Joitakin kemiallisia alkuaineita kutsutaan metalleiksi. Ne muodostavat suuren osan jaksollisen järjestelmän alkuaineista. Metallien yhteisiä piirteitä ovat yleensä seuraavat:
Metallien yleiset ominaisuudet
- Hyvä sähkön- ja lämmönjohtavuus. Metallien atomien ulkoelektronit ovat delokalisoituneita, mikä mahdollistaa sähkövirran ja lämmön tehokkaan kulkeutumisen.
- Muokattavuus (taottavuus ja vedettävyys). Monet metallit ovat taottavia (niitä voi muovata vasaralla) ja venytettäviä (voidaan vetää langaksi), koska elektronimeri antaa atomien liikkua ilman sidosten rikkoutumista.
- Metallinen kiilto. Puhtaat metallit heijastavat valoa ja näyttävät kiiltäviltä, ennen kuin pinta hapettuu tai päällystyy korroosiolla.
- Yleensä korkea sulamis- ja kiehumispiste. Monilla metalleilla nämä pisteet ovat korkeita, mutta on poikkeuksia (esim. elohopea on nestemäinen huoneenlämmössä).
- Suuri tiheys ja kova rakenne. Metallit ovat usein tiheitä ja mekaanisesti kestäviä, mikä tekee niistä hyviä rakenteellisiin käyttötarkoituksiin.
Kemiallinen luonne ja metallisidos
Metalleille tyypillinen sidostyyppi on metallisidos, jossa ulkoelektronit eivät kuulu yksittäiselle atomille vaan muodostavat elektronimeren. Tämä selittää metallien sähkön- ja lämmönjohtokyvyn sekä muokattavuuden. Metallien hapettuminen ja korroosio vaihtelevat suuresti: esimerkiksi jalometallit kuten kulta ja hopea ovat kemiallisesti vähemmän reaktiivisia, kun taas alkalimetallit reagoivat helposti veden ja ilman kanssa.
Luokittelu
- Alkalimetallit (esim. natrium, kalium)
- Alkalimaaemetallit (esim. magnesium, kalsium)
- Siirtymämetallit (esim. rauta, kupari, titaani)
- Jälkisiirtymämetallit ja harvinaismetallit (lanthanidit ja aktinidit, esim. uraani)
- Jalometallit (esim. kulta, hopea)
Useimmat metallit ovat kiinteitä huoneenlämmössä, mutta näin ei tarvitse olla. Elohopea on nestemäinen. Seokset ovat seoksia, joissa vähintään yksi osa seoksesta on metallia. Esimerkkejä metalleista ovat alumiini, kupari, rauta, tina, kulta, lyijy, hopea, titaani, uraani ja sinkki. Tunnettuja seoksia ovat esimerkiksi pronssi ja teräs.
Käyttökohteet
Metalleilla on laaja käyttöalue teollisuudessa ja arjessa:
- Rakentaminen ja infrastruktuuri (teräs, alumiini)
- Sähkö- ja elektroniikkateollisuus (kupari, hopea)
- Kuljetus ja ilmailu (alumiini, titaani)
- Korut ja arvometallit (kulta, hopea)
- Lääkintäimplantit ja proteesit (titaani)
- Ydinteknologia (uraani)
- Katalyytit ja erikoissovellukset (nikkeli, platina-ryhmän metallit)
Uutto, käsittely ja kierrätys
Metallit saadaan maaperästä malmeina, joista ne erotetaan rikastuksen, sulatuksen, elektrolyysin tai kemiallisen puhdistuksen avulla. Metallien jalostus vaatii paljon energiaa, joten kierrätys on sekä taloudellisesti että ympäristön kannalta erittäin tärkeää. Monet metallit, erityisesti kupari, alumiini ja teräs, voidaan kierrättää useita kertoja ilman merkittävää laadun heikkenemistä.
Ympäristö ja turvallisuus
Metallien louhinta ja jalostus voivat aiheuttaa ympäristöhaittoja (maaperän ja vesien saastuminen, energiankulutus). Joidenkin metallien, kuten lyijyn tai elohopean, myrkyllisyys edellyttää erityistoimia käsittelyssä ja hävittämisessä. Metallien vastuullinen käyttö ja kierrätys vähentävät ympäristövaikutuksia.
Metallien tutkimusta kutsutaan metallurgiaksi.
