie jako katalizator. Kobalt tworzy szereg barwnych związków często używanych jako barwniki oraz odczynniki chemii analitycznej do wykrywania innych pierwiastków.

Nikiel - jest srebrzystym, szarym metalem z bloku metali przejściowych. Przez wiele stuleci był nieświadomie używany w stopach z miedzią. Wyizolowany został dopiero w 1751r. Przez szwedzkiego chemika. jest twardym, ciągliwym i kowalnym metalem. Tworzy dwie odmiany alotropowe. Można go polerować na wysoki połysk. Jest dobrym przewodnikiem ciepła i elektryczności. Silnie rozdrobniony wykazuje własności piroforyczne. Pierwiastek ten występuje jako pięć trwałych izotopów. Jest słabo reaktywnym pierwiastkiem. Rozpuszcza się w rozcieńczonych kwasach mineralnych. W stężonym kwasie azotowym pasywuje. Nikiel wykorzystuje się głównie jako pokrycie mniej szlachetnego żelaza i stali (elektroliza), gdzie zwiększa wytrzymałość i odporność na korozje. Stale takie wykorzystuje się w przemyśle samochodowym. Sieć krystaliczna niklu posiada właściwość „pochłaniania” atomów wodoru. W silnie rozdrobnionym metalu może się zmieścić ok. 17 razy więcej wodoru niż wynosi jego objętość. Właściwość ta wykorzystywana jest jako katalizator w wielu procesach m.in. w hydrogenizacji ( chemicznym utwardzaniu) tłuszczów. Jest składnikiem baterii niklowo-kadmowych. Jego stopy z miedzią służą do produkcji monet.

Kadm - jest srebrzystobiałym, łatwo kształtowalnym metalem. Odkryty został przez niemieckiego chemika w 1817r. Podgrzany kadm pali się na powietrzu jasnym płomieniem tworząc tlenek (CdO). Kadm i jego związki są bardzo toksyczne, wykazują przy tym efekty kumulacyjne, podobne do związków rtęci. W temperaturach bliskich zeru bezwzględnemu pierwiastek ten wykazuje własności nadprzewodzące. Odporny chemicznie kadm używany jest w metalurgii jako materiał do pokrywania metali. W stopach obniża temperaturę topnienia. Ze stopów z ołowiem, cyną czy bizmutem wykonane są m.in. elementy termicznych czujek przeciwpożarowych, czy bezpieczników elektrycznych. Stop kadmu z ołowiem i cynkiem wykorzystuje się jako stop lutowniczy. Związki kadmu wykorzystywane są w fotografice, przy produkcji sztucznych ogni fluorescencyjnych farb czy w przemyśle szklarskim. Jedną z ważniejszych cech kadmu jest jego wielka zdolność do pochłaniania tzw. wolnych neutronów będących podstawą reakcji rozszczepienia jąder uranu w reaktorach. Buduje się z niego elementy kontrolujące tę reakcję i zabezpieczenie (pręty kadmowe).

Cynk - biały metal przejściowy o lekkim niebieskawym odcieniu, odkryty został przez niemieckiego chemika w 1746r. w czystej formie jest ciągliwy a zanieczyszczony staje się kruchy (łatwo można go mielić na pył) jest metalem średnio reaktywnym. Dzięki tworzeniu warstw ochronnych nie reaguje z tlenem, wodą, fluorowcami, fluorowcowodorami i siarkowodorem. Jest silnie atakowany przez powietrze zawierające tlenek siarki (IV) (SO₂). Dobrze reaguje z kwasami i wodorotlenkami litowców. Łatwo tworzy tlenki podwójne z innymi metalami np. żelazem (ZnFe₂O₃). Dobrze rozpuszczalne związki tego metalu są toksyczne. Cynk ma względnie niskie temperatury przemian fazowych. W temperaturach bliskich zeru bezwzględnemu wykazuje własności nadprzewodzące. Czysty metal stosuje się głównie do pokrywania żelaznych przedmiotów, aby zabezpieczyć je przed korozją (np. wiadra cynkowe, blacha ocynkowana). Cynk jako mniej szlachetny, chroni żelazo tworząc z nim ogniwo i „bierze korozję na siebie”. Powłoka taka jest - w przeciwieństwie do powłok że szlachetnych metali (chrom, nikiel) - bardzo trwała i nie wrażliwa na przerwanie ciągłości. Wolny cynk stosowany jest również w tzw. suchych bateriach. Jest on także ważnym składnikiem stopów. Pył cynkowy używany jest jako reduktor. Mosiądz, stop cynku z miedzią znany jest ludzkości już od 3000 lat. Jest ważnym składnikiem enzymów i hormonów. Jego niedobór powoduje zaburzenia wzrostu. Ciekawymi związkami cynku są tlenki podwójne z innymi metalami (ZnM₂O₄ gdzie M jest trójwartościowym metalem). Związki te znalazły zastosowanie jako katalizator (tlenek z chromem, ferromagnetyki (żelazem) i w chemii analitycznej (kobalt).

