Metaller
Saf maddeler, elementler ve bileþikler olmak üzere iki gruba ayrýlabilir. Bileþikler belirli bileþimde maddeler olup kimyasal deðiþmelerle bozulur. Ýki veya daha çok basit maddeye ayrýlabilir. Farklý özeliklerde maddelere ayrýlamayan saf maddelere ise elementler, ya da basit maddeler denir. Doðada 89 element vardýr. Laboratuarlarda bugüne deðin yapýlmýþ olanlarla bu sayý 105'e çýkmýþtýr. Bunlar katý, sývý ve gaz halinde olabilirler. Doðada bulunan 89 elementin 15'i oda sýcaklýðýnda gaz, 2'si sývý (brom ve cýva), geri kalan 72 element ise katýdýr.
Günümüzde elementlerin sýnýflandýrýlmasý temelde iletkenliklerine dayandýrýlmaktadýr. Buna göre metaller ýsý ve elektriði iyi iletirler, ame¬taller ise normal koþullarda iletken deðildirler. Bir kýsým elementler ise ýsý ve elektriði bir miktar iletirler, ancak iletkenlikleri metallerin tersi¬ne sýcaklýkla artar. Bunlara yarý metaller denir.
Metaller, metalik baðlý kristaller oluþtururlar, koordinasyon sayýlan yüksektir. (8 veya 12) Metal atomlarýnýn en dýþ elektronlarý (deðerlik elektronlarý) ametallerde olduðu gibi Kovalent bað yapmak üzere çiftlenmezler. Katý hal¬deki bir metalde atomlar birbirine çok yakýn olduðundan, bir atomun de¬ðerlik elektronlarý diðer atomlarýn etki alanýna girer.
Yarý metallerde dolu ve boþ molekül bantlarý arasýndaki enerji farký oldukça küçüktür ve bir miktar iletkenlik vardýr. Bu iletkenlik elektron¬larýn enerjisini artýran bir dýþ etki ile (ýþýk veya ýsý) artýrýlabilir. Bunlar tabaka yapýsýnda veya uzun zincirler halinde büyük moleküller oluþ¬tururlar. Koordinasyon sayýlarý oldukça küçüktür (4 veya 4 ten az). Me¬tallerde ise molekül bantlarý kýsmen dolu olup elektronlarýn serbestçe hareketi sonucu iletkenlik fazladýr.
Birkaçý dýþýnda oda sýcaklýðýnda hepsi katý halde bulunan metaller kristal denilen belirli geometrik þekiller oluþtururlar.
KRÝSTAL YAPI
Kristaller, düzlem yüzeylerin kristale özgü belirli açýlar altýnda bir¬leþmesiyle oluþur. Kristal katýlar üzerinde yapýlan çalýþmalar kristal ör¬güyü oluþturan atom, molekül veya iyonlarýn uzayda bütün örgü boyun¬ca düzenli olarak tekrarlandýðýný göstermektedir. Bir kristal örgünün, kristalin bütün özelliklerini taþýyan en küçük parçasýna birim hücre denir.
Birim hücrede atom sayýsý ve koordinasyon sayýsýnýn çeþitli þekillerde bulunmasý ile çeþitli türlerde kristal yapýlar oluþur. Bunlara örnek olarak Basit Küp, Hacim Merkezli Küp, Yüzey Merkezli Küp gösterilebilir.
Metal kristallerinde tekrarlanan birimler artý yüklü iyonlardýr. Deðerlik elektronlarý yalnýz kendi atom çekirdeklerinin deðil bütün komþu çekirdeklerinin etkisi altýnda bulunur. Her yöne doðru hareket edebilir. Bu nedenle metal kristallerinin bir elektron denizi için¬de düzenli bir þekilde yerleþmiþ artý yüklü iyonlardan oluþtuðu söylene¬bilir. Kolaylýkla akabilen elektron denizi metale elektriksel iletkenlik ka¬zandýrýr. Artý yüklü iyonlar elektriksel yük dengesini bozmadan yer de¬ðiþtirebildiklerinden metaller tel ve levha haline getirilebilirler ve yu¬muþaktýrlar. Mekanik bir kuvvetin etkisi altýnda yeni metalik baðlar oluþacaðýndan metalin özellikleri deðiþmez.
Metallerin birçoðunda iyon-elektron denizi etkileþiminden baþka ar¬tý yüklü iyonlar arasýnda kovalent baðlar (elektron ortaklaþmasý) da olu¬þur. Böyle metaller serttirler. Demir ve tungsten buna örnek olarak verilebilir.
MANYETÝK ÖZELLÝK
Maddeler manyetik özelliklerine göre üç gruba ayrýlabilir. Genellikle manyetik alandan kaçan, dýþ manyetik alan tarafýndan itilen maddelere diyamanyetik, manyetik alana doðru çekilen maddelere de paramanyetik maddeler denir. Ayrýca demir, kobalt, nikel ve bunlarýn ala¬þýmlarý, Fe3O4 bazý bakýr-mangan alaþýmlarý gibi maddeler paramanyetik maddelerden en az bin kez daha fazla bir kuvvetle manyetik alana çekilirler. Bu tür maddelere de ferromanyetik maddeler denir.
