Durs, brillants et résistants, les métaux sont les grands machos du monde matériel. Apprendre à extraire ces substances de la Terre et les transformer en toutes sortes de matériaux utiles a été l'un des développements les plus importants de la civilisation humaine, des outils de frai, des bijoux, des moteurs, des machines et des constructions statiques géantes comme des ponts et des gratte-ciel. Cela dit, « métal » est un terme presque incroyablement large qui englobe tout, du plomb (un métal super-lourd) et de l'aluminium (un métal super-léger) au mercure (un métal qui est normalement un liquide) et au sodium (un métal assez doux pour être coupé comme du fromage que, fusionné avec du chlore, vous pouvez saupoudrer sur vos aliments, comme du sel !). Que sont exactement les métaux et qu'est-ce qui les rend si utiles ? Regardons de plus près!
Que sont les métaux ?
Vous pourriez penser que la Terre est un gros morceau de roche, dur à l'extérieur et mou au milieu, mais une grande partie est en fait du métal. Qu'est-ce que le métal exactement ? Plus des trois quarts des éléments chimiques qui se produisent naturellement sur notre planète sont des métaux, il est donc presque plus facile de dire ce qui n'est pas un métal.
Lorsque nous parlons de métaux, nous faisons généralement référence à des éléments chimiques solides (avec des points de fusion relativement élevés), durs, solides, durables, brillants, de couleur gris argenté, bons conducteurs d'électricité et de chaleur et faciles à travailler. diverses formes et formes différentes (telles que des feuilles minces et des fils). Le mot métal est un terme assez large et vague, et pas quelque chose que vous pouvez définir avec précision.
Lorsque nous parlons de non-métaux, cela devrait signifier tout le reste, même si les choses sont un peu plus complexes que cela. Parfois, vous entendrez des gens parler de semi-métaux ou de métalloïdes, qui sont des éléments dont les propriétés physiques (qu'ils soient durs et mous, comment ils transportent l'électricité et la chaleur) et les propriétés chimiques (comment ils se comportent lorsqu'ils rencontrent d'autres éléments chimiques réactions) se situent quelque part entre celles des métaux et des non-métaux. Les semi-métaux comprennent des éléments tels que le silicium et le germanium, des semi-conducteurs (matériaux qui conduisent l'électricité uniquement dans des conditions spéciales) utilisés pour fabriquer des circuits intégrés dans des puces informatiques et des cellules solaires. D'autres semi-métaux comprennent l'arsenic, le bore et l'antimoine (qui ont tous été utilisés dans la préparation — le « dopage » — de semi-conducteurs).
Jetez un œil au tableau périodique (la façon dont nous dessinons les éléments dans un tableau afin que ceux ayant des propriétés physiques et chimiques similaires s'alignent) et vous verrez que deux types de métaux reçoivent un traitement spécial. Le milieu du tableau est dominé par un grand groupe d'éléments appelés métaux de transition (ou éléments de transition) ; la plupart des métaux familiers (y compris le fer, le cuivre, l'argent et l'or) vivent ici, ainsi que des métaux moins connus tels que le zirconium, l'osmium et le tantale. L'autre groupe, appelé les métaux des terres rares, est souvent imprimé séparément du tableau périodique principal et comprend les quinze éléments du lanthane au lutétium plus le scandium et l'yttrium (qui sont chimiquement très similaires). On les appelle des métaux des « terres rares » pour la raison assez évidente qu'on pensait à l'origine qu'ils existaient dans des gisements extrêmement rares sur Terre, bien que certains soient maintenant connus pour être relativement communs. Comme de nombreux métaux conventionnels, les terres rares ne sont pas présentes naturellement sous leur forme pure, mais uniquement sous forme d'oxydes métalliques.
Pas tout à fait des métaux
Quand un métal n'est-il pas un métal ? Regardez une voiture, un avion ou une moto et vous voyez beaucoup de métal - ou vous ? Une grande partie des matériaux métalliques qui nous entourent sont en fait des alliages : des métaux qui ont été mélangés avec d'autres matériaux (métaux ou non-métaux) pour les rendre plus forts, plus durs, plus légers ou supérieurs d'une autre manière. L'acier est un alliage de fer, par exemple, qui contient une petite quantité de carbone (différents types d'acier contiennent plus ou moins de carbone). Le bronze est un alliage de cuivre et d'étain, tandis que le laiton est l'alliage que vous obtenez lorsque vous mélangez du cuivre et du zinc.
y:等线">Il est également très courant de trouver des plastiques galvanisés (revêtus d'une fine couche d'un élément métallique, utilisant de l'électricité) pour les faire ressembler à des métaux brillants.