Glin - (nazwa handlowa aluminium) ten lekki, srebrzystobiały metal o ciężarze ok. 1/3 ciężaru żelaza jest najbardziej rozpowszechnionym metalem na kuli ziemskiej. Pełni największą rolę w przemyśle ze wszystkich metali. Po raz pierwszy wyizolowany został w 1825r. przez duńskiego chemika w procesie ulepszonym później przez niemieckiego chemika. Czystą postać tego metalu uzyskał w 1855r. francuski uczony. Wykonał on pierwszy przedmiot z tego metalu - grzechotkę dla syna Napoleona III. Czysty glin był wówczas tak cenny jak złoto. Glin należy do bardzo reaktywnych pierwiastków. Na powietrzu pokrywa się natychmiast ochronną warstwą tlenków. Jest silnym reduktorem. Tlenek glinu jest amfoteryczny, przejawia właściwości zarówno tlenków kwasowych jak i zasadowych (zależy to od środowiska reakcji). Pierwiastek ten jest bardzo dobrym przewodnikiem ciepła i elektryczności. W temperaturze bliskich zeru bezwzględnemu wykazuje własności nadprzewodzące, ma także dość wysoką temperaturę topnienia. Jest łatwo ciągliwy i można go rozdrobnić na proszek. Lekkość i wytrzymałość glinu sprawia, że pierwiastek ten używany jest do budowy elementów konstrukcyjnych wszędzie tam, gdzie wymagana jest wytrzymałość i lekkość (samoloty, wagony i samochody). Ze względu na dużą przewodność cieplną jest wykorzystywany do budowy tłoków silników spalinowych. Używa się go do wyrobu przedmiotów gospodarstwa domowego. Lekkość glinu wykorzystywana jest w transmisji energii elektrycznej. Długie, wiszące aluminiowe kable są o wiele lżejsze i tańsze od porównywalnych pod względem przewodności, kabli miedzianych. Pierwiastek ten wykorzystywany jest także w architekturze, w przemyśle spożywczym jako folia aluminiowa czy materiał do produkcji opakowań (puszki). Odporność aluminium ma korozyjne działanie wody morskiej znalazła zastosowanie przy budowie kadłubów statków oraz innych podwodnych urządzeń. Niewielkie pochłanianie neutronów przez ten pierwiastek wykorzystywane jest w reaktorach niskotemperaturowych. Ze względu na wytrzymałość której nie utrzymują w niskich temperaturach inne materiały, używany jest w technice kriogenicznej. W technice wojskowej wzrasta jego rola jako materiał do budowy pancerzy i powłok ochronnych. We wszystkich tych dziedzinach wykorzystuje się przede wszystkim stopy glinu z innymi metalami.

Bizmut - pierwiastek ten jest stosunkowo rzadkim metalem o różowawym zabarwieniu. Znana go już w czasach starożytnych, ale aż do XVIII w. mylono z ołowiem cyną lub cynkiem. Tworzy trój- i pięciowartościowe związki. Ciekawą właściwością bizmutu jest zwiększanie własnej objętości podczas krzepnięcia (podobnie jak krzepnąca woda). Zjawisko to wykorzystuje się w technice odlewniczej. Niektóre z jego stopów mają niezwykle niskie temperatury topnienia. Charakteryzuje się dużym diamagnetyzmem. Jest słabym przewodnikiem ciepła i elektryczności. Przewodnictwo to zależy w dużym stopniu od pola magnetycznego. Właściwość ta znalazła zastosowanie przy mierzeniu tego pola. Podobnie jak ołów, dobrze ekranuje promieniowanie gamma. Bizmut ma największą masę atomową z niepromieniotwórczych pierwiastków. Jego związek z manganem (MnBi) jest trwałym magnesem.