Manyetik özellik, elektronlarýn kendi ekseni çevresindeki hareket¬leri (spinleri) ile iliþkilidir. Elektronlarý eþleþmiþ olan atomlar manye¬tik özellik göstermezler. Çünkü bunlarda eþlenmiþ elektronlar birbirine karþýt yönde döneceðinden manyetik alanlarý birbirini yok eder. Sonuç¬ta madde diyamanyetik özellikte olur.
Eþlenmemiþ bir tek elektronu bulunan maddeler zayýf bir manye¬tik etki gösterirler. Eþlenmemiþ elektron sayýsý arttýkça manyetik özel¬lik artar. Bir elementin ferromanyetik olmasý için aþaðýdaki koþullarý saðlamasý gerekir.
1)Tam dolu olmayan d ve f yörüngeçlerine sahip olmalýdýr.
2)Kristal örgüde atomlar birbirine çok yakýn olmamalýdýr. Aksi durumda, birbirine komþu atomlardaki tek elektronlar etkileþerek zýt yönde dönme kazanýr ve böylece elektron eþlenmesi yaparak etkilerini yok ederler.
3)Atomlar kristalde birbirinden çok uzakta olmamalýdýr. Aksi halde bir atomdaki eþlenmemiþ elektronlar komþu atomlardaki elektronlar¬la etkileþip ayný bir doðrultuda düzenlenemezler.
METALLERÝN AKTÝFLÝK SIRASI
Bilindiði gibi metaller elektron vererek bileþik yaparlar, yani elek¬tropozitiftirler. Ancak, elektron verme eðilimleri birbirinden farklýdýr. Metaller elektron verme yatkýnlýklarýna yani yükseltgenme potansiyellerinin azalýþýna göre sýralanýrsa aktiflik sýrasý elde edilir. Metallerin en aktifi potasyum, en az aktifi ise altýndýr. Genellikle bir metal, sýrada kendisinden aþaðýda bulunan herhangi bir metali bileþik¬lerinden açýða çýkarýr. Metallerin oksijen, kükürt ve halojenlerle tepkimeye girme eðilimi aþaðýya doðru inildikçe azalýr. Ayný þekilde bileþiklerin oluþmasý ve ka¬rarlýlýðý da aþaðýya inildikçe azalýr.
METALLERÝN FÝZÝKSEL ÖZELLÝKLERÝ
a) Metallerin fiziksel özelliklerinden en önemlileri þu þekilde sýralanabilirler.
b) Isýyý ve elektriði iyi iletirler.
c) Dövülüp þekil verilebilir, tel ve levha haline getirilebilirler.
d) Iþýðý geçirmezler fakat metalik parlaklýk gösterirler.
e) Yoðunluklarý fazladýr.
f) Oda sýcaklýðýnda çoðu katýdýr. (civa sývýdýr)
g) Bir kýsmý paramanyetik özelliktedir.
h) Vurma ve çekmeye dayanýklýdýrlar.
METALLERÝN KÝMYASAL ÖZELLÝKLERÝ
a) Metallerin en önemli kimyasal özellikleri þu þekilde sýralanabilir.
b) Metal atomlarýnýn en dýþ yörüngelerinde az sayýda (en çok 4) elektron bulunur ve bunlar serbest elektronlardýr.
c) iyonlaþma potansiyelleri düþüktür, yani deðerlik elektronlarýný kolaylýkla verirler.
d) Ýyi indirgendirler.
e) Hidroksitleri bazik veya amfoterik özellik gösterir.
f) Elektropozitiftirler, yani oksitlenme sayýlarý pozitiftir.
METALLERÝN SINIFLANDIRILMASI
Metalleri sýnýflandýrmak için, periyodik çizelgeyi kullanmak yararlý olacaktýr. Buna göre metaller; geçiþ öncesi metalleri, geçiþ metalleri, B metalleri ve lantanid ve aktinitler olmak üzere dört ana sýnýfa ayrýlabliir.
GEÇÝÞ ÖNCESÝ METALLERÝ
Grup IA ile grup IIA elementleriyle grup IIIA elementlerinden alü¬minyum, skandiyum ve yitriyum bu sýnýfa girer. Bu metaller en dýþ yörüngeçlerindeki s elektronlarýyla da belirlenir. Bu nedenle onlara s bloðu elementleri de denir. Bu metaller en dýþ s elektronlarýný kolaylýkla vererek soy gaz elektron diziliþinde olan iyonlarýný oluþturur.