Comment sont fabriqués les métaux ?
Que vous assembliez des avions ou que vous fabriquiez des batteries, vous avez besoin de métaux, et beaucoup d'entre eux. Le hic, c'est que les métaux ne se trouvent généralement pas dans le sol exactement de la manière que nous aimerions les trouver, sous leur forme pure et dans des gisements suffisamment importants pour que cela en vaille la peine. Souvent, ils sont enfouis dans la roche avec des dépôts d'autres métaux et ils n'existent pas sous forme d'éléments purs mais d'oxydes (métaux fusionnés avec des atomes d'oxygène) et d'autres composés. Produire de grandes quantités d'un métal comme le fer, l'aluminium ou le cuivre implique donc deux opérations distinctes : extraire un minerai (un gisement constitué généralement d'une énorme quantité de roche inutile et de plus petites quantités de métaux utiles) d'une mine ou d'une carrière puis raffiner le minerai pour obtenir les métaux loin de leurs oxydes (ou d'autres composés) dans la forme pure dont nous avons besoin.
La manière exacte dont cela est fait varie d'un métal à l'autre et d'un endroit à l'autre, mais implique généralement un mélange de traitement mécanique (comme le broyage, le filtrage ou l'utilisation d'eau pour éliminer les matériaux indésirables), de traitement chimique (en utilisant des acides, peut-être), le chauffage (la fonte du minerai de fer, par exemple, consiste à le griller à l'air pour éliminer les impuretés) et le traitement électrique (comme l'électrolyse - séparer une solution chimique en ses éléments constitutifs en y faisant passer un courant électrique).
Comment sont les métaux ?
Propriétés physiques
Avec autant d'éléments chimiques classés comme métaux, vous pourriez penser qu'il serait difficile de généraliser à leur sujet. Mais ce problème est vrai pour à peu près n'importe quelle généralisation : chaque maison est différente, mais nous pouvons toujours dire que les maisons ont tendance à avoir des portes, des murs, des fenêtres et un toit et offrent un abri contre les intempéries - et nous pouvons tous en dessiner un sur papier .
Les généralisations que nous faisons sur les métaux sont :
· Ils sont pour la plupart solides (à des températures quotidiennes), cristallins (leurs atomes sont empilés selon des motifs ordonnés comme des canettes dans un supermarché), durs, solides et denses (la plupart des métaux couleront si vous les laissez tomber dans l'eau, par exemple).
· Les métaux sont malléables (relativement faciles à travailler dans de nouvelles formes et formes) et ductiles (avec le bon équipement, vous pouvez les extraire en fils longs et minces). Même ainsi, ils ne s'usent pas rapidement ou ne se cassent pas facilement, bien qu'ils puissent se fracturer (craqueler ou casser) éventuellement à cause de contraintes et de déformations répétées en raison de la fatigue du métal (une faiblesse se développant progressivement).
· La plupart des métaux sont opaques (sauf s'ils sont extrêmement fins) et de couleur gris argenté brillant (car ils ont tendance à refléter toutes les longueurs d'onde de la lumière dans la même mesure). Certains métaux sont colorés (car ils réfléchissent mieux certaines longueurs d'onde lumineuses que d'autres) ; les exemples les plus connus sont probablement l'or (une couleur jaunâtre) et le cuivre (normalement rougeâtre, bien qu'il vire au bleu après qu'une exposition à l'air le convertisse en oxyde de cuivre).
· La plupart des métaux conduisent bien l'électricité (ils ont une faible résistance électrique, en d'autres termes) et sont instantanément froids au toucher (parce qu'ils conduisent aussi bien la chaleur, évacuant rapidement l'énergie thermique de votre corps).
· Les éléments métalliques tels que le fer, le nickel, le cobalt et le néodyme (et les alliages à base d'eux) alimentent les meilleurs aimants ; la plupart des autres métaux font de si mauvais aimants qu'ils sont généralement considérés comme non magnétiques.
