Fysik

Nogen der vil retten f/k- projekt om metaller? plz hjælp!

18. oktober 2009 af tyrkishsara (Slettet) - Niveau: 9. klasse

hej er der nogen der lige vil rette en fysik-kemi projekt som jeg har skrevet? I må meget gerne give jeres mening og rette den!

tusind tak på forhånd :D

Metaller

Metaller har altid spillet en stor rolle. De bliver anvendt til fremstilling af vigtige værktøj og maskiner. I vores hverdage møder vi ofte metaller: skolen hjemmet, på arbejdet ude på gaden osv., altså næsten overalt hvor man er. De er meget vigtige for det industrielle marked, fordi materialet er meget stærkt og nemt af forme. Ca. 75 % af grundstofferne er metaller. Der findes letmetaller, tungmetaller og ædelmetaller. Metaller er glansfulde (man kan måske ikke se det på de metaller som man se normalt, men det er fordi at der er dannet kemiske forbindelser på overfladen af dem, hvis man skærer i overfladen af, vil man kunne se at de er skinnende blanke), de ledere varme og elektricitet. Det gode ved de fleste metaller er at de kan bøjes og trækkes uden at knække. Grunden til at metaller har sådan nogle gode egenskaber kan være at de består af atomer med løst bundne valenselektroner, og kan dermed transportere strøm. Blandt de mest kendte metaller er jern, aluminium, guld, sølv, magnesium og nikkel. Der findes 114 grundstoffer, men der findes 92 grundstoffer i naturen, og af dem er de 81 metaller. I Den Periodiske system er metallerne placeret til venstre for den trappelinje. De grundstoffer der er i nærheden af stregen er halv-metaller og resten kaldes for ikke-metaller.

Metallets egenskaber:
Elektrogas giver metallet speciale egenskaber.
Metallets egenskaber er:
Leder strøm
Leder varme
Lys refleks
Nemt at bearbejde (valsning, støbning, svejsning)
Har metalglans
Metaller består af atomer med løst bundne elektroner, derfor kan metaller lede strøm, og har nemt ved at indgå i kemiske forbindelser.

Elektronskaller:
Der findes over 100 forskellige grundstoffer i Den Periodiske System. Et atom er den mindste del af et grundstof. I et atoms centrum en kerne. Kernen består af protoner, der er positive og neotroner som er negative (ledende). Udenom er kernen der nogle ringe, der hedder ”Skaller”. Skallerne indeholder elektroner. Der er forskel fra grundstof til grundstof, altså på antal elektroner og skaller de har. I den inderste skalle kan der højest være 2 elektroner, men der må gerne være mindre. Den anden skalle kan indeholde højest 8 elektroner og den tredje 18 elektroner. Hvis grundstoffets yderste skalle er fyldt op kan den ikke reager med andre grundstoffer. Det er ligesom den. 8. Hovedgruppe, som ikke kan reager med andre grundstoffer, derfor kaldes de for de ”ædle”. Men derimod hvis grundstoffet ikke er fyldt op kan den ment reager med andre grundstoffer.
Ved at afgive eller optage elektroner vil der opstå ioner. Når atomet afgiver, bliver de til positive, og hvis de modtager elektroner, bliver det til negative (ladning).

Ion gitter
Ion gitter opstår når grundstoffet er i fast form, fx er Natrium-chlorid et salt og kan findes i fast form. Den opstår af Na+ -ioner og Cl- -ioner. Ion gitterne virker meget stærke, fordi det er – og + ioner der sidder fast sammen, og er et tørt sted (altså ikke i vand). Hver Natrium-ion er omgivet af 6 chlor-ioner, og samtidig er hver chlor-ion er omgivet af 6 natrium-ioner.
Når NaCl opløses i vand vil vand-molekylerne bevæge sig indimellem ionerne, samtidig vil iongitterne blive ødelagt. Så de – og + ioner vil bevæge sig frit rundt i vandet, og kan dermed lede elektrisk strøm.