GEÇÝÞ METALLERÝ
Grup IIA ile grup IB arasýnda yer alan elementlerden oluþur. An¬cak skandiyum, yitriyum ve lantanyumda geçiþ metali özelliði tam ola¬rak belirgin olmadýðý gibi grup IB elementlerinde B metali özelliði de görülür. Bu metaller birçok yönleriyle aktinitlere benzerler. Bunlarda d yörüngeçleri bileþik yapmada önemli rol oynar. Bu nedenle bunlara genellikle d bloku elementleri de denir.
B METALLERÝ
Bu sýnýf grup IB elementlerinden ametallere kadar olan elementleri kapsar. Bu metaller ametallerle metaller arasýnda bir geçiþ yaparlar. Bunlarýn çoðu metallere özgü sýk istiflenmiþ örgü yapýsý göstermez. Koor¬dinasyon sayýlan 2,4 ve en çok 6 olur.
LANTANÝD VE AKTÝNÝDLER
Lantanitler içteki 4f, aktinitler ise 5f yörüngeçlerinin doldurulma¬sýyla karakterize edilir. Bu nedenle bunlara f bloðu elementleri de de¬nir. Lantanidlerde +3 ve daha fazla deðerlikli iyonlar kimyasal tepki¬melere karþý ilgisiz olarak kabul edilir. Aktinitlerde ise elektronlar kim¬yasal bað yapmaya daha yatkýndýr.
METALLERÝN DOÐADA BULUNUÞU
Hidrojenden daha az aktif olan metaller doðada çoðunlukla serbest halde bulunurlar. Bakýr, gümüþ gibi bazý metaller ise hem serbest halde hem de bileþikleri halinde bulunabilir. Beklenildiði gibi suda az çözünen metal bileþikleri yer kabuðunda, suda çok çözünenler ise deniz suyunda veya iç denizlerin buharlaþmasýyla oluþan geniþ tuz yataklarýnda bulunur.
Yeryüzündeki metal ve metal bileþiklerinden oluþan, içlerindeki me¬tal ekonomik olarak elde edilebilen doðal maddelere maden veya maden cevheri denir. Serbest halde bulunan metallerin dýþýnda maden cevher¬leri, metalin baðlý bulunduðu ametal veya asit köküne göre isimlendi¬rilir. Maden cevherleri aþaðýdaki þekilde sýnýflandýrýlabilir.
1. Basit cevherler: Altýn, gümüþ, platin, bakýr, cýva, arsenik, anti¬mon, bizmut cevherleri gibi.
2. Oksit cevherleri: Demir, alüminyum, mangan, kalay oksit cev¬herleri gibi.
3. Sülfür cevherleri: Çinko, kadmiyum, cýva, bakýr, kurþun, nikel, kobalt, gümüþ, arsenik, antimon sülfür cevherleri gibi.
4. Karbonat cevherleri: Demir, kurþun, çinko, bakýr, kalsiyum, baryum, stronsiyum, magnezyum karbonat cevherleri gibi.
5. Halojenür cevherleri: Potasyum, magnezyum, kalsiyum, gümüþ halojenür cevherleri gibi.
6. Sülfat cevherleri: Kalsiyum, baryum, kurþun sülfat cevherleri gibi.
7. Silikatlar: Silikatlarýn çoðu, içlerindeki metallerin elde edilme¬sindeki güçlük nedeniyle, çok önemli deðildir. Berilyum, çinko ve nikel silikat cevherleri en önemlileridir.
Yer yüzünün geniþ bir bölümünü kaplayan okyanuslar en büyük maden yataðý olarak bilinmektedir, örneðin bir ton deniz suyunda yak¬laþýk 28 kg. sofra tuzu, 1.3 kg. magnezyum, 0.9 kg, kükürt, 0.4 kg. po¬tasyum, 0.6 kg. brom ve az miktarda stronsiyum, bor, flor, iyot, demir, bakýr, kurþun, çinko, uranyum, gümüþ, altýn ve hatta radyum gibi rad¬yoaktif metaller bulunmaktadýr.
Deniz suyundan elde edilen ilk mineral þüphesiz sofra tuzudur. De¬niz suyunun kabarma zamanýnda (met-cezir olayý) önü kesilerek buhar¬laþmaya býrakýlýrsa tuz, diðer katý maddelerle birlikte geride kalýr. Bu tuz aþamalý (fraksiyonlu) kristallendirme ile saflandýrýlabilir ve birçok maddeler için, özellikle alkali ve klor endüstrisinde, ham madde olarak kullanýlýr.
Deniz suyundan bugün magnezyum ve brom da elde edilmek¬tedir. Bunun yaný sýra altýn, gümüþ, potasyum ve özellikle uranyum elde edilmesi de olasýdýr. Ancak bu elementlerin deniz suyundan elde edilmesi ekonomik olmadýðýndan bazý dolaylý yöntemler uygulanýr. Okyanuslar büyük çapta uranyum kaynaðýdýr.
Uranyum ise bilin¬diði gibi kömür ve petrol kaynaklarýnýn tükenmesinden sonra en önemli enerji kaynaklarýndan birisi olacaktýr.