Introduction to Chemistry

Termit

• miningToiminta, jossa kiinteitä arvotavaroita irrotetaan maasta.
• seosMetalli, joka on kahden tai useamman alkuaineen yhdistelmä, joista ainakin yksi on metalli.
• alkuperäinen metalliMetalli, jota esiintyy metallisessa muodossaan joko puhtaana tai seoksena luonnossa.

alkuperäiset metallit

Alkuperäinen metalli on mikä tahansa metalli, jota esiintyy metallisessa muodossaan luonnossa joko puhtaana tai seoksena. Metalleja, joita esiintyy natiivina esiintyminä yksittäin ja/tai seoksissa, ovat muun muassa antimoni, arseeni, vismutti, kadmium, kromi, koboltti, indium, rauta, nikkeli, seleeni, tantaali, telluuri, tina, titaani ja sinkki.

Luonnossa esiintyy myös kahta metalliryhmää: kultaryhmää ja platinaryhmää.

• Kultaryhmään kuuluvat kulta, kupari, lyijy, alumiini, elohopea ja hopea.
• Platinaryhmään kuuluvat platina, iridium, osmium, palladium, rodium ja rutenium.

Luonnossa esiintyy suurempina määrinä vain kultaa, hopeaa, kuparia ja platinametalleja. Geologisella aikaskaalalla hyvin harvat metallit kestävät luonnollisia sääolosuhteita, kuten hapettumista. Tämän vuoksi vain vähemmän reaktiivisia metalleja, kuten kultaa ja platinaa, esiintyy luonnonmetalleina. Muut esiintyvät yleensä yksittäisinä taskuina, joissa luonnollinen kemiallinen prosessi pelkistää metallin yleistä yhdistettä tai malmia. Tällöin puhdas metalli jää jäljelle pieninä hiutaleina tai sulkeumina.

Natiivimetallit olivat esihistoriallisen ihmisen ainoa mahdollisuus saada metallia. Metallien talteenottoprosessi niiden malmista (jota kutsutaan sulatukseksi) uskotaan löydetyn noin 6500 eaa. tienoilla. Näitä metalleja löytyi kuitenkin vain suhteellisen pieniä määriä, joten niitä ei voitu käyttää laajasti. Vaikka kupari ja rauta tunnettiin siis jo hyvissä ajoin ennen kuparikautta ja rautakautta, niillä ei ollut suurta vaikutusta ihmiskuntaan ennen kuin ilmaantui teknologia, jolla niitä pystyttiin sulattamaan malmeistaan ja siten tuottamaan massatuotantona.

Seokset

Seos on kahden tai useamman alkuaineen seos kiinteässä liuoksessa, jossa pääkomponentti on metalli. Useimmat puhtaat metallit ovat joko liian pehmeitä, hauraita tai kemiallisesti reaktiivisia käytännön käyttöön. Metallien eri suhteiden yhdistäminen seoksiksi muuttaa puhtaiden metallien ominaisuuksia haluttujen ominaisuuksien aikaansaamiseksi. Seoksia valmistettaessa pyritään yleensä tekemään metalleista vähemmän hauraita, kovempia tai korroosionkestävämpiä tai parantamaan niiden väriä tai kiiltoa.

Kaikkien nykyisin käytössä olevien metalliseosten joukossa raudan seokset (teräs, ruostumaton teräs, valurauta, työkaluteräs ja seosteräs) muodostavat suurimman osan sekä määrällisesti että kaupallisesti. Eri hiilipitoisuuksilla seostettu rauta antaa matala-, keski- ja runsashiilisiä teräksiä; lisääntyneet hiilipitoisuudet vähentävät sitkeyttä ja sitkeyttä. Piitä lisäämällä saadaan valurautoja, kun taas kromia, nikkeliä ja molybdeeniä lisäämällä hiiliteräksiin (yli 10 %) saadaan ruostumattomia teräksiä.

Muut merkittävät metalliseokset ovat alumiinin, titaanin, kuparin ja magnesiumin metalliseokset. Kupariseoksia on tunnettu jo esihistoriasta lähtien – pronssi antoi pronssikaudelle nimensä – ja niillä on nykyään monia sovelluksia, joista tärkeimpiä ovat sähköjohdot. Kolmen muun metallin seokset on kehitetty vasta hiljattain; niiden kemiallisen reaktiivisuuden vuoksi ne edellyttävät elektrolyyttistä uuttamista. Alumiinin, titaanin ja magnesiumin seoksia arvostetaan niiden korkean lujuus-painosuhteen vuoksi, ja magnesium voi myös tarjota sähkömagneettisen suojan. Nämä materiaalit soveltuvat erinomaisesti tilanteisiin, joissa suuri lujuus-painosuhde on tärkeämpi kuin materiaalikustannukset, kuten ilmailu- ja avaruusalalla ja joissakin autoteollisuuden sovelluksissa. Erityisesti erittäin vaativiin sovelluksiin, kuten suihkumoottoreihin, suunnitellut seokset voivat sisältää yli kymmenen alkuaineita.

Malmit

Metalleja louhitaan usein maapallolta kaivostoiminnan avulla, jolloin syntyy malmeja, jotka ovat suhteellisen runsaita tarvittavien alkuaineiden lähteitä. Malmia etsitään malminetsintätekniikoilla, minkä jälkeen malmiesiintymiä tutkitaan ja tutkitaan. Mineraalilähteet jaetaan yleensä pintakaivoksiin, joita louhitaan kaivamalla raskaalla kalustolla, ja maanalaisiin kaivoksiin.

Malmin louhinnan jälkeen metallit on louhittava talteen, tavallisesti kemiallisella tai elektrolyyttisellä pelkistyksellä. Pyrometallurgiassa käytetään korkeita lämpötiloja malmin muuttamiseksi raakametalleiksi, kun taas hydrometallurgiassa käytetään samaan tarkoitukseen vesikemiaa. Käytettävät menetelmät riippuvat metallista ja niiden epäpuhtauksista.

Jos metallimalmi on kyseisen metallin ja jonkin muun kuin metallin ioniyhdiste, malmi on yleensä sulatettava (tai kuumennettava pelkistävän aineen kanssa) puhtaan metallin erottamiseksi. Monet tavalliset metallit, kuten rauta, sulatetaan käyttämällä hiiltä pelkistävänä aineena. Joillakin metalleilla, kuten alumiinilla ja natriumilla, ei ole kaupallisesti käyttökelpoista pelkistävää ainetta, ja ne erotetaan elektrolyysin avulla. Sulfidimalmeja ei pelkistetä suoraan metalleiksi, vaan ne paahdetaan ilmassa oksideiksi.

.