Metal i syre
De fleste metaller reagerer med vand, nogle hurtigt andre langsomt. Processen er det samme når de reager med syre, men det er bare meget hurtigere. Det er ikke alle metaller der reager med alle slags syrere. Her spiller spændingsrækken en stor rolle, og er meget vigtigt at tjekke, for at få tyre på hvilke metal reager med hvilken syre. Udefra kan spændingsrækken man se, hvor kraftigt de reagere med syrere.

Massefylde
Tungmetaller er tungere end jern, mens letmetaller er lettere end jern. Jerns massefylde er 7.9 g/cm3. Massefylden =massen/rumfanget.
Eks.
Et guldstykke vejr ca. 190 g og det har rumfanget 10. Cm3
Massefylden af guldstykket x=(190 g)/(10 cm3) = 19 g/cm3

 

Elektrolyse
Elektrolyse er det der opstår når der ledes elektrisk jævnstrøm gennem en væske, og der sker en reaktion, hvor et stof omdannes. Alle de væsker, der indeholder ioner, kan lede elektrisk strøm. Ved elektrolyse vil de positive ioner tiltrækkes af den negative elektriske pol. Så vil + ionerne blive neutrale. De positive elektriske på afgiver deres elektron når de negative ioner vil tiltrækkes af dem. Den fortsatte bevægelse af elektroner fra den negative pol og af ionerne til den positive pol betyder, at strømmen kan gå gennem væsken. Dermed føres der strøm i kredsløbet.
Der elektrolyseres når der fx er en genstand som skal forsølves. Man sætter en elektrisk ledning (som er negativ elektrode) til genstanden og kommer det i et elektrolyse bad. Man bruger en stor sølvstang som den positive elektrode. Væsken i elektrolyse karret er en sølvopløsning. Sølv- ionerne Ag+ vil bevæge sig hen til den negative elektrode, når der tændes for strømmen.
Elektrolyse opstår når man fx vil forgylde eller forsølve. Det betyder at man lægger et tyndt lag af guld eller sølv oven på et billiger metal, så det er ud som om det hele er et dyrt metal. Så i denne sammenhæng bruger man meget elektrolyse-metoden.

Elektrisk strøm og spænding
Det strøm der går i gennem ledningen er elektriskstrøm og består af elektroner. De elektroner er negativ ladede og bevæger sig fra minus til plus.
Ved jævnstrøm bevæger elektroderne sig kun en retning og det er fra + til -. Strømmen i et batteri er jævnstrøm. Ved vekselstrøm skifter strømretningen, så elektronerne bevæger sig først den ene så den anden retning/ vej, altså den skifter retning hele tiden. Et apparat der er tilsluttet en stikkontakt bruger vekselstrøm (230 V ˜ ).

Legering
Det er meget sjældent at der bliver brugt rene metaller. For det meste bruger man en blanding af metaller. Så det er derfor vi sjældent ser rent metal. De fleste er ofte omdannet til en legering. Legering af metaller, betyder en blanding af forskellige slags metaller og endda forskellige ikke-metaller, som fx Carbon Silicium og Phosphor. legering laves ved at man blander forskellige grundstoffer samen og op varmer dem, til de er smeltet.
Det man får ud af legering er, at legeringen kan give nogle egenskaber, som er helt forskellige fra de metaller der er i legeringen. Så legeringer er meget gode at anvende, fordi man på denne måde kan lave det metal man præcis de formler og de egenskaber man vil have (smeltepunkt, farve, styrke, formulering osv.) næsten alle de metalgenstande som vi ser til hver dagen, består af legeringer.
Krystaldefekter
Når man bøjer et kobberrør, vil der opstå en række defekter i gitteret. Der vil blive dannet zigzag-linjer i gitterne, som kaldes for linje-defekter. De danner et stærkt net, der hærder metallet. Hvis man bøjer røret ud igen, vil der opstå flere linje-defekter ved siden af dem som opstod første gang den blev bøjet.

Hærdning
Når en metalmateriale hærdes, vil dens egenskaber også ændres. Metalmaterialet vil blive hårdere, så den er mere modstandsdygtig over for andre ting som fx stød og salg. Hærdning vil give metallet en større trækstyrke og mindre sejhed. Hærdning af metal kan ske når antallet af krystaldefekter øges.
De mest kende hærdemetode er hærdningen af stål som består i opvarmning af færdigsmedede emne til rødglødende efterfulgt af bratkøling i vand.

