7. Fémek

Mi köze a fémeknek Európához?

A kérdés jogos. Miért pont az Európa epochában foglalkozunk a fémekkel? Nem mondhatnánk azt, hogy Európában ismerték meg először a fémeket és azt sem, hogy Európa a leggazdagabb fémlelő kontinens, bár kétségkívül tucatnyi fém kontinensünkön fordul elő a legnagyobb mennyiségben. A válaszhoz a történelmet kell segítségül hívnunk, a XVIII. század közepét, az ipari forradalom kezdetét. A XVIII. század közepére a gépipar fémszükséglete rohamosan nőtt, ez hatalmas kihívást jelentett a kémikusoknak. Egyre hatékonyabb eljárásokat kellett kidolgozniuk. A fémek hatékony kitermelésének és egyre modernebb előállításának színtere Európa, nos ezért foglalkozunk itt a fémekkel.

Egy kis fémtörténelem

Az emberiség kr.e. 7000 éve ismerte meg a fémeket, noha a fémek általános használatára csak évezredek múlva került sor. A korai időkben csupán a természetben elemi állapotban előforduló fémeket ismerték, így az aranyat, az ezüstöt, a rezet és a meteorit eredetű vasat. Elképzeléseink szerint kr.e. 4500 éve az emberek már termésaranyat gyűjtöttek, alig ötszáz évvel később már aranymosásra utaló jelek is fellelhetők. Feltehetően kr.e. 4000 éve fedezték fel a termésezüstöt. A vas sumér (mennyei fém) és egyiptomi elnevezése (égi fekete réz) a vas meteorit eredetére utal. A mítoszokban, mondákban számtalan utalást találunk a fémekkel kapcsolatban. Babilonban Marduk isten volt az arany fejedelme, míg Gibilt isteni kovácsként említik. A germán mitológia szerint Thor isten (képen) fedezte fel a vasat, az egyiptomiaknál pedig Ptah isten a rezet.
Nem tudjuk mikor került sor az első fémolvasztásra, illetve a fémek érceikből való előállítására. A legkezdetlegesebb fizikai megmunkálás a kalapálás lehetett, s csak később, kr.e. 3600 körül térhettek rá az olvasztás utáni öntésre.

A fémekről általában

A periódusos rendszert szemlélve szembetűnik, hogy a kémiai elemek többsége a fémek közé tartozik. Az első és a második főcsoport elemei (más néven az s-mező elemei), a 3-7. főcsoport egyes elemei (más néven p-mező elemei), valamint a mellékcsoportok összes eleme (más néven d-mező elemei).

8.1. Mit jelent az s-, a p- és a d-mező?
A megoldáshoz elevenítsük fel az elektronszerkezetről tanultakat!
8.2. Írd fel a nátrium és a magnézium elektronszerkezetét, az alumínium és a klór elektronszerkezetét, valamint a vas és a cink elektronszerkezetét!

Ha az elektronszerkezeteket helyesen írtátok fel látható, hogy az s-mező elemeinek legkülső elektronhéja mindig s, a p-mező elemeinek legkülső elektronhéja mindig p, ezek alapján kikövetkeztethető a d-mező elemeinek legkülső elektronhéja. Feltehetően mindenki emlékszik arra, hogy energetikai szempontból a 3p pályát követően NEM a 3d, hanem a 4s pálya épül ki elöbb.

8.3. A periódusos rendszer segítségével nézd meg hol helyezkednek el a p-mező fémei!
8.4. Az alábbi kérdések segítségével elevenítsd fel mit tanultatok ez idáig a fémekről!
Milyen kémiai kötés alakul ki a fématomok között?
Mit jelent az atomtörzs és a vegyértékhéj kifejezés?
Mit jelent a delokalizált elektron kifejezés?
8.5. Az alábbi kérdések segítségével jellemezd a fémeket általánosan!
Milyen színűek a fémek? Milyen kivételt ismersz?
Milyen halmazállapotúak a fémek? Milyen kivételt ismersz?
Milyen a fémek hő- és elektromos vezetőképessége?

Az atomok elektronszerkezete

 

Na: 1s²2s²2p⁶3s¹ Mg: 1s²2s²2p⁶3s²
Al: 1s²2s²2p⁶3s²3p¹ Cl: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵
Fe: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁶ Zn: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