Ołów - jest ciężkim metalem o szarym zabarwieniu. Znany był już w starożytności. Wspomina się go w m. in. w Starym Testamencie. Ołów jest bardzo miękkim, kowalnym i ciągliwym metalem. Lekko podgrzany staje się plastyczny i daje się łatwo formować. Dość słabo przewodzi elektryczność. W temperaturach bliskich zeru bezwzględnemu wykazuje własności nadprzewodzące. Świeża powierzchnia ołowiu jest srebrzysta, lecz bardzo szybko się pokrywa się warstwą tlenków dając metalowi szary matowy kolor. Na powietrzu ołów wolno reaguje z wodą tworzą toksyczny, rozpuszczalny w wodzie wodorotlenek. Zanurzony w wodzie otacza się warstwą nierozpuszczalnych soli ołowiu hamujących powstawanie wodorotlenku. Ołów występuje w przyrodzie w postaci ośmiu izotopów. Jest on podstawowym końcowym produktem rozpadu jądrowego uranu, toru i aktynu. Ołów wykorzystywano już w starożytnym Rzymie. Z jego stopu z cyną robiono rury i naczynia. Obecnie wielkie ilości tego pierwiastka używa się do produkcji baterii i akumulatorów. Buduje się z niego specjalistyczne zbiorniki. W technice jądrowej pełni rolę materiału ekranującego promieniowanie. Ołów jest składnikiem wielu stopów różnych metali. Jego związki używane są do produkcji farb, barwników oraz trucizn. Ze względu na toksyczność ołowiu obowiązuje zakaz stosowania farb zawierających ten pierwiastek w pomieszczeniach zamkniętych. Ołów po dostaniu się do wnętrza ustroju jest bardzo toksyczny. Wielce szkodliwe jest wystawianie się na długotrwałe działanie tego pierwiastka. Powoduje on osłabienie organizmu, anemię i częściowe paraliże (stawy). Dzieci są szczególnie wrażliwie na wpływ tego metalu. Wywołuje on u nich zaburzenia w rozwoju umysłowym, problemy z motoryką i słuchem.

Rtęć - w temperaturze pokojowej, jest płynnym metalem przejściowym o szarym, połyskliwym zabarwieniu. Znana była już w czasach starożytnych. Za pierwiastek uznana została po raz pierwszy przez francuskiego chemika. Rtęć jest płynną, mobilną cieczą i często określa się ją jako „żywe srebro”, „płynne srebro” lub „szybkie srebro”. Pierwiastek ten w temperaturze pokojowej powoli paruje. W tej temperaturze zestala się przy ciśnieniu ok. 7640 atmosfer (wartość to jest jednostka przy opisywaniu bardzo wysokich ciśnień). W temperaturach bliskich zeru bezwzględnemu rtęć wykazuje własności nadprzewodzące. metal ten rozpuszcza się w kwasie azotowym i stężonym siarkowym. Tworzy, z większością zwykłych metali (poza żelazem), stopy zwane amalgamatami. Pierwiastek ten jest niebezpieczną substancją. Pary rtęci oraz niektóre jej sole (rozpuszczalne w wodzie i tłuszczach) są bardzo szkodliwe, gdy dostają się do ustroju człowieka. Powodują one nieodwracalne zmiany w mózgu, wątrobie i nerkach. Szczególne niebezpieczeństwo tzw. biokumulacja rtęci. Pierwiastek ten po dostaniu się do wody morskiej „wychwytywany” jest przez niektóre gatunki organizmów morskich. Stanowią one swoisty filtr dla tego pierwiastka. Najbardziej popularnym zastosowaniem rtęci jest użycie jej w termometrach. Ciecz ta ma prawie stały współczynnik rozszerzalności cieplnej w funkcji temperatury. Stosowana jest także w pompach próżniowych, barometrach, prostownikach, stycznikach elektrycznych. Pary rtęci wykorzystuje się jako źródło promieniowania ultrafioletowego m. in. solariach. Czasem stosuje się ją w specjalistycznych silnikach turbinowych gdzie zastępują wodę. Znaczne ilości tego pierwiastka używane są do oczyszczania rud innych metali, zanieczyszczoną rudę płucze się rtęcią, która rozpuszcza wolny metal. Po rozpuszczeniu, roztwór jest destylowany w celu odparowania rtęci.

Cyna - jest popularnym białym metalem. Znana jest ludzkości już od czasów starożytnych. Metal ten znajdowano w grobowcach starożytnych Egipcjan, którzy uważali go za odmianę ołowiu. Szeroko stosowano cynę w czasach Imperium Rzymskiego, kiedy to sprowadzono ją z Kornwalii. Metal ten jest ciągliwy i plastyczny już w stosunkowo niskich temperaturach (ok. 100^oC). Przy temperaturze ok. 13^oC przechodzi w odmianę alotropową zwaną cyną szarą, która jest amorficznym szarym proszkiem. Ochładzany metal pokrywa się cętkami (cyna chora). Wiele historycznych przedmiotów z cyny uległo zniszczeniu na skutek tego procesu. Inną ciekawą własnością tego metalu jest dźwięk wydawany przez zginany pręt cynowy powodowany tarciem jej kryształów i nazywany „płaczem cyny”. Szara odmiana tego pierwiastka wykazuje cechy półprzewodnika. W temperaturach bliskich zeru bezwzględnemu cyna wykazuje własności nadprzewodzące. Cyna jest metalem szeroko wykorzystywanym w przemyśle. Warstwy cynowej używa się jako ochrony dla m. in. miedzi. Jest ważnym składnikiem stopów i lutów. Jej stop z tytanem jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym. Wchodzi w skład niektórych insektycydów.

Pomoce naukowe:

Encyklopedia chemiczna - Anna Kazimierska

Układ Okresowy Pierwiastków - Piotr Życzyński

8

---