metal

Metal

Artikulu hau gai kimikoari buruzkoa da; musika-estiloa gaitzat duena beste hau da: «Heavy metal»

Kimikan, metalak (grezieraz: Metallon) elektroiak galdu eta ioi positiboak (katioiak) erraz sortzen dituzten elementu kimikoak dira, atomoen artean lotura metalikoak dituztenak. Metalak moldakorrak izaten dira normalean (xafla finetan mailakatuak izan daitezke), baita harikorrak ere (alanbreetan luza daitezke). Metalak elementu kimikoak izan daitezke, burdina adibidez, aleazioak, esate baterako, altzairu herdoilgaitza, edo konposatu molekularrak, hala nola sufre-nitruro polimerikoa.Taula periodikoko 118 elementuetatik 95 inguru metalak dira, edo izan daitezke. Kopurua zehaztugabea da; izan ere, metalen, ez-metalen eta metaloideen arteko mugak zertxobait aldatzen dira, inplikatutako kategorien definizio unibertsalik ez baitago.
Fisikan, metal esaten zaio, oro har, elektrizitatea zero absolutuko tenperaturan eroateko gai den edozein substantziari.^[1] Normalean metal gisa sailkatzen ez diren elementu eta konposatu asko metaliko bihurtzen dira presio handien pean. Adibidez, iodoa, metala ez bada ere, presio atmosferikoa baino 40 eta 170 mila aldiz presio handiagoaren pean metal bihurtzen da pixkanaka. Era berean, metaltzat hartzen diren material batzuk ez-metal bihur daitezke. Sodioa, adibidez, ez-metal bihurtzen da presio atmosferikoa baino bi milioi aldiz presio txikiagoan.
Astrofisikan, "metal" terminoa era zabalagoan erabiltzen da helioa baino pisutsuagoak diren izarretako baten elementu kimiko guztiei erreferentzia egiteko, eta ez soilik metal tradizionalei. Ildo horretatik, nukleosintesiaren ondorioz izarren nukleoetan metatzen diren lehen lau "metalak" karbonoa, nitrogenoa, oxigenoa eta neoia dira, guztiak ere elementu kimikoen sailkapenetan metaltzat hartzen ez direnak. Izarrek atomo arinak fusionatzen dituzte bere bizitzan zehar, batez ere, hidrogenoa eta helioa. Hortaz, objektu astronomikoen metalikotasuna elementu kimiko astunenek osatzen duten materiaren proportzioa da.^[2][3]
Metalak, elementu kimiko gisa, lurrazalaren % 25 dira, eta bizitza modernoaren arlo askotan erabiltzen dira. Metal batzuei, haien indar eta erresistentziagatik, askotariko erabilerak ematen zaizkie, adibidez, altuera handiko eraikinak eta zubiak eraikitzeko, edota ibilgailuak, etxetresna elektrikoak, hodiak eta trenbideak fabrikatzeko. Metal preziatuak txanpon gisa erabiltzen ziren historikoki, baina aro modernoan, metal preziatuak ez ezik, beste 23 elementu kimiko erabiltzen dira gutxienez objektuak fabrikatzeko.
Badirudi metal finduen historia kobrearen erabilerarekin hasi zela duela 11.000 urte inguru. Urrea, zilarra, burdina, beruna eta letoia ere Kristoren aurreko bosgarren milurtekoan erabiltzen ziren, brontzearen lehen agerpen ezaguna baino lehen. Ondorengo garapenen artean, hauek dira aipagarrienak: altzairuzko lehen formen ekoizpena, sodioaren aurkikuntza (lehen metal arina) 1809an, aleazio-altzairu modernoen sorrera eta, Bigarren Mundu Gerraren amaieratik, forma sofistikatuagoen garapena.
Metalak distiratsuak dira prestatu, leundu edo hautsi berriak direnean, behintzat. Mikrometro lodi gutxi batzuk baino gehiagoko metalezko xaflek opako dirudite, baina urrezko ogiak argi berdea transmititzen du.
