Metall : byggemateriale

metall

Et metall er et grunnstoff eller en legering av to eller flere grunnstoffer som i ren tilstand leder elektrisitet og varme og har karakteristisk metallglans.

Vi deler grunnstoffene i metaller, halvmetaller og ikke-metaller. Av de 82 grunnstoffene med atomnummer mindre enn 83 er 61 metaller, seks halvmetaller og 14 ikke-metaller (Det finnes ingen stabile isotoper av technetium, så det grunnstoffet regnes ikke med). Alle grunnstoffene med atomnummer større en 82 er antagelig også metaller, selv om flere av dem hittil bare er fremstilt i svært små mengder. Alle disse grunnstoffene er tegnet blå i periodesystemet.

Metallene forekommer i alle grupper i periodesystemet med unntak av gruppe 16, 17 og 18. Halvmetallene er bor, silisium, germanium, tinn, arsen, antimon og tellur. De har både metalliske og ikke-metalliske egenskaper.

Med unntak av kvikksølv, som er flytende over −39 grader celsius (°C), er alle metaller faste, krystallinske stoffer ved romtemperatur (men gallium smelter på en varm dag, da smeltepunktet bare er på 30 °C). Lave smeltepunkter har også de andre alkalimetallene og tinn (232 °C), vismut (271 °C) og bly (327 ^oC). Høyest smelte- og kokepunkt har wolfram (3407 °C og 5657 °C).

Kvikksølv har foruten lavest smeltepunkt også lavest kokepunkt (357 °C) blant metallene.

Både i fast og flytende tilstand har alle rene metaller en karakteristisk metallglans. De er stort sett grå eller sølvhvite, med unntak av kobber, som er rødbrunt, og gull, som er gult. Karakteristisk for metaller er også at de er ugjennomsiktige. Selv gullblad med en tykkelse på bare 0,0001 millimeter er ugjennomsiktig.

De fleste metallene er seige og lar seg hamre eller valse til tynne plater og trekke ut til tynne tråder. Noen er så myke at de kan skjæres med kniv, for eksempel litium, natrium og kalium. Andre er svært harde. For eksempel har krom en hardhet på 9 og er så hardt at det risser glass.

Både i fast og flytende tilstand er metaller gode ledere for varme og elektrisitet. Sølv leder best, α-mangan dårligst. Konduktiviteten avtar med stigende temperatur. Med synkende temperatur tiltar den, og i nærheten av det absolutte nullpunkt kan den bli usedvanlig stor. Mange metaller blir superledende.

Metallenes egenskaper skyldes at de såkalte ledningsevneelektronene kan bevege seg relativt fritt i det faste krystallgitteret. Disse elektronene er i betydelig grad delokalisert, det vil si at de ikke tilhører enkeltatomer. Til disposisjon for disse elektronene står en hel rekke nærliggende energitilstander, energibånd, og innen dette båndet kan elektronene uten større energiforbruk overføres fra én energitilstand til en annen. Man kan forestille seg krystallgitrene bygd opp av regelmessig, romlig ordnede, positive ioner av metall som er neddykket i en gass av delokaliserte elektroner. Denne bindingsformen har tradisjonelt blitt kalt metallisk binding.

Metaller er typiske elektropositive grunnstoffer og danner positive ioner. Størst tilbøyelighet til å avgi elektroner har alkalimetaller. Tilbøyeligheten til å avgi elektroner avtar når man går fra venstre mot høyre i grunnstoffenes periodesystem, og samtidig avtar grunnstoffenes metalliske karakter. Til gjengjeld øker tilbøyeligheten til å ta opp elektroner, og dermed den elektronegative, ikke-metalliske karakteren.

Det er vanlig å dele metallene i lettmetaller (densitet under fem gram per kubikkcentimeter, g/cm³) og tungmetaller (densitet over 5 g/cm³). Litium med densitet 0,534 g/cm³ er lettest, iridium med densitet 22,65 g/cm³ er tyngst.

Videre deles metallene i edelmetaller og uedle metaller, avhengig av evnen de har til å reagere med oksygen. Edle metaller som sølv og gull oksiderer sent i luft og løses ikke i vann eller svake syrer, mens uedle metaller som natrium og kalium reagerer meget livlig under de samme forholdene. Metaller som reagerer med oksygen ved oppvarming, for eksempel kvikksølv, kalles halvedle.

Metaller danner kjemiske forbindelser både med andre metaller og med ikke-metaller. Til forbindelser med ikke-metaller hører oksider, sulfider, hydrider, karbider, nitrider og alle salter. Forbindelser som metaller danner seg imellom, kalles intermetalliske forbindelser eller faser.

For salter og ikke-metalliske forbindelser er sammensetningen entydig bestemt ved bindingslovene. Videre gjelder gjerne lovene om de konstante og multiple forhold for disse forbindelsene. Formlene som angir intermetalliske forbindelsers sammensetning, står ofte ikke i sammenheng med vanlige bindingslover, og lar seg ikke utlede ved hjelp av dem. Det er også karakteristisk for intermetalliske forbindelser at de, i likhet med metallene selv, har en utpreget evne til å danne blandkrystaller, enten seg imellom eller med de metallene de er satt sammen av. Intermetalliske forbindelser lar seg derfor variere innenfor visse grenser uten at komponenten som er til stede i overskudd i forhold til en enkel støkiometrisk formel, lar seg skjelne fra den intermetalliske forbindelsen selv. Man uttrykker dette ved å si at forbindelsen har et bestemt, endelig homogenitetsområde eller blandkrystallområde. Et slikt blandkrystallområde finnes ikke bare hos intermetalliske forbindelser, men også hos mange metalloksider, -sulfider, -nitrider, -fosfider og lignende.

Hos metall–ikke-metall-forbindelser er det ofte stor forskjell mellom komponentenes egenskaper og forbindelsens egenskaper. Hos intermetalliske forbindelser er det ingen slik utpreget forskjell. Dette gjelder ikke bare for egenskaper som glans, hardhet, elektrisk og termisk konduktivitet med mer, men også for krystallstrukturen. I likhet med rene metaller krystalliserer intermetalliske forbindelser ofte med ett av tre typiske metallgitre eller avarter av disse.

• For metallers struktur, se metallografi.
• For utvinning av metaller, se metallurgi.