Metal i opløsning
Vand er et godt opløsningsmiddel for ioner, f.eks. hvis du rører i en kop vand med en sølvske, går noget af sølvet i opløsning.
Du kan smage de opløse metal ioner, hvis vandet har stået for længe i rørene, smager det af metal.
Der er stor forskel på, hvor godt de forskellige metaller opløses. Jo lettere et metal går i opløsning, jo større er spændingsforskellen imellem metal og vand.
Et metal i et glas vand eller saltopløsning kaldes en elektrode.
Jo lavere elektrodespænding, jo større evne har metallet til at gå i opløsning.
Alle metaller med lavere elektronspænding end hydrogen vil afgive elektroner til H+- ioner.
Metaller med højere elektronspænding end hydrogen f.eks. guld, vil ikke opløses i syre. Derfor kaldes disse metaller ædle.
Et batteri: to forskellige metaller i hver sin saltopløsning forbundet med en ledning.

Spændingsrækken
En spændingsrække består af en række af grundstoffer (metaller): bring og et antal metaller. De er sorteret efter deres reaktionsvillighed. De metaller der står i den venstre side i spændingsrækken danner meget let kemiske forbindelser med andre stoffer. Det er det modsatte med de metaller der står overfor, dvs. dem på højre side. De kræver meget for at de reager med andre stoffer, men de fleste reager slet ikke med nogen stoffer. Når du høre om rene metaller så er der tale om de ædle, som er på den højre side i spændingsrækken. Ædelmetaller findes i ren metallisk form i naturen, da de ikke reager med andre stoffer og kaldes for ”De rene”. Spændingsrækken er for de mest almindelige metaller, som er ordnet efter deres faldende reaktionsvillighed.
Alle de metaller der står til venstre for brints plads i spændingsrækken kan pløses i syren, med det samme bliver brinten fra syren udskilt som gas. Så vil metallet overtage brintens ”plads” i syren, dermed bliver der dannet et salt sammen med syreresten.
Metallerne i den venstre ende af spændingsrækken iltes (” rustes”) genrelt meget let, og det er på grund af deres reaktionsvillighed.


Metaltræthed
Når metal bruges kan det miste styrke. Styrken kan blive mindre og mindre når metallet bøjes det samme sted hele tiden. Selvom det ikke bliver bøjet så meget hat det en stor betydning og kan alligevel med tiden svække metallet, så det til sidst revner. Det kaldes for metalliske materiale metaltræthed. Det kan måske virke overraskende, at et materiales udmattelsesstyrke er lavere end dets trækstyrke. Så metaltrætheden udvikler sig når man bøjer metallet flere gange

Elektron gas
I metaller er der en metalbinding, som består af elektroner fra alle atomer i metallet. Disse er ret løst bundet, og man kalder det derfor er elektron "sky" eller elektron "gas".

I metaller kan nogle af elektronerne bevæge sig frit. Man siger de danner en elektrongas. Elektrongas findes ikke i salte, hvor elektronerne er bundet til de enkelte ioner. Det er elektrongassen, der giver metallerne deres særlige egenskaber: elektrisk ledningsevne, varmeledningsevne, lystreflekterende, formbare, seje, hårde.
Metaller og salte ser ens ud fordi, ionerne sidder i et gitter. Men der findes ingen elektroner mellem ionerne i et salt. Derfor kan der ikke løbe strøm igennem et saltgitter.
Salte er sprøde. Metaller kan bøjes og smedes i alle mulige former.