Metalen egoera solidoak edo likidoak, neurri handi batean, osatzen dituzten atomo metalikoek beren elektroiak kanpoko geruzatik erraz galtzeko duten gaitasunaren ondorio da. Oro har, atomo baten kanpoko geruzako elektroiak atxikitzen dituzten indarrak ahulagoak izaten dira metal solidoaren edo likidoaren atomoen arteko interakzioetatik sortzen diren elektroi berekiko erakarpen-indarrak baino. Inplikatutako elektroiak deslokalizatu egiten dira, eta metalen elektroi-egitura elektroi-laino mugikor samarretan txertatutako atomo-bilduma gisa ikus daiteke. Interakzio mota horri lotura metaliko esaten zaio.^[1] Oinarrizko metalen lotura metalikoen indarra maximora iristen da trantsizioko metalen seriearen erdigunearen inguruan, elementu horiek deslokalizatutako elektroi kopuru handia baitute.
Oinarrizko metal gehienek ez-metal gehienek baino dentsitate handiagoak dituzten arren, dentsitateen artean aldakortasun handia dago. Litioa da dentsitate txikiena duena (0,534 g/cm³) eta, osmioa, aldiz, dentsitate handiena duena (22,59 g/cm³). Magnesioa, aluminioa eta titanioa garrantzi komertzial handiko metal arinak dira. Euren 1,7, 2,7 eta 4,5 g/cm³-ko dentsitateak egiturazko metal zaharrenenekin aldera daitezke, hala nola burdinarenakin (7,9 g/cm³) eta kobrearenakin (8,9 g/cm³). Beraz, burdinazko bola batek bolumen bereko hiru aluminio-bolaren pisua edukiko luke.
Metalak malguak eta harikorrak izan ohi dira, eta bereizi gabe deformatzen dira tentsiopean.^[4] Lotura metalikoen izaera ez-norabidezkoak nabarmen laguntzen du solido metaliko gehienen moldakortasunerako. Aitzitik, konposatu ionikoetan, hala nola mahaiko gatzean, lotura ioniko baten planoak elkarren ondoan lerratzen direnean, kokapen-aldaketak gertatzen dira, eta karga bereko ioiak hurbildu egiten direlarik, kristala apurtu egiten da. Desplazamendu hori ez da ikusten lotura kobalentea duten kristaletan, diamantean adibidez, kristala hautsi eta zatitu egiten baita.^[2] Metalen deformazio elastiko itzulgarria leheneratze-indarrentzako Hookeren legearen bidez deskriba daiteke, deskriba daiteke: tentsioa deformazioarekiko linealki proportzionala da.
Beroak edo metal baten muga elastikoak baino indar handiagoek deformazio iraunkorra (atzeraezina) eragin dezakete,deformazio plastiko edo plastikotasun esaten zaiona. Aplikatutako indarra trakziokoak, konpresiokoak, zizailatzekoak, tolestekoak edo bihurdurakoak izan daitezke. Tenperatura-aldaketek batek metalaren egitura-akatsen mugimenduan edo desplazamenduan eragin dezakete, besteak beste, ale-mugetan, huts puntualetan, lerro- eta torloju-dislokazioetan, pilaketa-failetan eta makletan, hala metal kristalinoetan nola ez-kristalinoetan. Metalaren barne-lerradurak, jarioa eta metal-nekea gerta daitezke.
