KE4: Materiaalit ja teknologia 1/5

METALLIT

Jaksollinen järjestelmä

Metallit jaksollisessa järjestelmässä

Suurin osa jaksollisen järjestelmän alkuaineista on metalleja.

Metallimaisuus

• kuinka helposti alkuaine luovuttaa elektroneja

Atomisäde

• kun ytimen varaus pienentyy, ytimen ja elektronien välinen vetovoima heikkenee

atomisäde kasvaa

Ionisoitumisenergia

• energiamäärä, joka vaaditaan irrottamaan elektroni kaasumaisessa tilassa olevalta neutraalilta atomilta.

Elektroniaffiniteetti

• vapautuvan tai sitoutuvan energian määrää, kun elektroni liittyy kaasumaisessa tilassa olevaan atomiin tai ioniin
• mitä negatiivisempi arvo, sitä helpompi atomiin tai ioniin on liittää elektroneja

Metallien elektronegatiivisuus

Metallien elektronegatiivisuusarvot ovat pienempiä kuin epämetalleilla. 

muodostavat positiivisia ioneja

Metallit

Metallien valmistus

• Malmi: raaka-aine, jossa tietyn metallin pitoisuus on niin suuri, että sen louhiminen on taloudellisesti kannatettavaa.
• Mineraali: luonnossa esiintyvä alkuaine tai epäorgaaninen yhdiste; sillä on tietty kemiallinen koostumus ja jonkinlainen kiderakenne.
  • Mineraalit syntyvät geologisissa prosesseissa, joita ovat esim: magmatismi, sedimentaatio ja metamorfoosi
• Yhdiste

• Metallit esiintyvät harvoin alkuainemuodossa.
  • jalometalleja voi löytää luonnosta alkuainemuodossa
  • muut metallit esiintyvät yhdisteinä, erilaisina mineraaleina
  • ioniyhdisteitä
• Metallien irrottamiseen yhdisteistä käytetään erilaisia menetelmiä
  • I ja II ryhmä ja Al yleensä sähkökemiallisia menetelmät
• Suomessa valmistettavia metalleja ovat mm. rauta, koboltti, nikkeli, kupari ja sinkki.
  • Co, Ni, Cu ja Zn valmistetaan sulfidi-yhdisteistä
  • Fe valmistetaan rautaoksideista

Metallien valmistus

Malmien rikastaminen

Rikastaminen voi tapahtua joko

a) Vaahdotuksella,

b) Sedimentoinnilla tai

c) Magneettisella menetelmällä

Vaahdotus

Metallien elinkaari

• Metalleja voidaan valmistaa myös kierrättämällä

Sivuryhmien metallit

Sivuryhmien metallit

• voidaan käyttää katalyytteinä
  • teolliset kemianprosessit kannattavia
  • Fe ammoniakin valmistuksessa
  • Ni, Pd, Pt hydrausreaktioissa
• tärkeitä teollisuudessa

Sivuryhmien metallien elektronirakenne

d-lohkon metallit voivat muodostaa useita positiivisia ioneja

Aiheeseen palataan, kun käsitellään hapetuslukuja.

Kertausta: elektronien täyttymisjärjestys

Energiaminimi, kun atomilla on pysyvä tai suhteellisen pysyvä elektronirakenne:

Energiaminimi ja elektronien täyttymisjärjestys

s

p

d

f

1. Oktetti
   (uloin kuori)
2. Täysi uloin energiataso
3. Täysi uloin alataso
   (s, p, d tai f)
4. Alatason puolimiehitys esim.          tai

Siirtymäalkuaineet

• d-lohkon metallit, jotka muodostavat ainakin yhden ionin, jolla on osittain täyttynyt d-orbitaali

• elektronit voivat siirtyä saman kuoren d-orbitaalilta toiselle tai ulomman kuoren tyhjälle s-orbitaalille

• Elektronit voivat virittyä
• virittymiseen riittää usein näkyvän valon energia

Kompleksiyhdisteet

• Kompleksiyhdisteillä tarkoitetaan molekyylejä, jotka ovat muodostuneita
  • keskusatomista tai -ionista
  • sitä ympäröivistä ioneista, molekyyleistä tai atomeista, ligandeista.
• Rakenteessa keskusatomina toimii positiivisesti varautunut siirtymämetalleihin kuuluva metalli-ioni, johon on liittynyt koordinaatiosidoksella ligandeja.
• Riippuen keskusatomin koosta ja varauksesta ligandeja saattaa olla 1–12.
  • ​koordinaatioluku

Kompeleksiyhdisteen avaruusrakenne