metall

Mennesker har brukt metaller i mer enn 10 000 år. De har vært viktige i kultur- og samfunnsutvikling som betalingsmidler, smykker, redskaper og våpen.

Metaller har et bredt spekter av bruksområder som følge av de varierte egenskapene de har. De kan formes og har høy materialstyrke, noe som gjør metaller uvurderlige i anvendelser som bærende konstruksjoner i store bygg, som fly- og båtskrog og i bilkarosserier.

Den høye elektriske ledningsevnen gjør at metaller er nødvendige i ledningsnett og i moderne elektronikk. Mindre reaktive metaller brukes gjerne som overflatebelegg for å stoppe korrosjon eller for å gjøre en overflate mer kjemisk motstandsdyktig.

Noen metaller er også biokompatible, og brukes for eksempel i implantater i kroppen som erstatning for bein. Titan er et typisk eksempel på dette.

Metallene utgjør en stor del av periodesystemet, og det er metaller i 15 av periodesystemets 18 grupper. Litt over 60 av de naturlig forekommende grunnstoffene er metaller. De grunnstoffene som er på grensen mot ikke-metallene kalles halvmetaller. Halvmetaller har egenskaper som ligner både på metaller og ikke-metaller.

Alle metaller er faste stoffer, bortsett fra kvikksølv, som er flytende ved romtemperatur. Smeltepunktene til metaller varierer fra rett over romtemperatur (gallium og cesium), til noen tusen grader celsius (wolfram og molybden).

Både i fast og flytende tilstand har alle rene metaller en karakteristisk metallglans. Metallene er stort sett grå eller sølvhvite med unntak av kobber, som er rødbrunt, og gull, som er gult. I luft kan metaller miste sin karakteristiske glans på grunn av reaksjon med oksygen i en prosess som kalles korrosjon. Metaller er også ugjennomsiktige.

Metallene er formbare, men det er store forskjeller i hardhet. De fleste kan bøyes og strekkes uten å knekke, og lar seg valse til tynne plater eller trekkes ut til tråder. Noen metaller er svært harde, for eksempel krom og wolfram. Andre er myke, og kan lett skjæres gjennom med kniv eller trykkes sammen med håndkraft, for eksempel natrium eller kalium.

De fleste metalliske grunnstoffer finnes i naturen bundet som salter eller oksider. Viktige metaller som jern, nikkel og kobolt opptrer gjerne som oksider eller sulfider, og må foredles for å kunne brukes i sin metalliske form. Det er utviklet en rekke industrielle prosesser for å få til dette. Vanlige eksempler er Hall-Héroultprosessen for produksjon av aluminium, og Mondprosessen for utvinning av nikkel.

De edle metallene, for eksempel gull og platina, opptrer derimot i sin metalliske form, fordi de ikke så lett reagerer med andre stoffer.

• Les mer om utvinning av metaller i artikkelen om metallurgi.

I et metall er atomene plassert i en ordnet struktur som kalles gitter. I gitterstrukturen donerer hvert metallatom elektroner til en felles «elektronsjø». Her kan de enkelte elektronene bevege seg fritt. Elektronsjøen er negativt ladet, i motsetning til de positive metallionene som danner selve gitteret. Vekselvirkningen mellom metallionene og elektronsjøen blir kalt metallbindinger, og det er disse bindingene som holder strukturen sammen.

Det er de frie elektronene som gir opphav til både den gode elektriske ledningsevnen og den karakteristiske metallglansen i metaller.

• Les mer om metallers struktur i artikkelen om metallografi.

De fleste metaller gir fra seg elektroner i reaksjon med elektronegative ikke-metaller. I denne reaksjonen dannes gjerne et salt, der metallet blir kationet. Mange metaller reagerer for eksempel enkelt med klor og danner metallklorider. Når metallene reagerer og danner ioniske forbindelser endrer egenskapene til metallene seg. De blir gjerne elektrisk isolerende, får høye smeltepunkter og blir sprø.

Noen metaller, edelmetallene, reagerer ikke like enkelt som andre metaller. Edelmetallene inkluderer for eksempel gull og platina, som sjelden danner kjemiske forbindelser med andre grunnstoffer.

Metaller kan blandes med andre grunnstoffer for å danne nye materialer med metalliske egenskaper. Disse blandingene blir kalt legeringer. Typiske eksempler på legeringer er bronse (som består av kobber og tinn), messing (består av kobber og sink) og stål (består av jern og karbon).

Legeringer brukes for å endre egenskapene til metallene. Dette kan blant annet være for å gjøre dem mer motstandsdyktig mot korrosjon, hardere eller mer formbare.

Det har tidligere vært vanlig å klassifisere metallene i henhold til sin massetetthet. En eldre definisjon skiller mellom lettmetaller og tungmetaller, der skillet mellom lett og tung er en tetthet på 5 gram per kubikkcentimeter (g/cm³) Disse begrepene har etter hvert fått utvidet og delvis endret betydning.

Lettmetaller er metaller med lav tetthet, men som fortsatt er sterke og kan brukes som konstruksjonsmetaller. Magnesium og aluminium er gode eksempler på typiske lettmetaller.

Ifølge definisjonen er de fleste metaller tungmetaller, fordi de har en tetthet over 5 g/cm³. Likevel har selve begrepet tungmetaller i dag fått en overført betydning, og brukes først og fremst om svært giftige metaller som kan hope seg opp i kroppen med skadelig effekt. Denne bruken har ikke entydig kjemisk definisjon, og anbefales ikke lenger brukt i kjemisk faglitteratur.

• ikke-metaller
• halvmetaller
• tungmetaller
• lettmetaller
• legering