Substantzia metalikoen atomoak hiru egitura kristalino ohikoenetako bat eduki ohi dute, hau da, gorputzean zentratutako egitura kubikoa (gzk), aurpegian zentratutako egitura kubikoa (azk) edo egitura hexagonal itxia (hi). Gzk-an, atomo bakoitza beste zortzi atomoz inguratutako kubo baten erdian dago. Azk eta hi motetan, atomo bakoitza beste hamabi atomoz inguratuta dago, baina geruzen pilaketa desberdina da. Metal batzuek egitura desberdinak hartzen dituzte tenperaturaren arabera.^[5]
Kristal-egitura bakoitzaren gexkala unitatea kristalaren simetria globala duen atomo multzorik txikiena da, eta horretatik abiatuta kristal-sare osoa eraiki daiteke hiru dimentsiotan errepikatuz. Aurrez erakutsitako gorputzean zentratutako kristal-egitura kubikoaren kasuan, gelaxka unitatea erdiko atomoak eta izkinetako zortzi atomoetako bat-zortzik osatzen dute.
Metalen egitura elektronikoak aztertuta, elektrizitate-eroale nahiko onak direla ondoriozta daiteke. Materiako elektroiek energia-maila finkoak izan ditzakete aldagaien ordez, eta metal batean elektroien energia-mailak, maila jakin bateraino gutxienez, eroapen elektrikoak izan ditzakeen energia-mailei dagozkie. Silizioa edo sufre ez-metalikoa bezalako erdieroaleetan, energia-eten bat dago substantziaren elektroien eta eroapen elektrikoa gerta daitekeen energia-mailaren artean. Ondorioz, erdieroaleak eta ez-metalak nahiko eroale eskasak dira.
Oinarrizko metalek 6,9 × 10³ S/cm-ko elektrizitate-eroaletasunaren balioak dituzte manganesorako, eta 6,3 × 10⁵ S/cm-koa zilarrerako. Aitzitik, boroa bezalako metaloide erdieroaleek batek eroankortasun elektrikoa du, 1,5 × 10⁻⁶ S/cm. Nolanahi ere, elementu metalikoek eroankortasun elektrikoa murrizten dute berotzen direnean. Plutonioak elektrizitate-eroapena handitzen du, −175 eta 125 °C bitarteko tenperatura-tartean berotzen denean.
Metalak nahiko bero-eroale onak dira. Metalen elektroi-hodeiko elektroiak oso mugikorrak dira, eta erraz transmiti dezakete beroak eragindako bibrazio-energia.
Metalen elektroiek haren ahalmen termikoari eta bero-eroaletasunari egiten dioten ekarpena eta metalaren eroankortasun elektrikoa elektroi askeen ereduaren bidez kalkula daitezke. Hala ere, horrek ez du kontuan hartzen metalaren ioi-egitura zehatza egitura zehatza. Nukleo ionikoen kokapenak eragindako potentzial positiboa kontuan hartuta, metalen banda elektronikoaren egitura eta energia loteslea deskriba daitezke. Zenbait eredu matematiko aplika daitezke, sinpleena elektroi-eredua ia askea izanik.
Elektroiak galdu eta katioiak sortzeko joera izaten dute metalek.^[6] Gehienek aireko oxigenoarekin erreakzionatu eta oxidoak epe desberdinetan (potasio-erredurak segundotan, burdina urteetan zehar oxidatzen den bitartean). Beste batzuek, hala nola paladioak, platinoak eta urreak, ez dute batere erreakzionatzen atmosferareko oxigenoarekin. Metal-oxidoak, oro har, basikoak dira, ez-metalak ez bezala, azidoak edo neutroak izaten direnak. Salbuespenak, oxidazio-egoera oso handiko oxidoak dira, hala nola CrO₃, Mn₂O₇ eta OsO₄, guztiz azidoak baitira.
Pintura, anodizazioa edo estaldura metalen korrosioa saihesteko modu onak dira. Hala ere, serie elektrokimikoan metal erreaktiboagoa aukeratu behar da estaldurarako, batez ere estaldura irristatzea espero denean.