Korrosion
For at verden fungere normalt er metal meget vigtigt. Det gælder mest muligt om at undgå, at metaller oxideres til metal- ioner. Det er et slags ødelæggelse af metallet og det hedder ”Korrosion” er ”tæring”. Den mest kendte og vigtigste korrosion proces er omdannelsen af jern til rust. En overflade a jern angribes meget hurtigt, når den kommer i kontakt med vand og luftens Oxygen.
Ved at undgå rustdannelsen, skal man forhindre, at jernet kommer i kontakt med vand og Oxygen. Og det kan man gøre på mange forskellige måder. Man kan beskytte den med jerngenstanden med tæt maling eller smører den ind i vandformtrængende olie. Jern kan beskyttes ved at overtrække det med et lag Zink. Det kaldes for ”galvanisere” eller ”forzinke” jernet. Zink består af zinkoxid of Zinkcarbonat, og det virker meget beskyttende, fordi zink holder sig godt og danner et tyndt beskyttende lag. Zink står jo til venstre for jern i spændingsrækken, så den vil sine elektroner før jern. Det tager tid før selve jernet nedbrydes for zink vil blive nedbrudt før jern vil komme til at gør. Jern kan også beskyttes ved at lave legering af jernet med andre metaller og grundstoffer. Når man høre ordet ”Rustfrit stål”, så er det en jernlegering, som indeholder meget af Chrom og Nikkel.
Forureningen har en stor betydning for korrosionen af metallet. I en meget forurenet miljø (atmosfære) kan selv rustfrit stål blive angrebet. Legeringer der indeholder 12 % eller mere chrom, kaldes rustfrit stål.

Elektrokemiske celler
Elektrokemiske reaktioner foregår i elektrokemiske celler. I et batteri (eller en brændselscelle) sker der en kemisk reaktion. Det er omdannelsen ar elektrisk energi til kemisk energi. Nogle typer af elektrokemiske celler anvendes til gas rensning, og elektrokemisk rensning af metaller, som fx Kobber, til udfældning eller opløsning af metaller (elektrokemisk formgivning).

Tunge og lette metaller
Tungmetaller med densitet (masse) er over 5 g/cm3, dvs. at det gælder de fleste metalliske grundstoffer og deres legeringer. Blandt tungmetaller er de mes brugte og kendte metaller: Jern, Kobber, Nikkel og Zink. De fleste tungmetallet er giftige i større doser (mængder), men samtidig er nogle af dem meget vigtige næsten livsnødvendige i mindre mængder, det gælder bl.a. Kobber Mangan Zink. Som jeg beskrev tidligere er tungmetaller miljøgiftige såsom bly og Kviksølv. De er gifitge når de er i omgivelserne med røg, spildevand og affald. De metaller kan ikke nedbrydes i naturen og er giftige selv i små mængder.
Let metaller har lavere massefylde end stål, som har 7,85 g/ cm3. De mest kendte letmetaller er bl.a. Aluminium med massefylden 2,70 g /cm3, Magnesium med massefylden 1,74 g/cm3 og Titan med massen 4,51 g/ cm3, og deres legeringer er i større målestok. Letmetaller har nemt ved at reager med andre stoffer. Smeltepunktet for Aluminium og Magnesium -legeringer er under 700 Co.
Ædle og uædle metaller
Ædelmetaller er de metaller som står til højre i spændingsrækken. Fællesbetegnelse for guld, sølv og de seks platinmetaller og deres legeringer er at de er ædelmetaller, og kan ikke angribes af vand, damp, ilt eller fortyndede syrer, med andre ord de kan slet ikke reager med andre stoffer. De har gode farver, en holdbar glans og er sjældne dvs. der findes ikke så meget af dem, derfor er de meget kostbar og er en symbol på magt og rigdom.
Guld er placeret yderst i den positive ende af den elektrokemiske spændingsrække ved + 2,4 V. de ædle metaller findes frit i naturen, især guld som findes i fastebjergarter eller som metalpartikler i vandløb (guldstøv-klumper). Ædelmetaller har høj vægtfylde og høje smelte-kogepunkt.
Uædle metaller er de metaller der står til venstre for brint i spændingsrækken. De har nemt ved at reager med andre stoffer dvs. oxideres i modsætning af de ædle metaller. De bruges for det meste til legeringe. Nogle tungmetaller som er uædle bruges til mage forskellige formål, især i de industrialiserede fabrikker. De uædle metaller er måske ikke så dyrebart som de ædle (fx guld), men til gengæld er nogle af dem vigtige for at samfundet kan fungere.


 


Skriv et svar til: Nogen der vil retten f/k- projekt om metaller? plz hjælp!

Du skal være logget ind, for at skrive et svar til dette spørgsmål. Klik her for at logge ind.
Har du ikke en bruger på Studieportalen.dk? Klik her for at oprette en bruger.