Kimikan, baldintza normaletan metaltzat jotzen diren elementuak gorriz, laranjaz eta morez nabarmenduta ageri dira taula periodikoan. Gainerako elementuak metaloideak (B, Si, Ge, As, Sb eta Te, eskuarki halakotzat hartzen direnak) edo ez-metalak dira. Astatina (At), normalean, ez-metal edo metaloide gisa sailkatzen da, baina ikerketa batzuek metal bat izatea espero dute. Propietate ezezagunak dituzten gainerako elementuak metalak dira seguruenik, baina zalantzaren bat badago kopernioaren (Cn), flerobioaren (Fl) eta oganessonaren (Og) kasuetan.
Metalen nahasturek aleazioak eratzen dituzte, hala nola, altzairua (karbono-burdina), kobre nahasturak (brontzea, letoia), amalgamak (zilarbizi nahasturak)..
Aleazioak propietate metalikoak dituzten substantziak dira, bi elementuz edo gehiagoz osatuta daudenak; elementu horietako bat metala da. Aleazioek osaera aldakorra edo finkoa izan dezakete. Adibidez, urrez eta zilarrez osatutako aleazioetan, urre- eta zilar-proportzioak nahieran doi daitezke; titanioz eta silizioz osatutako Ti₂Si aleazioan, bi osagaien proportzioa finkatzen da (konposatu intermetaliko gisa ere ezagutzen dena).
Metal puru gehienak bigunegiak, hauskorregiak edo kimikoki erreaktiboegiak dira, erabilera praktikorako. Metalen proportzio desberdinen konbinazioen bidez, hala nola aleazioen bidez, metal puruen propietateak aldatzen dira, nahi diren ezaugarriak sortzeko. Aleazioak egiteko, normalean, ez dira oso hauskorrak, gogorragoak, korrosioarekiko erresistenteak, edo kolore eta distira desiragarriagokoak izan behar. Gaur egun erabiltzen diren aleazio metaliko guztietatik, burdin aleazioak (altzairua, altzairu herdoilgaitza, burdina urtua, erremintetarako altzairua, aleazio-altzairua) dira proportzio handiena dutenak, bai kantitateari dagokionez, bai balio komertzialari dagokionez ere. Karbono-proportzio desberdinak dituen burdina aleatuak karbono gutxiko, ertaineko eta altuko altzairuak sortzen ditu, zenbat eta karbono maila altuagoa eduki, orduan eta mugatuagoak/ txikiagoak dira harikortasuna eta zailtasuna. Silizioa gehituz burdina urtuzko xaflak sortzen dira, karbono-altzairuei kromoa, nikela eta molibdenoa gehituz (% 10 baino gehiago), berriz, altzairu herdoilgaitzak lortzen dira.
Beste aleazio metaliko garrantzitsu batzuk dira aluminiozkoak, titaniozkoak, kobrezkoak eta magnesiozkoak. Kobre-aleazioak historiaurretik dira ezagunak —brontzeak Brontze Aroari eman zion izena—, eta gaur egun aplikazio asko dituzte, garrantzitsuena kableatu elektrikoan. Beste hiru metalen aleazioak nahiko berriki garatu dira, erreaktibotasun kimikoa dutenez, erauzketa elektrolitikoko prozesuak behar baitituzte. Aluminio-, titanio- eta magnesio-aleazioak preziatuak dira duten indar/pisu erlazio handiagatik; magnesioak eremu elektromagnetikoa ere sor dezake. Material horiek idealak dira indar/pisu erlazio handia kostu materiala baino garrantzitsuagoa den egoeretan, hala nola espazio aeroespazialean eta bere indarrez dabiltzan aplikazio batzuetan.
Aplikazio oso zorrotzetarako bereziki diseinatutako aleazioek, hala nola erreakzio-motorrek, hamar elementu baino gehiago izan ditzakete.
Metalak beren propietate fisiko edo kimikoen arabera sailka daitezke. Hauek dira bereizi ohi diren kategoria batzuk: metal ferrosoak eta ez-ferrosoak; metal hauskorrak eta metal erregogorrak; metal zuriak; metal astunak eta arinak; eta oinarrizko metalak, nobleak eta preziatuak. Atal honetako elementu metalikoen taulan oinarrizko metalak sailkatzen dira, beren propietate kimikoetan oinarrituta: metal alkalinoak eta lurralkalinoak; trantsiziozko eta trantsizio ondoko metalak; eta lantanidak eta aktinidoak. Beste kategoria batzuk ere badaude, sartzeko irizpideen arabera. Adibidez, metal ferromagnetikoak —giro-tenperaturan magnetikoak direnak— burdina, kobaltoa eta nikela dira.
Artikulu nagusiak: burdinazko metalurgia eta burdinazkoa ez den metala
"Ferroso" terminoa "burdindun" esan nahi duen latinezko hitzetik dator. Alde batetik, burdina purua, burdina forjatu moduan aurki daiteke. Bestetik, burdina duten altzairuzko aleazioak ere aurki daitezke. Metal ferrosoak magnetikoak izaten dira askotan, baina ez dute bakarrik ezaugarri hori. Metal ez-ferrosoek eta aleazioek ez dute burdin kantitate handirik.
Ia metal guztiak xaflakorrak edo harikorrak diren arren, batzuk —berilioa, kromoa, manganesoa, galioa eta bismutoa— hauskorrak dira. ^[7] Metaltzat har daitezkeen artsenikoa eta antimonioa ere hauskorrak dira.
Artikulu nagusia: Metal erregogorrak
Materialen zientzietan, metalurgian eta ingeniaritzan, metal erregogor esaten zaie beroaren aurreko erresistentzia handia dutenei. Metal erregogorren artean, niobioa, molibdenoa, tantaloa, tungstenoa eta renioa daude. Guztiek 2.000 °C-tik gorako urtze-puntuak dituzte, eta gogortasun handia erakusten dute giro-tenperaturan.
Metal zuriak metal zurien (edo haien aleazioen) sorta bat dira, eta urtze-puntu nahiko txikiak dituzte. Metal horien artean, zinka, kadmioa, eztainua, antimonioa (metala), beruna eta bismutoa daude, eta horietako batzuk nahiko toxikoak dira.
Artikulu nagusiak: Metal astunak eta metal arinak
Metal astunak deritze nahiko trinkoak diren metal edo metaloideei.^[8] Definizio zehatzagoak proposatu dira, baina inork ez du definizio orokorra lortu. Metal astun batzuek erabilera espezifikoak dituzte, edo oso toxikoak dira; beste batzuk, aldiz, funtsezkoak dira elementu aztarna modura. Gainerako metal guztiak metal arinak dira.
Artikulu nagusiak: Metal arruntak, metal nobleak eta metal preziatuak
Kimikan, oinarrizko metal terminoa modu informalean erabiltzen da erraz oxidatzen edo korrosionatzen diren metalei erreferentzia egiteko. Hala nola, azido klorhidriko diluituarekin (HCl) erraz erreakzionatzen duten eta metal-kloruroa eta hidrogenoa sortzen duten metalak izendatzeko. Adibide batzuk dira, burdina, nikela, beruna eta zinka. Kobrea oinarrizko metaltzat hartzen da, nahiko erraz oxidatzen baita, nahiz eta ez duen HCl-arekin erreakzionatzen.
Metal noble terminoa normalean oinarrizko metalaren kontrakoa adierazteko erabiltzen da. Metal nobleek korrosioarekiko edo oxidazioarekiko erresistenteak dira,^[9] oinarrizko metal gehienek ez bezala. Metal preziatuak izan ohi dira metal nobleak, hautemandako bitxitasunengatik. Metal nobleen adibideak dira urrea, platinoa, zilarra, rodioa, iridioa eta paladioa.
Portaera kimikoari dagokionez, metal preziatuak (metal nobleak bezala) ez dira elementu gehienak bezain erreaktiboak, distira handia dute eta bai elektrizitate-eroaletasun handia ere. Historikoki, metal preziatuak garrantzitsuak ziren moneta gisa, baina orain inbertsio eta produktu industrialtzat hartzen dira nagusiki. Metal preziatu ezagunenak urrea eta zilarra dira. Biek industria-erabilera badute ere, ezagunagoak dira artean bitxigintzan eta txanpongintzan dituzten erabilerengatik. Beste metal preziatu batzuk platinozko taldeko metalak dira: rutenioa, rodioa, paladioa, osmioa, iridioa eta platinoa. Horietatik platinoa da komertzializatuena.
Metal preziatuen eskari handia dago, erabilera praktikoagatik ez ezik, inbertsio gisa eta balio-biltegi gisa duten eginkizunagatik ere.
Metalaren langintza, historikoki, kulturalki inportantea eta are, oinarri sakratuko langintza kontsideratu izan da. Zenbait mitologiatan, metala lantzeko gaitasuna jainkoek erremintariei edo lehen erremintari mitiko bati transmititutako gaitasuna da. Metalaren emaile edo maisu gisako jainkoak izan dira Thor eskandinaviarren arteam, Vulkano erromatarren jainkoa, Hefesto greziarrena, Svarog eslaviarren jainkoa...
Horrez gain, erremintariek gaitasun xamanikoak izan dituzte historikoki hainbat kulturatan. Langintza berezitu eta esklusibo gisa definitu daitekeen historiako lehen ofizioetako bat izan daiteke, non eta beste antzinako zeregin batzuk (zurgintza, ehiza, nekazaritza) pertsona baten egiteko desberdinetan osagarriak izan daitezkeen.^[10]
Patxi Errementariaren elezahar euskaldunak ere badu langintzaren alde misteriotsu eta magikoarekin loturarik.^[11]
Metal langintzaren agerpen historikoa gizateriaren eboluzioan hain da inportantea non neolitoa edo harriaren aroa harria erabili zeneko azken fase historiko gisa izendatzea konbentzio ezagun bat den. Ondoren datoz metalaren aroak, brontzearoa eta burdinaroa bereziki, ordena horretan.
Kulturaren eboluzioaren izendapen hauek, metal horietan oinarrituek, badute logika eta hurrenkera historiko egiazko bati dagozkie, baina nolabait zorizkoa da nola finkatu diren: Danimarkak, XIX. mendean Norvegia galdu zuelarik (erresuma independente gisa sezesionatu zen), Danimarkako museo bateko arduradunak, Christian Jürgensen Thomsenek (1788–1865), jaso zuen enkargua museoko artefaktu zaharrak antolatzekoa: metodo zientifiko argirik gabe, ezaugarri bertsuak zeuzkaten elementu multzoak sailkatu zituen, "hemen brontzezkoak beraiekin batera aurkitutako elementuekin", eta "hemen burdinazkoak"... Objektu sailkatuek garai historiko zehatzak definitzen zituztela ikusi zuen Thomsenek, eta are gehiago, ezaugarri kultural komunen araberako artefaktu sailkapenak ere egin zitezkeela jabetu zen.^[12]
Metala material miragarri bezala kontsideratzea antzinako kontua izateaz gain, kultura adierazpide modernoetan ere agertzen da tarteka. Botere edo gaitasun ikusgarriak dituzten metalak agertzen dira fikzio moderno askotan. Eta aurrekaririk ez zaie falta, antzina ere metal fantastikoak deskribatu izan baitziren, hala nola Platonek aipaturiko orikalkoa, Atlantidako metala.^[13]
Esate baterako: mithril elfoen metala Eraztunen Jaunaren munduan, vibranio eta adamantio elementu fikzional Marvel komiki eta istorioetan, beskar izeneko supermetala Star Wars-eko abenturetan edo valiriar altzairua Game of Thrones-eko unibertsoan, batzuk aipatzearren.^[14]

Wikipediarekin konexio arazoren bat gertatu da: